水電站基本構(gòu)造原理與類型

水電站基本構(gòu)造原理與類型當(dāng)前第1頁\共有66頁\編于星期二\9點水電站在水力發(fā)電的過程中，為了實現(xiàn)電能的連續(xù)產(chǎn)生需要修建一系列水工建筑物，也就是水電站。包括：進水、引水、廠房、排水等。水電站是水、機、電的綜合體。當(dāng)前第2頁\共有66頁\編于星期二\9點一、水力發(fā)電的概念水力發(fā)電的基本原理是利用水位落差，配合水輪發(fā)電機產(chǎn)生電力，也就是利用水的位能轉(zhuǎn)為水輪的機械能，再以機械能推動發(fā)電機，而得到電力?？茖W(xué)家們以此水位落差的天然條件，有效的利用流力工程及機械物理等，精心搭配以達到最高的發(fā)電量，供人們使用廉價又無污染的電力。水力發(fā)電的基本原理是利用水位落差，配合水輪發(fā)電機產(chǎn)生電力，也就是利用水

當(dāng)前第3頁\共有66頁\編于星期二\9點水力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程天然水能可利用水能旋轉(zhuǎn)機械能電能建筑物和設(shè)備水輪機發(fā)電機水利系統(tǒng)機電系統(tǒng)當(dāng)前第4頁\共有66頁\編于星期二\9點壩后式水電站水力發(fā)電站按組成建筑物特征的主要類型壩式、河床式、引水式電站當(dāng)前第5頁\共有66頁\編于星期二\9點壩后式水電站水力發(fā)電站按組成建筑物特征的主要類型當(dāng)前第6頁\共有66頁\編于星期二\9點引水式水電站水力發(fā)電站按組成建筑物特征的主要類型當(dāng)前第7頁\共有66頁\編于星期二\9點引水式水電站水力發(fā)電站按組成建筑物特征的主要類型當(dāng)前第8頁\共有66頁\編于星期二\9點混合式水電站水力發(fā)電站按組成建筑物特征的主要類型當(dāng)前第9頁\共有66頁\編于星期二\9點水輪發(fā)電機組當(dāng)前第10頁\共有66頁\編于星期二\9點水輪發(fā)電機組水輪機是將水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機械能，從而帶動發(fā)電機發(fā)出電能的一種機械。水輪機與發(fā)電機聯(lián)接成的整體稱為水輪發(fā)電機組。

當(dāng)前第11頁\共有66頁\編于星期二\9點基礎(chǔ)尾水管泄水錐輪葉轉(zhuǎn)輪體轉(zhuǎn)輪室底環(huán)蝸殼座環(huán)導(dǎo)葉支持蓋頂蓋導(dǎo)葉操作機構(gòu)受油器永磁機上機架上擋風(fēng)板定子轉(zhuǎn)子下?lián)躏L(fēng)板推力軸承下風(fēng)罩推力支架柱段推力支架錐段空冷器水輪發(fā)電機組當(dāng)前第12頁\共有66頁\編于星期二\9點水輪機當(dāng)前第13頁\共有66頁\編于星期二\9點水流能量轉(zhuǎn)換特征反擊式?jīng)_擊式水輪機的主要分類當(dāng)前第14頁\共有66頁\編于星期二\9點混流式軸流式斜流式貫流式?jīng)_擊式反擊式軸流定漿式軸流轉(zhuǎn)漿式水斗式雙擊式斜擊式全貫流式半貫流式燈泡式軸伸式豎井式利用水流的勢能和動能進行工作；轉(zhuǎn)輪完全淹沒在密閉的水體中。

