水力發(fā)電原理及水電站類型.ppt

第一章水力發(fā)電原理基礎(chǔ) 水力發(fā)電的原理基礎(chǔ) 水電站 水電站是將水能轉(zhuǎn)換成水輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能 再由發(fā)電機(jī)最終將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的場(chǎng)所 在水力發(fā)電的過程中 為了實(shí)現(xiàn)電能的連續(xù)產(chǎn)生需要修建一系列水工建筑物 包括 進(jìn)水 引水 廠房 排水等 安裝水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備的廠房和變電站 總體稱為水電站 水電站是水 機(jī) 電的綜合體 一 水力發(fā)電的概念 水力發(fā)電 利用河流中蘊(yùn)藏的水能來生產(chǎn)電能 在天然河流上 修建水工建筑物 集中水頭 通過一定方式將 載能水 輸送到水輪機(jī)中 使 水能 水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能 帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電 輸電線路 用戶 水輪發(fā)電機(jī)組裝置原理圖 水力發(fā)電的轉(zhuǎn)換過程 天然水能 可利用水能 旋轉(zhuǎn)機(jī)械能 電能 水力發(fā)電的幾個(gè)要素 N 水電站裝機(jī)容量或水輪機(jī)的功率Q 通過水輪機(jī)的流量H 水輪機(jī)的水頭 水輪機(jī)的效率 一 水力發(fā)電特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 不耗燃料 成本低廉水火互濟(jì) 調(diào)峰靈活綜合利用 多方得益取之不盡 用之不竭環(huán)境優(yōu)美 能源潔凈 一 水力發(fā)電特點(diǎn) 缺點(diǎn) 受自然條件限制 一次性投資大 移民多 工期長(zhǎng) 事故后果嚴(yán)重 大型工程對(duì)環(huán)境 生態(tài)影響較大 二 我國(guó)水電事業(yè)的發(fā)展 我國(guó)的水能資源狀況水能資源是河川徑流所具有的天然資源 是能源的重要組成部分 國(guó)家發(fā)展改革委2005年發(fā)布的全國(guó)水力資源復(fù)查結(jié)果 我國(guó)水電資源理論蘊(yùn)藏量年電量6 08萬億千瓦時(shí) 理論蘊(yùn)藏量裝機(jī)6 94億千瓦 技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)5 42億千瓦 技術(shù)可開發(fā)年電量2 47萬億千瓦時(shí) 經(jīng)濟(jì)可開發(fā)裝機(jī)4 02億千瓦 經(jīng)濟(jì)可開發(fā)年電量1 75萬億千瓦時(shí) 特點(diǎn)一 總量豐富 開發(fā)不足 可開發(fā)總量世界第一 占世界總量16 7 到2008年底 水電裝機(jī)容量達(dá)到了1 65億千瓦 按技術(shù)可開發(fā)量計(jì)算占可開發(fā)量30 低于發(fā)達(dá)國(guó)家60 的平均水平 東部 已開發(fā)70 以上 可開發(fā)的大型水電站只剩下3座 共1610MW 即浙江攤坑電站 600MW 目前在建 大均電站 46萬kW 和福建街面電站 30萬kW 西部 開發(fā)率僅7 5 大有可為 2 我國(guó)水能資源的特點(diǎn) 特點(diǎn)二 地區(qū)分布不均 與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不匹配 東部地區(qū) 13個(gè)省市 水電資源占全國(guó)總量的8 中部地區(qū) 6個(gè)省 占11 而西部地區(qū) 12個(gè)省 市 自治區(qū) 高達(dá)81 但51 用電量在東部 雅魯藏布江 西電東送 年內(nèi)降雨集中在汛期 年際間江河來水量變化大 特點(diǎn)三 江河來水量時(shí)間分布不均 須建設(shè) 年調(diào)節(jié) 多年調(diào)節(jié) 大型水庫(kù) 特點(diǎn)四 我國(guó)水電資源相對(duì)集中在一些高山大河地區(qū) 不少水電站的裝機(jī)容量超過1000MW 三峽 長(zhǎng)江 1820萬kW 溪落渡 金沙江 超過1000萬kW 雅魯藏布江下游的墨脫電站 