《水力發(fā)電工程》論文

水力發(fā)電過程 及各建筑物在其中的作用 學(xué)生學(xué)號(hào) 2011308880012 學(xué)生姓名 付佳偉 學(xué)生學(xué)院 電氣工程學(xué)院 摘要 在水力發(fā)電過程中 來自水庫 壓力前池或調(diào)壓室位于高處的具有勢(shì)能的水流通過引水建筑物 即壓力水管 摘要 在水力發(fā)電過程中 來自水庫 壓力前池或調(diào)壓室位于高處的具有勢(shì)能的水流通過引水建筑物 即壓力水管 直接進(jìn)入水輪機(jī) 沖刷水輪機(jī)的葉輪 使葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪帶動(dòng)同軸的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng) 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)直接進(jìn)入水輪機(jī) 沖刷水輪機(jī)的葉輪 使葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪帶動(dòng)同軸的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng) 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn) 生高頻交流電 通過輸電線傳輸?shù)阶儔浩髟鰤汉笥筛邏狠旊娋€傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的變電站降壓 最后傳輸?shù)接脩羰褂?進(jìn)入水輪生高頻交流電 通過輸電線傳輸?shù)阶儔浩髟鰤汉笥筛邏狠旊娋€傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的變電站降壓 最后傳輸?shù)接脩羰褂?進(jìn)入水輪 機(jī)的水流在沖刷葉輪后從尾水管排出 機(jī)的水流在沖刷葉輪后從尾水管排出 1 水力發(fā)電過程水力發(fā)電過程 簡(jiǎn)單的說 水力發(fā)電就是利用河流 湖泊 等位于高處具有 勢(shì)能的水流引至低處 將其中 所含之勢(shì)能轉(zhuǎn)換成水輪機(jī) 的動(dòng)能 再以水輪機(jī) 為原動(dòng)力 推動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能 水力發(fā)電過 程利用水力推動(dòng)水力機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng) 將水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī) 械能 在水輪機(jī)上接上另一種機(jī)械隨著水輪機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)發(fā)電 這時(shí)機(jī)械能又轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?水力發(fā)電 過程在某種意義上講是水的 勢(shì)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能 再轉(zhuǎn)變成電能的過程 水力發(fā)電所發(fā)出的電力電 壓相對(duì)較低 要輸送給 遠(yuǎn)距離的用戶 就必須 將電壓經(jīng)過變壓器增高 再由空架 高壓輸電線 路輸送到用戶集中區(qū)的變電 站 最后降低 到適 合家庭用戶 工廠用電設(shè)備的電壓 并由配電線 路輸送到各個(gè)工廠及家庭 在水力發(fā)電過程中 來自 水庫 壓力前池或 調(diào)壓室位于高處的具有勢(shì)能的水流通過引水建筑 物 即壓力水管 直接進(jìn)入水輪機(jī) 沖刷水輪機(jī) 的葉輪 使葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪帶動(dòng)同軸 的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng) 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生高 頻交流電 通過輸電線傳輸?shù)阶儔浩髟鰤汉笥筛?