水力機(jī)械及動(dòng)力裝置的研究與應(yīng)用分析

楊涵 黃宛琴

摘要：近年來(lái)，隨著電力工程事業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)水力機(jī)械及動(dòng)力裝置的性能、技術(shù)參數(shù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等均提出了越來(lái)越高的要求。值得注意的是，要想使水力機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量得到有效保障，便需做好水力機(jī)械測(cè)試工作，掌握核心測(cè)試技術(shù)，同時(shí)掌握動(dòng)力裝置的測(cè)試試驗(yàn)等。本課題重點(diǎn)圍繞“水力機(jī)械及動(dòng)力裝置”相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析研究，以期提高水力機(jī)械及動(dòng)力裝置的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水力機(jī)械；動(dòng)力裝置；測(cè)試技術(shù)；實(shí)用價(jià)值

水力機(jī)械及動(dòng)力裝置是水電站或抽水站非常重要的機(jī)械設(shè)備，在確保水力機(jī)械及動(dòng)力裝置符合設(shè)計(jì)要求，性能及技術(shù)參數(shù)符合水電站或抽水站工作運(yùn)行要求的基礎(chǔ)上，才能夠確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性及安全性。近年來(lái)，隨著我國(guó)電力工程事業(yè)的逐步發(fā)展，國(guó)內(nèi)大型水電站和抽水站的單機(jī)容量得以不斷增大，為了更好的探索水力機(jī)械的內(nèi)部特征和水電站及抽水站中水力機(jī)械運(yùn)行問(wèn)題，使得國(guó)內(nèi)對(duì)于水力機(jī)械及動(dòng)力裝置的技術(shù)研究從以往的理論研究逐步發(fā)展為實(shí)踐研究，這為我國(guó)電力工程事業(yè)未來(lái)發(fā)展提供了有效保障。鑒于此，本課題圍繞“水力機(jī)械及動(dòng)力裝置”進(jìn)行分析研究具備一定的價(jià)值意義。

一、水力機(jī)械及動(dòng)力裝置概述

1.水力機(jī)械

水力機(jī)械，指的是將液體作為工作介質(zhì)的一種流體機(jī)械。基于流體機(jī)械作業(yè)期間，把水能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換，或者由不同能量的水之間實(shí)現(xiàn)有效轉(zhuǎn)換。在水電站中，水力機(jī)械設(shè)備應(yīng)用廣泛。基于能量傳遞方向角度分析，基于原動(dòng)機(jī)層面，主要把水能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能，對(duì)其他的機(jī)械設(shè)備起到驅(qū)動(dòng)的作用，例如對(duì)水輪機(jī)起到驅(qū)動(dòng)作用；基于工作機(jī)層面，通過(guò)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為水能，使水輸送至高處位置，或基于更高壓力及管路阻力條件下，把水輸送至遠(yuǎn)處，比如輸送至水泵等。此外，水力機(jī)械的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括電力工業(yè)、水利工程、以及化學(xué)工程等等。涉及的性能技術(shù)參數(shù)包括：比能、水頭/揚(yáng)程以及效率等。要想使水力機(jī)械設(shè)備的性能發(fā)揮至最佳，則有必要結(jié)合應(yīng)用工程的實(shí)際情況，合理調(diào)整其技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，進(jìn)一步提高水力機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性及工作效率等。

2.動(dòng)力裝置

動(dòng)力裝置屬動(dòng)力機(jī)械的范疇，而動(dòng)力機(jī)械則是把自然界當(dāng)中的能量向機(jī)械能轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)作功發(fā)揮自身效應(yīng)的一種機(jī)械裝置。值得注意的是，確保動(dòng)力裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠帶動(dòng)機(jī)械設(shè)備的正常、可靠運(yùn)行。以基于水力機(jī)械的泵站裝置為例，則便是在泵站工作中常用的一種動(dòng)力裝置，需進(jìn)行泵站裝置效率測(cè)試及流態(tài)測(cè)試，了解泵站裝置的運(yùn)行效果，進(jìn)一步加以改進(jìn)，確保后續(xù)運(yùn)行的可靠性及安全性。