計(jì)劃開鑿35km長(zhǎng)的隧洞 引水2000m3 s以上 落差可超過2000m 電站裝機(jī)可達(dá)4500萬kW 大型電站 水頭高 單機(jī)容量大 帶來很多技術(shù)難題 且淹沒損失大 移民數(shù)量多 三 我國(guó)水電開發(fā)狀況 我國(guó)水電開發(fā)有三大特點(diǎn) 1 成績(jī)很大 突出表現(xiàn)在以下三方面 水電裝機(jī)容量躍居世界第一 水電建設(shè)技術(shù)已具世界水平 初步建立了適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的 有中國(guó)特色的水電開發(fā)和建設(shè)機(jī)制 2 困難不少制約水電發(fā)展的五個(gè)問題 生態(tài)環(huán)境問題 上網(wǎng)電價(jià) 法律法規(guī)還不健全 移民問題 地震問題 3 機(jī)遇難得 今后15 20年是水電建設(shè)的良好機(jī)遇期西部大開發(fā)戰(zhàn)略的機(jī)遇東部 水能資源占6 開發(fā)率大于70 西部 水能資源占78 開發(fā)率僅8 實(shí)施 西電東送 變資源優(yōu)勢(shì)為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì) 全面建設(shè)小康社會(huì)對(duì)電力的要求 符合電力工業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃 提供清潔 優(yōu)質(zhì)電能 可再生能源法 確認(rèn)水能為可再生能源 京都議定書 溫室氣體減排 當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速 投資環(huán)境良好 我國(guó)的能源概況與水電建設(shè)能源結(jié)構(gòu) 煤為基礎(chǔ) 多元發(fā)展 煤炭為主體 電力為中心 油氣 新能源全面展 提高煤炭利用效率和清潔性 需求預(yù)測(cè) 全面建設(shè)小康社會(huì) 2020年GDP翻兩番 預(yù)測(cè)電力需求9 2億kW 估計(jì)水電達(dá)2 3億kW 每年需新增近千萬kW 發(fā)展戰(zhàn)略 大力開發(fā)水電 優(yōu)化發(fā)展煤電 積極推進(jìn)核電 適度發(fā)展天然氣發(fā)電 鼓勵(lì)新能源發(fā)電 電力工業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃 四 我國(guó)水電事業(yè)發(fā)展設(shè)想 三峽水利樞紐 三峽水利樞紐 三峽工程采用 一級(jí)開發(fā) 一次建成 分期蓄水 連續(xù)移民 方案 大壩為混凝土重力壩 壩頂總長(zhǎng)3035m 壩頂高程185m 正常蓄水位175m 總庫(kù)容393億m3 其中防洪庫(kù)容221 5億m3 裝機(jī)容量1820萬kW 26 70萬kW 年均發(fā)電量849億度 泄洪壩段每秒泄洪能力為11萬m3 s 左岸通航建筑物 年單向通過能力500萬t 雙線五級(jí)船閘 可通過萬噸級(jí)船隊(duì) 單線一級(jí)垂直升船機(jī) 可快速通過3000t級(jí)客貨輪 三峽工程竣工后 將發(fā)揮防洪 發(fā)電 航運(yùn) 養(yǎng)殖 旅游 保護(hù)生態(tài) 凈化環(huán)境 開發(fā)性移民 南水北調(diào) 供水灌溉等十大效益 是世界上任何巨型電站都無法比擬的 三峽水利樞紐 世界施工難度最大的水利工程 2000年砼澆筑量為548 17萬立方米 月澆筑量最高達(dá)55萬立方米 施工期流量最大的水利工程 三峽工程截流流量9010立方米 秒 施工導(dǎo)流最大洪峰流量7 9萬立方米 秒世界泄洪能力最大的泄洪閘 最大泄洪能力10 25萬立方米 秒 世界規(guī)模最大 難度最高的升船機(jī) 世界水庫(kù)移民最多 工作量最為艱巨的移民建設(shè)工程三峽工程水庫(kù)動(dòng)態(tài)移民最終可達(dá)113萬 小浪底水利樞紐 小浪底水利樞紐 小浪底水利樞紐位于河南省洛陽市以北40km的黃河干流上 是以防洪為主 兼顧防凌 減淤 灌溉和發(fā)電綜合利用的一座特大型工程 工程由大壩 泄洪建筑物及發(fā)電系統(tǒng)組成 大壩為粘土斜心墻堆石壩 壩頂長(zhǎng)1667m 最大壩高154m 庫(kù)容126 5億m3 泄水建筑物包括集中布置的10座進(jìn)水塔 9條泄洪排沙隧洞 