[摘 要]水利水電工程作為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，在防洪抗旱、水資源優(yōu)化配置、清潔能源開發(fā)等方面發(fā)揮著不可替代的作用。隨著科技的不斷進(jìn)步，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)日益成熟，其在水利水電工程中的應(yīng)用范圍不斷拓展，為水利水電工程的建設(shè)、運(yùn)行、管理等環(huán)節(jié)提供了有力支撐。文章從機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等不同階段的應(yīng)用入手，探討其對(duì)提升水利水電工程現(xiàn)代化水平的重要意義。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)；水利水電工程；應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]TV736 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2024）06–0132–03

The Application of Mechanical Automation Technology in Water Conservancy and Hydropower Engineering

WANG Qian

[Abstract]Water conservancy and hydropower engineering， as an important component of national infrastructure construction， plays an irreplaceable role in flood control and drought resistance， optimized allocation of water resources， and development of clean energy. With the continuous progress of science and technology， mechanical automation technology is becoming increasingly mature， and its application scope in water conservancy and hydropower engineering is constantly expanding， providing strong support for the construction， operation， management and other aspects of water conservancy and hydropower engineering. The article starts with the application of mechanical automation technology in different stages of water conservancy and hydropower engineering design， construction， operation and maintenance， and explores its important significance in improving the modernization level of water conservancy and hydropower engineering.

[Keywords]mechanical automation technology； water conservancy and hydropower engineering； application 1 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

1.1 水泵機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)

在水利水電工程設(shè)計(jì)階段，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)尤其是水泵機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，發(fā)揮著越來越重要的作用。離心泵自動(dòng)化參數(shù)化設(shè)計(jì)和軸流泵三維數(shù)字化建模技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了設(shè)計(jì)效率，而且顯著提升了設(shè)計(jì)的精確性和科學(xué)性。離心泵自動(dòng)化參數(shù)化設(shè)計(jì)通過引入先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件和參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，使得離心泵的設(shè)計(jì)過程更加靈活高效。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際工程需求，快速調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，如流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速等，軟件便能自動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性。

軸流泵三維數(shù)字化建模技術(shù)的運(yùn)用，進(jìn)一步推動(dòng)了水泵機(jī)械設(shè)計(jì)的數(shù)字化、智能化進(jìn)程。通過三維建模軟件，設(shè)計(jì)師能夠在虛擬環(huán)境中對(duì)軸流泵進(jìn)行精確建模，這不僅使得設(shè)計(jì)結(jié)果直觀易懂，而且方便了后續(xù)的分析和優(yōu)化工作。三維數(shù)字化模型能夠準(zhǔn)確反映軸流泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作性能，便于進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析、強(qiáng)度分析等多方面的性能評(píng)估，確保了設(shè)計(jì)的高效性和可靠性。此外，三維數(shù)字化建模還為軸流泵的制造、裝配提供了精確的指導(dǎo)，通過與數(shù)字化制造技術(shù)的深度融合，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)到制造的無縫對(duì)接，顯著提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化技術(shù)

通過水輪機(jī)葉片的自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)和優(yōu)化算法，能夠在設(shè)計(jì)初期準(zhǔn)確預(yù)測(cè)葉片在不同工況下的性能，為葉片形狀和尺寸提供最優(yōu)化的配置方案。這種方法不僅大幅提高了水輪機(jī)的效率，還能顯著減少設(shè)計(jì)周期和成本，確保了水輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中的高效性和穩(wěn)定性。

水輪發(fā)電機(jī)組流場(chǎng)仿真分析進(jìn)一步提升了水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的精度和可靠性。通過模擬水流在水輪機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)，分析其對(duì)葉片的沖擊力和流動(dòng)特性，設(shè)計(jì)人員可以精確掌握水輪機(jī)在各種工況下的性能變化，從而對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理的調(diào)整和優(yōu)化。此外，發(fā)電機(jī)定子繞組自動(dòng)化制造技術(shù)的應(yīng)用，通過高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了繞組的精確制造和快速裝配，大幅提高了制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3 水利水電閘門智能化技術(shù)

在水利水電工程領(lǐng)域，閘門作為控制水流的關(guān)鍵設(shè)施，其智能化技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了工程的運(yùn)行效率和安全性。特別是鋼結(jié)構(gòu)閘門自動(dòng)化參數(shù)優(yōu)化技術(shù)，通過高度智能化的設(shè)計(jì)軟件，依據(jù)水文水力學(xué)原理和結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，對(duì)閘門結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化。這種方法能夠在設(shè)計(jì)階段精確預(yù)測(cè)閘門在不同工況下的性能，確保閘門設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)滿足安全穩(wěn)定的要求。自動(dòng)化參數(shù)優(yōu)化不僅縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本，還顯著提升了閘門的運(yùn)行效能和調(diào)控靈活性，為水利水電工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)保障。

