水电站绿色水力机械设计探讨

蒋斌

摘要：本文以水电站为主题，探讨其中的绿色水力机械设计方面的相关问题。首先对其进行了简要概述，主要从水轮机、拦鱼措施、“黑启动”电源、振动噪声、电磁污染、电磁辐射等方面进行具体分析。希望通过本文初步论述可以引起更多的交流与讨论，同时希望可以为该方面的研究提供一些可资利用的信息，以供参考。

关键词：水电站；水力机械；设计；环保；绿色

中图分类号TV7 文献标识码A 文章编号2095-6363（2015）12-0027-02

伴随时代进步、社会发展，我国向现代化的建设工作已初步完成，与此同时，经济增长与物质生活水平的提高，极大的促进了消费市场的活跃、品质化生活欲求倾向的增强。随着这些改变，人们对于电力需求出现增长，在水电站的建设方面，对水力机械设计方面的环保要求也在不断提升。这些改变，与21世纪人类生存的困境、环境污染、资源能源消耗与浪费以及生态破坏密切相关，因此，需要加强水力机械设计中的环保工作，并尽可能采取一些有利的措施，实现水电站水力机械绿色设计。

1.水轮机的环保

众所周知，当鱼进入水轮机系统时会造成伤害，而且伤害程度直接由鱼的体型、大小，水轮机的类型、运行范围等决定。经研究发现，小型水轮机中的叶片撞击是造成这方面危害的主要因素，因而应该加强对于叶片撞击问题的研究，以此减少其对鱼类造成的伤害。具体而言，应该减少叶片数量，降低梯度压力，这样，就可以为鱼类留下一个过往通道，避免意外发生；另一方面可以加长叶片、减少压力梯度造成的压力、剪切应力（沿壁）、冲击力（作用于叶片）等。实验表明，标准转轮伤鱼率在2.5%，而小型间隙转轮可以将其减低至1.5%，同时，这种小型间隙转轮的使用可以提升水轮机的工作效率，提高率达到3%左右。在这方面，有时曝气式水轮机（中国）、环保型涡旋形水轮机（美国）。近年较新的水轮机设计中，提倡水下部件的润滑，以无油无润滑剂的研究为其发展方向，无油操作、无油轴承等的研究极大的推动了水轮机向环保型方面的发展。

2.拦鱼措施

从上面探讨水轮机环保可知，要减少机械对于水生生物的伤害，尤其是对种类繁多、数量巨大的鱼类产生了负面影响。因此，在研究水轮机的同时，还应该注重采用较为传统的思维方式，对鱼类进行阻拦，在这方面可以采用一些隔离措施，也可以进行机械预防，经近年来的研究可知，拦鱼机的发明与应用，更好的促进了这方面的进步与发展，主要是在水轮机进口坝的前河段中，对向下游洄游的鱼群进行驱拦；如同飞机场对鸟类进行干扰一样，也可以利用声光或信号等配套设备与技术，进行鱼群的驱拦；另外，就是积极宣传环保思想，加大执行与监督力度，逐步落实对鱼类的保护。

3.“黑启动”电源

停电事件产生的后果，让人们懂得了预防可能出现问题的重要性，并且采取了诸多有利措施。在水电站的“黑启动”电源即是一种，它以化学铅酸蓄电池为主，有害物质多，对人、对环境都有所不利，因此，应该做好废品加收工作；另一方面，加大技术研究，最好是采用多台机组冷却系统，并在其引水管道上进行小水轮发电机组的设置，以此取代化学铅酸蓄电池，既经济又环保，而且可以将其作为“黑启动”的备用电源。

4.噪音污染、电磁污染、电磁辐射

第一，在振动噪声方面，因水电站规模庞大，振动力强，噪声大，因此会带来公共环境的危害，并引发噪音污染，所以，在具体的水电站设计中，应该采用一些环保措施解决此类问题。具体而言，水电机组、动力设备等主要与电磁、水利、机械三种因素相关，因此，应该从这几方面进行尝试，并克服这些问题。在电磁振频、机组大部件振频、厂房混凝土构件振频等方面，应该防止共振的产生，因为共振所形成的强大振频会带来更大的危害与影响。因此，在设计时，应该以机组稳定性为先，然后再进行效率方面的提升与研究；另外，应该加强试验，利用光导纤维等进行全流道的观察，并利用数据测算与分析，逐步提升对噪声污染问题的解决，尽可能的吸收与减少各种可能性的“振频”。

第二，在电磁污染方面，电磁振动噪声可利用定子斜槽、转子斜极加以解决；对于空压机、水泵等这些辅助性设备，通常以减振为宜，如橡胶垫的铺设、装置减振喉等，最主要的是采用对症治疗的方法，进行具体问题具体解决；另一方面，也可以通过更换振动噪音更小的设备，从而保证生产运行的有序与对环境的保护，工作人员的健康等。

第三，在电磁辐射方面。金属具有自身独特的性质，而且会造成各种电磁辐射。水电站也不可避免会产生电磁，而且由电磁带来诸多干扰源，这是因为在水站生产中，需要电流的不断调整，加上自然雷电、大爆炸、继电器等等方面的干扰源的出现，造成电磁辐射。通常认定，射频抗扰性、静电泄放、电源线抗扰性等指标即是用来对其进行规范的，但实际的生产运营中，必然会因各种可能性因素，造成广泛的电磁辐射问题。所以，应该加强测量监视，并对准测点的各种观察指标进行真实的数据记录，分析其中的真实运行状态与造成的干扰与辐射，还应该做好污染源的监测工作，以防漏油等问题引发下游污染。

5.材料设备

在材料设备方面，一是加强防火功能，最好采用一些新的环保材料，将旧材料进行淘汰，改变原有的传统思维方式，防止因贪图省钱或节约造成不必要的火灾，从而引发更大的损害，带来更严重的经济损失。二是对铁锈的处理，以免其造成污染，还有钢铁表面的涂层保护等，都需要进行细致化的管理与具体落实，从而提高我国在这方面的环保意识、环保能力。

水电站水力机械系统较为复杂，在具体的设计中，需要进行分类进行分析，比如对于主体设备，水轮机电机组及附属设备方面的环保分析，辅助系统设备方面的环保分析等，在辅助性的水力机械系统中，有油、气、水、量测等诸多小系统，主要的作用体现在为主体设备提供服务方面，而且其强大的功能联，为主体设备的安全运行提供了诸多保障。如同火电一样，水电发电也会带来诸多污染问题、环境问题、生态问题以及其他方面的问题，因此，应该从发展的角度进行水电站发展方面的研究，对水力机械设计工作细加探究，做好其中的环保工作，以此推动我国的水电站建设水平的提升，并坚持走可持续发展之路。