一個(gè)正常溢洪道和三個(gè)消力塘組成 發(fā)電系統(tǒng)由6條引水隧洞和一座地下廠房 主變室 尾閘室及三條尾水洞組成 總裝機(jī)容量6 30萬千瓦 多年平均發(fā)電量51億度 新安江水電站 新安江水電站 新安江水電站位于錢塘江支流新安江上 浙江省建德縣境內(nèi) 由中國(guó)自己設(shè)計(jì) 施工 自制設(shè)備 自行安裝的第一座大型水電工程 電站以發(fā)電為主 兼有防洪 灌溉 航運(yùn)等綜合利用效益 電站裝機(jī)容量662 5MW 保證出力178MW 多年平均年發(fā)電量18 6億KW h 以220KV和110KV高壓輸電線路各4回接入華東電力系統(tǒng) 大壩為混凝土寬縫隙重力壩 最大壩高105米 工程于1957年4月開工 1960年4月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電 1978年最后一臺(tái)機(jī)組投運(yùn) 二灘水電站 二灘水電站 二灘工程是二十世紀(jì)建成的中國(guó)最大的水電站 總裝機(jī)容量330萬kW 單機(jī)容量55萬kW 這在21世紀(jì)初三峽電站建成之前 均列全國(guó)第一 單機(jī)容量排世界前10位 二灘拱壩壩高240m為中國(guó)第一高壩 在雙曲拱壩排行中 高度居亞洲第一 世界第三 承受總荷載980萬t 列世界第一 總泄水量22480m3 s 在高壩中為世界第一 進(jìn)水口高度為80m 調(diào)壓室高度70m 均居全國(guó)第一 亞洲最大的地下廠房洞室群 由廠房 主變壓器室 尾水調(diào)壓室三大洞室及壓力管道 尾水管 尾水洞 母線洞 交通洞 通風(fēng)洞 排水洞 廊道 進(jìn)風(fēng)豎井 排風(fēng)豎井 電梯豎井 電纜斜井等組成龐大洞室群 地下洞室開挖量370萬m3 其中 廠房長(zhǎng)280m 寬25 5m 高65m 二 水電站的基本類型 按水電站的組成建筑物及特征分為 壩式 河床式 引水式電站按調(diào)節(jié)能力分成 無調(diào)節(jié)水電站 有調(diào)節(jié)水電站 一 壩式水電站 用壩集中水頭的水電站稱為壩式水電站 其特點(diǎn)有 水頭取決于壩高 引用流量較大 電站的規(guī)模也大 水能利用較充分 綜合利用效益高 投資大 工期長(zhǎng) 適用 河道坡降較緩 流量較大 并有筑壩建庫(kù)的條件 2 壩后式水電站 當(dāng)水頭較大時(shí) 廠房本身抵抗不了水的推力 將廠房移到壩后 由大壩擋水 壩后式水電站一般修建在河流的中上游 庫(kù)容較大 調(diào)節(jié)性能好 如為土壩 可修建河岸式電站 舉世矚目的三峽水電站就是壩后式水電站 其裝機(jī)容量為18200MW 壩后式水電站 萬家寨壩后式水電站 向家壩水電站 三峽水電站 二 河床式電站 一般修建在河道中下游河道縱坡平緩的河段上 為避免大量淹沒 建低壩或閘 適用水頭 大中型 25米以下 小型 8 10米以下 廠房和擋水壩并排建在河床中 共同擋水 故廠房也有抗滑穩(wěn)定問題 廠房高度取決于水頭的高低 引用流量大 水頭低 注 廠房本身起擋水作用是河床式電站的主要特征 河床式電站 河床式電站 河床廠房 富春江河床式電站 泄洪閘 葛州壩水電站 三 引水式水電站 用引水道集中水頭的電站稱為引水式水電站特點(diǎn) 水頭相對(duì)較高 目前最大水頭已達(dá)2000米以上 引用流量較小 沒有水庫(kù)調(diào)節(jié)徑流 水量利用率較低 綜合利用價(jià)值較差 電站庫(kù)容很小 基本無水庫(kù)淹沒損失 工程量較小 單位造價(jià)較低 適用條件 適合河道坡降較陡 流量較小的山區(qū)性河段 類型 1 無壓引水電站引水建筑物是無壓的 渠道或無壓隧洞主要建筑物 低壩 進(jìn)水口 沉沙池 引水渠 洞 日調(diào)節(jié)池 壓力前池 壓力水管 廠房 尾水渠 無壓引水式水電站 1 壩 2 進(jìn)水口 3 沉沙池 4 引水渠道 5日調(diào)節(jié)池 6 壓力前池 7 壓力管道 8 廠房 9 尾水渠 10 配電所 11 泄水道 2 有壓引水式電站 引水建筑物是有壓的 壓力隧洞 pressuretunnel 主要建筑物 低壩 有壓隧洞 調(diào)壓室 壓力水管 廠房 尾水渠 有壓引水式水電站 石龍壩水電站 云南昆明石龍壩水電站是我國(guó)大陸的第一座水電站 其裝機(jī)容量?jī)H為1440kW 1910年7月開工建設(shè) 1912年4月發(fā)電 四 混合式水電站 混合式水電站是由壩和引水道兩種建筑物共同形成發(fā)電水頭的水電站 