壩體滲流數(shù)值仿真分析和水利水電鋼構(gòu)件智能化制造技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了水利水電閘門智能化水平。壩體滲流數(shù)值仿真分析通過先進(jìn)的數(shù)值仿真軟件，模擬水流在壩體內(nèi)部的滲透行為，為閘門設(shè)計(jì)提供了重要的科學(xué)依據(jù)，確保了壩體結(jié)構(gòu)的安全性。水利水電鋼構(gòu)件智能化制造技術(shù)，則利用自動(dòng)化生產(chǎn)線和機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鋼構(gòu)件的高效、精確制造，不僅提高了生產(chǎn)效率，還保證了產(chǎn)品質(zhì)量，為閘門的穩(wěn)固安裝和長(zhǎng)期運(yùn)行提供了有力支持。

2 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程施工階段的應(yīng)用

2.1 自動(dòng)化混凝土機(jī)械在大壩施工中的應(yīng)用

在大壩建設(shè)項(xiàng)目中，自動(dòng)化混凝土拖泵、自動(dòng)化混凝土輸送布料機(jī)和智能化混凝土攤鋪整平機(jī)械的應(yīng)用，提高了施工效率，確保了施工質(zhì)量，對(duì)于加快工程進(jìn)度、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提升安全保障水平具有較大的貢獻(xiàn)。這些設(shè)備通過精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了混凝土的高效、精確輸送和鋪設(shè)，克服了傳統(tǒng)施工方式中存在的人力資源浪費(fèi)、施工周期長(zhǎng)、質(zhì)量難以保證等弊端，成為大壩施工不可或缺的技術(shù)支撐。

自動(dòng)化混凝土拖泵，在大壩施工中通過先進(jìn)的控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)施工需求自動(dòng)調(diào)整混凝土的輸送量和壓力，確?；炷猎诟鱾€(gè)施工階段被精確、均勻地輸送到指定位置。而自動(dòng)化混凝土輸送布料機(jī)，則進(jìn)一步提高了混凝土布置的精度和效率，其獨(dú)特的設(shè)計(jì)使得混凝土在大面積施工區(qū)域內(nèi)分布更為均勻，大幅降低了人工布料的工作強(qiáng)度和布料不均的風(fēng)險(xiǎn)。這種設(shè)備能夠自動(dòng)調(diào)整攤鋪厚度和整平速度，確保混凝土表面平整度和密實(shí)度符合最高工程標(biāo)準(zhǔn)，為大壩的穩(wěn)定性和持久性提供了堅(jiān)實(shí)保證。

2.2 隧道掘進(jìn)機(jī)及支護(hù)機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用

在現(xiàn)代水利工程的隧道施工過程中，自動(dòng)化和智能化技術(shù)的應(yīng)用，尤其是全斷面硬巖頂聯(lián)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)、自動(dòng)化鉆爆一體化施工機(jī)械及智能化隧道支護(hù)機(jī)械的廣泛使用，極大地推進(jìn)了隧道施工技術(shù)的進(jìn)步，顯著提高了施工效率和安全性。這些先進(jìn)設(shè)備的運(yùn)用，不僅加快了隧道的掘進(jìn)速度，而且提升了施工安全系數(shù)，確保了施工過程的穩(wěn)定可靠。全斷面硬巖頂聯(lián)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)以其高效的掘進(jìn)能力和穩(wěn)定的性能，在難以穿越的硬巖地層施工中表現(xiàn)尤為突出，能夠?qū)崿F(xiàn)快速穿越而不犧牲施工質(zhì)量。自動(dòng)化鉆爆一體化施工機(jī)械，通過集成化的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了鉆孔與爆破作業(yè)的高效銜接，大幅提高了作業(yè)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)。

智能化隧道支護(hù)機(jī)械的應(yīng)用，則進(jìn)一步提升了隧道施工的安全性。這類設(shè)備能夠根據(jù)掘進(jìn)過程中的實(shí)時(shí)地質(zhì)情況自動(dòng)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確保隧道在復(fù)雜地質(zhì)條件下的穩(wěn)固性和安全性。通過精確控制，智能化支護(hù)機(jī)械能夠有效避免人為誤差，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的均勻性和牢固性，從而大幅提高了隧道工程的整體質(zhì)量。此外，這些自動(dòng)化和智能化設(shè)備的應(yīng)用，還有助于縮短工期，降低施工成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與工程質(zhì)量的雙贏。

2.3 水利水電機(jī)電設(shè)備的智能化裝配與安裝

隨著技術(shù)的發(fā)展，水輪機(jī)自動(dòng)化裝配系統(tǒng)、變壓器智能化吊裝系統(tǒng)、泵機(jī)組自動(dòng)化對(duì)位安裝系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，為水利水電機(jī)電設(shè)備的裝配與安裝提供了科學(xué)、高效的解決方案。這些智能化、自動(dòng)化的裝配與安裝技術(shù)不僅顯著提高了工作效率，降低了工作強(qiáng)度，而且大幅提升了裝配與安裝的精度和可靠性，為水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