二、水力機(jī)械及動(dòng)力裝置測(cè)試技術(shù)研究進(jìn)展分析

由于水力機(jī)械及動(dòng)力裝置在電站運(yùn)行廣泛，做好水力機(jī)械及動(dòng)力裝置的測(cè)試工作，不僅可以為電站運(yùn)行的可靠性及安全性提供保障，還對(duì)水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。以及對(duì)水電站的造價(jià)、水力機(jī)械的選擇等都具有重要意義。從最新研究進(jìn)展來(lái)看，水力機(jī)械及動(dòng)力裝置涉及的測(cè)試技術(shù)及相關(guān)內(nèi)容如下：

1.水力機(jī)械模型測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

水力機(jī)械模型測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用，主要致力于水力機(jī)械產(chǎn)品性能、質(zhì)量的提高。例如，我國(guó)三峽水電站在建設(shè)過(guò)程中，便進(jìn)行了水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的大規(guī)模改建，為山峽水電站建設(shè)工作的發(fā)展提供了必要支撐。在水力機(jī)械模型測(cè)試過(guò)程中，需納入水力機(jī)械的相關(guān)性能指標(biāo)，比如能量指標(biāo)、空化指標(biāo)、壓力脈動(dòng)指標(biāo)、飛逸特性指標(biāo)以及力特性指標(biāo)等，進(jìn)一步利用高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，例如基于PXI平臺(tái)的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及基于SCXI平臺(tái)的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)便應(yīng)用廣泛，利用這些系統(tǒng)完成高速數(shù)據(jù)的采集。此外，從最新研究進(jìn)展來(lái)看，基于PLC的試驗(yàn)控制系統(tǒng)也應(yīng)用廣泛，該系統(tǒng)能夠發(fā)揮遠(yuǎn)程及集中控制。

2.動(dòng)力裝置測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

為了了解動(dòng)力裝置的性能，可使用動(dòng)態(tài)模擬理論，實(shí)現(xiàn)對(duì)水力機(jī)械基于運(yùn)行期間潛在的故障的測(cè)試；一方面能夠預(yù)測(cè)水力機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題；另一方面能夠?qū)⒁呀?jīng)投入工作的真機(jī)檢測(cè)其運(yùn)行中是否會(huì)發(fā)生技術(shù)問(wèn)題，如測(cè)試機(jī)組甩負(fù)荷之后的力特性、抬機(jī)現(xiàn)象以及導(dǎo)葉緊急關(guān)閉狀態(tài)條件下的動(dòng)態(tài)力特性等。通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬理論的應(yīng)用，得到相對(duì)應(yīng)的模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步通過(guò)相似律換算的方式，獲取動(dòng)力裝置動(dòng)態(tài)特性。此外，針對(duì)大型的水泵裝置，可進(jìn)行特性試驗(yàn)，對(duì)于工廠所提供的大型水泵的特性曲線通常由模型泵特性換算獲取。而對(duì)于水電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，則能夠充分了解水力機(jī)械及動(dòng)力裝置的運(yùn)行情況，為故障的排查提供有效依據(jù)，進(jìn)而確保運(yùn)行的可靠性及安全性。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，“水力機(jī)械及動(dòng)力裝置”是一個(gè)值得深入研究的課題，特別是當(dāng)下水力機(jī)械設(shè)備及其動(dòng)力裝置廣泛應(yīng)用于水電站領(lǐng)域，對(duì)水電站的可靠、安全運(yùn)行會(huì)帶來(lái)很大程度的影響。因此，需加強(qiáng)對(duì)水力機(jī)械內(nèi)部特性進(jìn)行探究，完善和補(bǔ)充水力機(jī)械水力計(jì)算理論和方法，進(jìn)一步促進(jìn)水力機(jī)械設(shè)備及其動(dòng)力裝置的性能測(cè)試效率的提高，確保其性能參數(shù)指標(biāo)符合水電站的運(yùn)行要求，以此提高水電站系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性及安全性。

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作者簡(jiǎn)介：楊涵（1997-），女，漢族，四川成都，本科，水力機(jī)械動(dòng)力工程。

黃宛琴（1996-），女，漢族，四川德陽(yáng)，本科，水力機(jī)械動(dòng)力工程。

（作者單位：西華大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院）