可以充分利用河流有利的天然條件 在坡降平緩河段上筑壩形成水庫(kù) 以利于徑流調(diào)節(jié) 在其下游坡降很陡或落差集中的河段采用引水方式得到在的水頭 如圖1 5示 五 抽水蓄能電站 抽水蓄能 系統(tǒng)負(fù)荷低時(shí) 利用系統(tǒng)多余的電能帶動(dòng)泵站機(jī)組將下庫(kù)的水抽到上庫(kù) 電動(dòng)機(jī) 水泵 以水的勢(shì)能形式貯存起來 放水發(fā)電 系統(tǒng)負(fù)荷高時(shí) 將上庫(kù)的水放下來推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組 水輪機(jī) 發(fā)電機(jī) 發(fā)電 以補(bǔ)充系統(tǒng)中電能的不足 抽水蓄能電站示意圖 黑麋峰抽水蓄能電站 下水庫(kù) 上水庫(kù) 發(fā)電系統(tǒng) 六 潮汐電站 潮汐 潮汐現(xiàn)象是海水因受日月引力而產(chǎn)生的周期性升降運(yùn)動(dòng) 即海水的潮漲潮落 潮汐發(fā)電原理 利用潮水漲 落產(chǎn)生的水位差所具有勢(shì)能來發(fā)電的 也就是把海水漲 落潮的能量變?yōu)闄C(jī)械能 再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?發(fā)電 的過程 潮汐發(fā)電原理 法國(guó)朗斯潮汐電站 1966年投入運(yùn)行 是第一個(gè)商業(yè)化電站 該電站裝機(jī)24臺(tái) 每臺(tái)1萬千瓦 共24萬千瓦 設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量5 44億度 機(jī)組為燈泡貫流式 轉(zhuǎn)輪直徑5 3米 法國(guó)朗斯潮汐電站 江夏潮汐電站 一 樞紐建筑物擋水建筑物 壩 閘泄水建筑物 溢洪道 泄水洞 溢流壩過壩建筑物 過船 過木 過魚二 發(fā)電建筑物進(jìn)水建筑物 進(jìn)水口 沉沙池引水建筑物 引水道 壓力管道 尾水道平水建筑物 前池 調(diào)壓室廠區(qū)樞紐 主廠房 副廠房 變電站 開關(guān)站等 本節(jié)小結(jié) 三 水電站的基本類型有壩式 引水式及混合式 壩式水電站分為河床式 壩后式 引水式水電站分有壓引水式和無壓引水式電站 混合式開發(fā)多為有壓引水式電站 本節(jié)小結(jié) 四 抽水蓄能電站和潮汐電站是水能利用的重要型式 抽水蓄能電站主要解決電力系統(tǒng)的調(diào)峰問題 尤其在我國(guó)東北 華北 華東等水能資源相對(duì)短缺的地區(qū) 加快抽水蓄能電站的建設(shè)速度很有必要 潮汐電站是開發(fā)海水能源的主要型式 本節(jié)小結(jié) 思考題 1 試闡述水能利用原理 2 什么是水電站的出力 3 按照集中落差方式的不同 水電站的開發(fā)可分為幾種基本方式 何為壩式水電站 引水式水電站和混合式水電站 4 壩式水電站水利樞紐和引水式水電站水利樞紐各有哪些主要特點(diǎn) 5 壩后式和河床式水電站樞紐的特點(diǎn)是什么 其組成建筑物有哪些 6 無壓引水式和有壓引水式水電站樞紐的特點(diǎn)是什么 其組成建筑物有哪些 7 水電站有哪些組成建筑物 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的水力機(jī)械 利用水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能變?yōu)殡娔艿脑O(shè)備 稱為水輪發(fā)電機(jī)組 按水流能量轉(zhuǎn)換特征 可將水輪機(jī)分為反擊式和沖擊式兩大類 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 一 反擊式水輪機(jī) 特點(diǎn) 轉(zhuǎn)輪是由若干個(gè)具有空間扭曲面的鋼性葉片組成 當(dāng)壓力水流通過整個(gè)轉(zhuǎn)輪時(shí) 由于彎曲葉道迫使水流改變其流動(dòng)的方向和流速的大小 因而水流便以其勢(shì)能和動(dòng)能給葉片以反作用力 并形成旋轉(zhuǎn)力矩使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)輪完全浸于水中 葉片進(jìn)口壓力 葉片出口壓力 分類 按轉(zhuǎn)輪區(qū)分水流相對(duì)于主軸的方向不同分為混流式 軸流式 斜流式和貫流式水輪機(jī) 