壓輸電線傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的變電站降壓 最后傳輸?shù)?用戶使用 進(jìn)入水輪機(jī)的水流在沖刷葉輪后從尾 水管排出 2 各建筑物在水力發(fā)電中的作用各建筑物在水力發(fā)電中的作用 水力發(fā)電過程中不同水工建筑物分別起到了各 自的作用 使水力發(fā)電樞紐能夠高效地起到發(fā)電 防洪 灌溉 供水 航運(yùn)的作用 水工建筑物按作用可分為四類 I 擋水建筑物 堤 壩等 II 泄水建筑物 溢流壩 泄水閘等 III 取水 輸水建筑物 取水閘 渠道 輸水 隧洞等 IV 專門建筑物 船閘 水電站廠房 魚道 筏道等 水工建筑物按按使用長(zhǎng)短又可分為永久性建 筑物和臨時(shí)性建筑物 I 永久性建筑物 樞紐工程運(yùn)行期間長(zhǎng)期使 用的建筑物 II 臨時(shí)性建筑物 樞紐工程在建設(shè)期間使用 的建筑物 往往在工程建成后拆除 如圍 堰 導(dǎo)流洞等 永久性建筑物又可分為 I 主要建筑物 一旦失事后 將造成下游毀 滅性災(zāi)害 或嚴(yán)重影響工程效益的建筑物 如攔河壩 進(jìn)水塔等 II 次要建筑物 失事后不會(huì)造成嚴(yán)重災(zāi)害或 效益損失 或易于恢復(fù)的建筑物 如導(dǎo)流 墻 支渠等 2 1 擋水建筑物 作用 攔截和阻擋水流 擋水建筑物的基本要求是 在水推力及其他 力共同作用下能穩(wěn)定工作 自身不漏水或少漏水 整體建筑物的工程量最省 能夠作為水庫的擋水建筑物主要有攔河壩 攔 河閘等 攔河壩有重力壩 拱壩 支墩壩和土石壩等壩 型 1 重力壩 混凝土重力壩是利用壩體的重 量抗衡蓄水壓力 地震力等作用力 以防止壩的滑 動(dòng)與倒塌 這類壩的截面大都為三角形 上游一面 稍呈垂直 下游一面約為 1 0 8 的斜坡 重力壩與其他形式的混凝土壩比較 由于壩體 龐大 因而具有如下優(yōu)點(diǎn) a 對(duì)壩體混凝土的強(qiáng)度要求不高 單位混 凝土所需水泥量少 且形狀簡(jiǎn)單 模板的制作 與混凝土的澆灌均易實(shí)現(xiàn) 因而混凝土的單位 造價(jià)較低 b 由于作用于基礎(chǔ)的應(yīng)力小 故基礎(chǔ)處理費(fèi) 用少 c 可利用壩體下游側(cè)作為溢洪孔的一部分 還可利用壩體設(shè)置進(jìn)水口及壓力管道等附屬構(gòu) 建 做這樣的布置也交易實(shí)現(xiàn) 2 支墩壩 這是一種由支墩支撐截水板的壩 如果截水板 均制成拱形 連在一起就成了多拱壩 加大支墩上 游側(cè)的頭部寬度 借以取代截水板承受壓力 同時(shí) 將支墩下游部分做成帶凸緣形狀 使其互相連成一 個(gè)面 以增強(qiáng)壩的剛度 這就是所謂的空心重力壩 這種壩有以下優(yōu)點(diǎn) I 可減輕浮力 上游側(cè)承受水壓荷載 提高了壩的穩(wěn) 定性 從而節(jié)約混凝土用量 II 壩基承受的壓力分布良好 故基礎(chǔ)處理和施工 比較容易 III 混凝土的散熱性好 檢查 維修亦很方便 3 拱形壩 壩的軸線向上游側(cè)彎曲 可使部分作用于壩 上的外力由壩的自重抵消 但大部分是通過拱的作 用傳遞到兩岸的壩基上 拱的形狀有圓弧 多心圓 弧 拋物線等 根據(jù)地形 可以是對(duì)稱的 也可以 是非對(duì)稱的 通過選用不同的形狀與壩厚 可以較容易的 改變拱形壩體與基礎(chǔ)所承受的應(yīng)力 與重力壩比較 拱形壩的體積小得多 故混凝土用量亦可減少 4 填筑壩 均質(zhì)壩 壩體大部分由一種均勻的透水性小 的材料筑成 壩體整個(gè)截面都起截水與防止滑動(dòng)確 保安全的作用 這類壩不能筑得太高 多在 30M 以下為宜 非均質(zhì)壩 壩由截水區(qū)與幾個(gè)透水性各異的 區(qū)組成 截水區(qū)具有截水功能 而透水區(qū)作為壩的 主體 則具有防止滑動(dòng)破壞 確保安全的作用 這 類結(jié)構(gòu)多用于高壩 