水輪機(jī)自動(dòng)化裝配系統(tǒng)通過精準(zhǔn)控制裝配過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，確保了水輪機(jī)各組件的精確對(duì)接和高效安裝。這種系統(tǒng)的應(yīng)用，大幅減少了人工操作的不確定性，確保了裝配過程的高度精準(zhǔn)與效率。變壓器智能化吊裝系統(tǒng)則利用先進(jìn)的傳感器和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器吊裝過程的精細(xì)管理。通過智能化系統(tǒng)的監(jiān)控，吊裝過程中變壓器的位置、角度等參數(shù)能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整，確保吊裝作業(yè)的安全性和精確性。泵機(jī)組自動(dòng)化對(duì)位安裝系統(tǒng)則是通過自動(dòng)控制技術(shù)，精確控制泵機(jī)組在安裝過程中的位置調(diào)整，實(shí)現(xiàn)泵機(jī)組與管道系統(tǒng)的精準(zhǔn)對(duì)接。

3 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程運(yùn)行維護(hù)階段的應(yīng)用

3.1 自動(dòng)化控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)

自動(dòng)化控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過集成先進(jìn)的傳感器、執(zhí)行器和控制軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水電站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能控制。具體而言，系統(tǒng)能夠自動(dòng)收集水位、流量、發(fā)電量等關(guān)鍵參數(shù)，通過數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)水電站的運(yùn)行趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整水庫(kù)放水量和發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行策略，確保水電站運(yùn)行的高效與安全。此外，遠(yuǎn)程監(jiān)控功能使得管理人員可以在控制中心通過監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)了解電站的運(yùn)行狀況，對(duì)突發(fā)事件迅速作出反應(yīng)，大幅提高了水電站應(yīng)對(duì)緊急情況的能力。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能也在不斷強(qiáng)化。現(xiàn)代水電站不僅能夠?qū)崿F(xiàn)基本的監(jiān)測(cè)和控制，還能夠利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)水電站的長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，從而識(shí)別出運(yùn)行中的潛在問題，預(yù)測(cè)設(shè)備的維護(hù)需求，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)策略。這種智能化的運(yùn)維模式不僅延長(zhǎng)了水電站設(shè)備的使用壽命，還優(yōu)化了維護(hù)工作的時(shí)間安排和資源配置，顯著降低了運(yùn)維成本。

3.2 機(jī)器人智能巡檢與維修技術(shù)的運(yùn)用

機(jī)器人智能巡檢與維修技術(shù)的運(yùn)用，使得巡檢機(jī)器人能夠自主導(dǎo)航于水電站內(nèi)部及周圍環(huán)境，利用搭載的高清攝像頭、紅外掃描器和其他傳感器，對(duì)設(shè)施的狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。這些機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)傳輸所采集的數(shù)據(jù)回控制中心，配合先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對(duì)水電站設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警潛在的安全隱患或故障。相比傳統(tǒng)的人工巡檢，這種智能巡檢方式不受人員物理?xiàng)l件的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)更為頻繁且細(xì)致地檢查，極大地提高了巡檢的效率和準(zhǔn)確性。

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，部分智能巡檢機(jī)器人還具備了簡(jiǎn)單故障的自動(dòng)修復(fù)能力。通過對(duì)巡檢過程中收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，這些機(jī)器人可以識(shí)別特定類型的故障，并執(zhí)行一系列預(yù)設(shè)的維修程序來解決問題，如調(diào)整設(shè)備參數(shù)或更換小型零件等。對(duì)于更復(fù)雜的維修任務(wù)，機(jī)器人還可以提供精準(zhǔn)的故障定位服務(wù)，為后續(xù)的人工維修作業(yè)指明方向，大幅縮短了故障響應(yīng)時(shí)間和修復(fù)周期。這種機(jī)器人智能巡檢與維修技術(shù)的應(yīng)用，不僅顯著提升了水電站運(yùn)維工作的安全性，也為運(yùn)維管理帶來了更高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛和深入。智能化、數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)示著這一領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀咝省⒏踩€(wěn)定的運(yùn)維管理模式。面對(duì)挑戰(zhàn)與機(jī)遇，持續(xù)探索和優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用，將為實(shí)現(xiàn)更加可持續(xù)的水資源管理和能源開發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 郝相永.機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程管理中的應(yīng)用——評(píng)《水利水電工程管理與電氣自動(dòng)化研究》[J].人民黃河，2024（3）：162-163.

[2] 李軍偉.水利工程自動(dòng)化控制應(yīng)用趨勢(shì)分析[J].科技與創(chuàng)新，2024（5）：178-180.

[3] 李虎.自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)，2023（5）：86-87.

[4] 薛慧，柴艷榮.機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用[J].水利水電科技進(jìn)展，2022（5）：127.

[5] 吳玉潔.新時(shí)期下對(duì)水利工程自動(dòng)化建設(shè)發(fā)展問題分析[J].珠江水運(yùn)，2022（1）：91-93.