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 1 混流式水輪機(jī) HL 特點(diǎn) a 水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪時(shí) 以輻向從四周進(jìn)入轉(zhuǎn)輪而以軸向流出轉(zhuǎn)輪 b 適用水頭范圍廣 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 運(yùn)行穩(wěn)定 效率高 c 單機(jī)容量幾十 幾十萬KW d 葉片數(shù)10 20片 通常14 19片 e 靠活動(dòng)導(dǎo)葉控制流量 適用條件 適用水頭范圍20 700m 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 2 軸流式水輪機(jī) ZZ ZD 特點(diǎn) a 水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪時(shí)軸向進(jìn)入又依軸向流出 故稱軸流式b 分為定漿式與轉(zhuǎn)漿式兩種 定漿式在運(yùn)行時(shí)葉片固定不動(dòng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 轉(zhuǎn)漿式運(yùn)行時(shí)葉片是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的 并和活動(dòng)導(dǎo)葉保持協(xié)聯(lián)關(guān)系 使水輪機(jī)保持較高的效率 c 單機(jī)容量一般幾十KW 十幾萬KW 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 d 葉片數(shù)3 8片 常用4 6片 葛洲壩17萬機(jī)組4片 12 5萬千瓦5片 e 流量控制 定漿式只用活動(dòng)導(dǎo)葉控制 而轉(zhuǎn)漿式由活動(dòng)導(dǎo)葉和漿葉共同控制 適用范圍 a 定漿式多用在負(fù)荷變化不大 水頭和流量比較固定的小型電站上 適用范圍3 50m b 轉(zhuǎn)漿式多應(yīng)用在大中型電站上 負(fù)荷變化較大 應(yīng)用水頭范圍為3 80m 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 3 斜流式水輪機(jī) XL 特點(diǎn) a 水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪時(shí)傾斜于軸向 故稱斜流式 b 轉(zhuǎn)輪的葉片可以轉(zhuǎn)動(dòng) 葉片軸線與主軸軸線斜交 高效區(qū)較寬廣 c 裝置較多葉片 一般為8 14片 適應(yīng)水頭有所提高 d 容量 以禮河一級(jí)毛家村電站 單機(jī)容量為8000KW小浪底可達(dá)15萬KW 適用范圍 適用水頭范圍為40 120m 世界上水頭最高的日本向川為113 4m 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 4 貫流式水輪機(jī) GD GZ 特點(diǎn) a 主軸裝置成水平或傾斜 不設(shè)置蝸殼 水流直貫轉(zhuǎn)輪 b 不僅水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪是軸向的 而且水流從建筑物進(jìn)口到出口全部是軸向的 可以認(rèn)為當(dāng)軸流式機(jī)組裝成水平臥軸時(shí) 不設(shè)蝸殼 水流直貫轉(zhuǎn)輪而成為貫流式 c 構(gòu)造簡(jiǎn)單 造價(jià)低 過水能力大 d 按發(fā)電機(jī)裝置方式不同分為全貫流式與半貫流式 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 全貫流式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)輪外緣 優(yōu)點(diǎn)為水力損失小 過流量大 結(jié)構(gòu)緊湊 但密封困難 半貫流式又分為軸伸式 豎井式和燈泡式 前二種發(fā)電機(jī)安裝 運(yùn)行及檢修方便 但水頭低 效率也低 機(jī)組容量不大 適合小型水電站 燈泡式結(jié)構(gòu)緊湊 流道平直 過流量大 適用于大容量機(jī)組 e 容量為幾十KW 幾萬KW f 葉片數(shù)4 6片g 流量控制與軸流式相同 適用范圍 