表面截水面型壩 這類壩是在起防止滑動(dòng) 確保安全作用的壩體上游一側(cè) 由瀝青混凝土或鋼 筋混凝土等材料鋪設(shè)成具有截水功能的表面層 2 2 泄水建筑物泄水建筑物 在水利工程樞紐中 用來泄放水的水工建筑 物稱為泄水建筑物 其型式有岸邊溢洪道 溢流壩 泄洪隧洞及壩下涵洞四種型式 岸邊溢洪道主要有以下三種型式 1 正槽溢洪道 溢洪道的泄槽與溢流堰軸 線正交 過堰水流與泄槽軸線方向一致 2 側(cè)槽溢洪道 溢流堰設(shè)在泄槽一側(cè) 溢 流堰軸線與泄槽大致平行 3 井式溢洪道 進(jìn)水口在平面上為一環(huán)形 的溢流堰 水流過堰后 經(jīng)豎井和隧洞流向下游 溢洪道從上游水庫到下游河道通常由引水段 控制段 泄水槽 消能設(shè)施和尾水渠五個(gè)部分組成 溢洪道進(jìn)口設(shè)計(jì)成喇叭形狀的主要目的是使水流平 穩(wěn)均勻地流向溢洪堰 防止發(fā)生漩渦或橫向水流 降低局部水頭損失 提高溢洪道的泄洪能力 溢流堰縱斷面一般有實(shí)用堰和寬頂堰兩種基本 型式 實(shí)用堰的流量系數(shù)較大 但結(jié)構(gòu)比寬頂堰復(fù) 雜 當(dāng)堰口狹窄 地面高程較低 或地面高程雖較 高 但開挖容易且方量不大時(shí)可以采用 寬頂堰的 流量系數(shù)較實(shí)用堰小 但施工簡(jiǎn)單 當(dāng)?shù)孛孑^高 開挖方量大且開挖比較困難時(shí) 采用這種堰型可以 減小一些開挖量 2 3 取水 輸水建筑物取水 輸水建筑物 取水 輸水建筑物可分為壓力管道 隧洞 明渠等 引水建筑物中最常見的是壓力水管 壓力水管是從水庫 壓力前池或調(diào)壓室將水 流直接引入水輪機(jī)的輸水管 壓力水管的路線布置 應(yīng)該短而直 選擇在地質(zhì)條件好的情況 壓力鋼管 的進(jìn)口或出口要設(shè)置閘門 壓力水管分三類 I 露天式 用于無壓引水式水電站從壓力前 池到主廠房段 II 壩內(nèi)式 用于壩后式水電站 III 隧洞式 用于有壓引水式水電站 2 4 專門建筑物專門建筑物 水電站廠房 水電站廠房通過一系列工程措施 將水流平順地引入及引出水輪機(jī) 將各種必需的機(jī) 電設(shè)備安置在恰當(dāng)?shù)奈恢?給它們創(chuàng)造良好的安裝 檢修及運(yùn)行條件 并給運(yùn)行人員以良好的工作環(huán)境 平水建筑物 平水建筑物的作用是平穩(wěn)水流 保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定工作和管道安全 常用的平水建筑 物有壓力前池和調(diào)壓室 調(diào)壓井 A 壓力前池 有池身 漸變段 溢流堰 攔污柵 沉沙池 排沙池組成 將引水渠道引來的流量按 要求分配給各壓力水管 在此清除水中的污物 宣泄多余的水量 適應(yīng)水輪機(jī)的流量調(diào)節(jié) B 調(diào)壓室 截?cái)嗨畵舨ǖ膫鞑ネǖ?利用擴(kuò)大的 斷面積和自由水面反射水擊波 縮短了壓力水管 大大降低了水擊壓力 改善機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境 過壩建筑物 過壩建筑物分為通航建筑物 過 魚建筑物及過木建筑物 通航建筑物又分為船閘 和升船機(jī) 船閘靠調(diào)節(jié)閘室水位使船舶過壩 一次通航能 力大 可達(dá)萬噸級(jí)以上 優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)輸量大 安全 可靠 運(yùn)行費(fèi)用低 建筑物運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)比較豐富 缺點(diǎn)是耗水量大 過船速度慢 一級(jí)船閘允許上 下游水位差不超過 30M 升船機(jī)有垂直升船機(jī)和斜面升船機(jī)兩類 垂 直升船機(jī)按升降設(shè)備可分為提升式升船機(jī) 平衡 式升船機(jī) 浮筒式升船機(jī) 水壓式升船機(jī) 過魚建筑物幫助魚類克服落差 翻越攔河閘 壩抵達(dá)產(chǎn)卵地或繁殖場(chǎng)所 是保護(hù)魚類生活和繁 殖的重要措施之一 過魚建筑物