適用于水頭小于20m 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 圖1 8全貫流式水輪機(jī)1 轉(zhuǎn)輪葉片 2 轉(zhuǎn)輪輪緣 3 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子輪輞 4 發(fā)電機(jī)定子 5 6 支柱 7 軸頸 8 輪轂 9 錐形插入物 10 拉緊桿 11 導(dǎo)葉 12 推力軸承 13 導(dǎo)軸承 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 二 沖擊式水輪機(jī) 實(shí)物圖 特點(diǎn) 壓力水流從噴嘴中射出后全部轉(zhuǎn)換成動(dòng)能 沖動(dòng)轉(zhuǎn)輪變成機(jī)械能 完全利用水流動(dòng)能 轉(zhuǎn)輪工作時(shí) 水流不充滿過流流道 在大氣壓下工作 水輪機(jī)一般沒有尾水管 只設(shè)集水槽 利用水頭是上游水位與噴嘴高程差 分類 按射流沖擊轉(zhuǎn)輪的方式不同分為水斗式 斜擊式 雙擊式三種 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 1 水斗式水輪機(jī) CJ 又稱培爾頓 Pelton水輪機(jī) 特點(diǎn) 由噴嘴出來的射流沿圓周切線方向沖擊轉(zhuǎn)輪上水斗作功 適用范圍 其應(yīng)用水頭較高 小型水斗式用于水頭40 250m 大型水斗式用于400 450m以上 最高可達(dá)1770m 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 2 斜擊式水輪機(jī) XJ 特點(diǎn) 噴嘴出來的射流 是沿著與轉(zhuǎn)輪平面成某 角 約為22 5 的方向沖擊轉(zhuǎn)輪 適用范圍 中小型水電站 水頭在400m以下 出力達(dá)4000KW 圖1 13斜擊式轉(zhuǎn)輪 a 轉(zhuǎn)輪 b 斜擊式轉(zhuǎn)輪進(jìn)水示意圖1 管帽 2 針閥 3 輪葉 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 3 雙擊式水輪機(jī) SJ 特點(diǎn) 由噴嘴出來的射流首先從轉(zhuǎn)輪外緣沖擊葉片 接著水流又自內(nèi)緣再一次沖擊葉片 效率低 適用范圍 只適用于小型水電站 應(yīng)用水頭10 150m 出力達(dá)300KW 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 表1 1水輪機(jī)類型及應(yīng)用水頭范圍 第二節(jié)水輪機(jī)的主要類型 本節(jié)小結(jié) 水輪機(jī) 反擊式 沖擊式 混流式 貫流式 斜流式 軸流式 切擊式 水斗式 雙擊式 斜擊式 全貫流式 半貫流式 燈泡貫流式 軸伸貫流式 豎井貫流式 虹吸貫流式 第三節(jié)水輪機(jī)的型號(hào)和裝置形式 一 水輪機(jī)的型號(hào)1 型號(hào)的含義我國(guó)水輪機(jī)的型號(hào)由三部分組成 各部分之間用一短橫線相連 一 第一部分代表水輪機(jī)型式及轉(zhuǎn)輪型號(hào)水輪機(jī)型式用漢語拼音字母所示 轉(zhuǎn)輪型號(hào)統(tǒng)一采用轉(zhuǎn)輪比轉(zhuǎn)速數(shù)字表示 在水輪機(jī)型式代表字母后加 N 表示可逆水力機(jī)械 一 水輪機(jī)的型號(hào) 表1 2水輪機(jī)形式 一 水輪機(jī)的型號(hào) 二 第二部分代表主軸布置方式及引水室特征均用漢語拼音字母表示 表1 3主軸布置形式及引水室特征 一 水輪機(jī)的型號(hào) 三 第三部分是水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑D1 cm 反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑1是用以厘米為單位的數(shù)值表示 沖擊式水輪機(jī)牌號(hào)的第三部分表示方式為 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑D1 cm 作用在每個(gè)轉(zhuǎn)輪上的噴嘴數(shù) 設(shè)計(jì)射流直徑 cm 例 HL180 LJ 550HL240 LJ 140ZZ560 LH 500GD600 WP 2502CJ26 W 120 2 10 2 轉(zhuǎn)輪直徑表征轉(zhuǎn)輪的主要幾何尺寸 稱為轉(zhuǎn)輪的標(biāo)稱直徑 或稱名義直徑 用D1表示 單位是cm 各種類型水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑 簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)輪直徑 具體的規(guī)定如下 1 混流式水輪機(jī)是轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口邊上的最大直徑 即轉(zhuǎn)輪下環(huán)與葉片進(jìn)口邊交點(diǎn)處直徑 2 軸流式和斜流式水輪機(jī)是轉(zhuǎn)輪葉片軸線與轉(zhuǎn)輪室相交處的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)徑 3 水斗式水輪機(jī)是轉(zhuǎn)輪與射流中心線相切的節(jié)圓直徑 一 水輪機(jī)的型號(hào) 圖1 16各種類型的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑規(guī)定示意圖 一 水輪機(jī)的型號(hào) 二 水輪機(jī)的裝置形式 水輪機(jī)的裝置形式是指水輪機(jī)的布置形式和引水室形式相結(jié)合的總體 它取決于使用水頭 單機(jī)容量和上下游水位等的變化情況 水輪機(jī)按主軸布置方式不同 又分為立式和臥式兩種 主軸豎向裝置者稱立式 發(fā)電機(jī)位于水輪機(jī)上部 其位置較高 不易受潮 所占廠房面積較小 但廠房高度大 多用于大中型水電站 主軸橫向裝置者稱臥式 發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)布置在同一高度上 可減小廠房高度 但發(fā)電機(jī)易受潮 廠房面積較大 多用于小型水電站 水輪機(jī)裝置形式與水電站廠房設(shè)計(jì)有密切的關(guān)系 下面對(duì)水輪機(jī)常見的幾種裝置形式進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹 1 反擊式水輪機(jī)的裝置形式反擊式水輪機(jī)使用水頭范圍大 單機(jī)容量差別大 機(jī)型繁多 所以裝置形式各不相同 大型機(jī)組 為縮小廠房面積 采用立式布置形式水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)軸直接連接 中小型機(jī)組 根據(jù)利用方式不同 主軸可以布置成立式或臥式 水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)軸可以直接連接 也可以通過齒輪 傳動(dòng)帶間接連接 二 水輪機(jī)的裝置形式 2 沖擊式水輪機(jī)的裝置形式?jīng)_擊式水輪機(jī)的裝置形式是根據(jù)其類型和機(jī)組容量的大小 結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件與生產(chǎn)制造水平?jīng)Q定的 斜擊式和雙擊式水輪機(jī)由于機(jī)組容量小 一般采用臥式裝置形式 切擊式水輪機(jī)由于機(jī)組容量范圍較大 因此裝置形式有立式也有臥式 大容量機(jī)組一般采用立式 小容量機(jī)組采用臥式 臥式切擊式水輪機(jī)和般為了較高的水力效率大多對(duì)每轉(zhuǎn)輪采用單噴嘴 對(duì)較大容量的臥式機(jī)組采用雙轉(zhuǎn)輪 每個(gè)轉(zhuǎn)輪使用雙噴嘴的裝置形式 二 水輪機(jī)的裝置形式 2 沖擊式水輪機(jī)的裝置形式對(duì)于大容量機(jī)組 為了縮小廠房平面尺寸 降低開挖費(fèi)用 一般采用立式裝置形式 立式機(jī)組還可以降低進(jìn)水管中的水力損失及轉(zhuǎn)輪的風(fēng)損 提高水輪機(jī)效率 另外立式機(jī)組可以多裝噴嘴 一般是1 6個(gè)噴嘴 增加噴嘴數(shù)可以提高切擊水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速 在運(yùn)行中能夠根據(jù)負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)整投入運(yùn)行的噴嘴數(shù) 保持高效率運(yùn)行 二 水輪機(jī)的裝置形式 1 水輪機(jī)牌號(hào)規(guī)定為 水輪機(jī)形式 比轉(zhuǎn)速 主軸布置形式 引水室特征 轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑 2 各型水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑位置都有規(guī)定 且標(biāo)稱直徑有標(biāo)準(zhǔn)化 3 水輪機(jī)的裝置形式 本節(jié)小結(jié) 當(dāng)水流通過水輪機(jī)時(shí) 水流的能量被轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)的機(jī)械能 我們用一些參數(shù)來表征能量轉(zhuǎn)換的過程 稱為水輪機(jī)的基本工作參數(shù) 主要有 工作水頭H 流量Q 轉(zhuǎn)速n 出力P與效率 t等 一 水輪機(jī)的工作水頭H 1 定義 水輪機(jī)的工作水頭是指參與水輪機(jī)能量轉(zhuǎn)換的水頭 2 計(jì)算 根據(jù)定義水輪機(jī)的工作水頭H m 應(yīng)為水輪機(jī)進(jìn)口斷面 和尾水管出口斷面 處單位重量水流能量之差 采用下游水面為基準(zhǔn)面 H E E 第四節(jié)水輪機(jī)的基本工作參數(shù) H Hg h 1 10 Hg 水電站的毛水頭 即上下游水位之差 也稱為靜水頭 1 10 式表明水輪機(jī)工作水頭即等于水電站毛水頭扣除壓力引水系統(tǒng)中水頭損失后的凈水頭 這也就是水輪機(jī)利用的有效水頭 3 表明水輪機(jī)運(yùn)行工況及運(yùn)行范圍的其他特征水頭 最大水頭Hmax 最小水頭Hmin 加權(quán)平均水頭Ha 設(shè)計(jì)水頭 也稱計(jì)算水頭 Hr其中 加權(quán)平均水頭Ha是指水電站在運(yùn)行期間出現(xiàn)次數(shù)最多 經(jīng)歷時(shí)間最長(zhǎng)的水頭 通常是指電能或時(shí)間加權(quán)的平均水頭 可由計(jì)算的資料確定 或式中ti Ni 水頭Hi出現(xiàn)時(shí)相應(yīng)的持續(xù)時(shí)間和出力 第四節(jié)水輪機(jī)的基本工作參數(shù) 3 表明水輪機(jī)運(yùn)行工況及運(yùn)行范圍的其他特征水頭 設(shè)計(jì)水頭Hr是指水輪機(jī)在發(fā)出額定出力時(shí)所需要的最小水頭 它與水輪機(jī)的受阻容量有關(guān) 經(jīng)分析比較確定 第四節(jié)水輪機(jī)的基本工作參數(shù) 二 流量1 定義 水輪機(jī)的流量是指水流在單位時(shí)間內(nèi)通過水輪機(jī)的體積 單位m3 s 2 計(jì)算 水輪機(jī)流量隨工況的改變而改變 由測(cè)量得到 其數(shù)值在Hr下 水輪機(jī)發(fā)額定出力時(shí) Q最大 第四節(jié)水輪機(jī)的基本工作參數(shù) 三 出力和效率1 出力 水輪機(jī)軸端的輸出功率 用P表示 單位為W或kW 2 輸入功率 當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)水輪機(jī)的水流的總能量 即水流的出力 常用符號(hào)Pn表示 3 效率 t 水輪機(jī)的出力與其輸入功率的比值稱為水輪機(jī)的效率 t P Pn4 出力P的計(jì)算 由上述可知 P Pn 9 81QH t kw 第四節(jié)水輪機(jī)的基本工作參數(shù) 5 實(shí)際水輪機(jī)效率 t情況 目前水輪機(jī)的效率較高 大型機(jī)組可達(dá)90 95 小型機(jī)組可達(dá)80 而火電站的熱能效率卻只有40 左右 這也是水電的優(yōu)越性所在 6 水輪發(fā)電機(jī)組的輸出功率Pf 由于水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)同軸連接 當(dāng)水輪機(jī)把輸出功率傳給發(fā)電機(jī)時(shí) 同樣存在著損失 即發(fā)電機(jī)的效率 發(fā) 所以Pf 9 81QH 水 發(fā) 水輪機(jī)的輸出功率P 第四節(jié)水輪機(jī)的基本工作參數(shù) 四 工作力矩與轉(zhuǎn)速1 工作力矩 由于水輪機(jī)的出力使主軸旋轉(zhuǎn)作功 所以出力除了用水頭流量公式P 9 81QH t表示外 還可用旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的公式來表示