水輪機利用水流的動能進行工作；轉(zhuǎn)輪露在空氣中。水輪機的主要分類當(dāng)前第15頁\共有66頁\編于星期二\9點反擊式：水流方向和流速大小受葉片約束而改變,從而對葉片一個反作用力反擊式水輪機當(dāng)前第16頁\共有66頁\編于星期二\9點混流式水輪機水流從四周沿徑向進入轉(zhuǎn)輪，然后近似以軸向流出轉(zhuǎn)輪。應(yīng)用水頭范圍較廣，約為20~700m，結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定且效率高，是應(yīng)用最廣泛的一種水輪機。1—主軸；2—葉片；3—導(dǎo)葉反擊式水輪機當(dāng)前第17頁\共有66頁\編于星期二\9點混流式：幅向進流，軸向出流1－主軸；2－葉片；3－導(dǎo)葉；4－蝸殼；5－尾水管12345反擊式水輪機當(dāng)前第18頁\共有66頁\編于星期二\9點軸流式水輪機水流在導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪之間由徑向流動轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向流動，而在轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)水流保持軸向流動。應(yīng)用水頭約為3~80m，在中低水頭、大流量水電站中得到了廣泛應(yīng)用。1—導(dǎo)葉；2—葉片；3—輪轂反擊式水輪機當(dāng)前第19頁\共有66頁\編于星期二\9點軸流式：軸向進流，軸向出流1－導(dǎo)葉；2－葉片；3－輪轂4－蝸殼；5－尾水管123445反擊式水輪機當(dāng)前第20頁\共有66頁\編于星期二\9點斜流式水輪機水流在轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)沿著與主軸成某一角度的方向流動，其轉(zhuǎn)輪葉片大多做成可轉(zhuǎn)的形式。適用水頭在軸流式與混流式水輪機之間，約為40~200m。1—蝸殼；2—導(dǎo)葉；3—轉(zhuǎn)輪葉片；4—尾水管反擊式水輪機當(dāng)前第21頁\共有66頁\編于星期二\9點斜流式：斜向進流，斜向出流12341－蝸殼；2－導(dǎo)葉；3－葉片；4－尾水管可轉(zhuǎn)動葉片反擊式水輪機當(dāng)前第22頁\共有66頁\編于星期二\9點貫流式水輪機一種流道近似為直筒狀的臥軸式水輪機，它不設(shè)引水蝸殼，葉片可做成固定的和可轉(zhuǎn)動的兩種。貫流式水輪機的適用水頭為1~25m，適用于低水頭、大流量的水電站。根據(jù)其發(fā)電裝置形式的不同，分為全貫流式和半貫流式兩類。反擊式水輪機當(dāng)前第23頁\共有66頁\編于星期二\9點1—轉(zhuǎn)輪葉片；2—轉(zhuǎn)輪輪緣；3—發(fā)電機轉(zhuǎn)子輪輞；4—發(fā)電機定子；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)軸承反擊式水輪機全貫流式水輪機全貫流式水輪機的發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接安裝在轉(zhuǎn)輪葉片的外緣，它的優(yōu)點是流道平直、過流量大、效率高。但由于轉(zhuǎn)輪葉片外緣的線速度大、周線長，因而旋轉(zhuǎn)密封困難，目前已很少使用。當(dāng)前第24頁\共有66頁\編于星期二\9點半貫流式水輪機半貫流式水輪機有軸伸式、豎井式和燈泡式等裝置形式。軸伸式和豎井式結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，但效率較低，一般只用于小型水電站。燈泡貫流式水輪機，其結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、效率較高，使用廣泛。反擊式水輪機當(dāng)前第25頁\共有66頁\編于星期二\9點軸伸貫流式水輪發(fā)電機組1—轉(zhuǎn)輪；2—水輪機主軸；3—尾水管；4—齒輪轉(zhuǎn)動機構(gòu)；5—發(fā)電機反擊式水輪機當(dāng)前第26頁\共有66頁\編于星期二\9點豎井貫流式水輪發(fā)電機組反擊式水輪機當(dāng)前第27頁\共有66頁\編于星期二\9點發(fā)電機組安裝在密閉的燈泡體

1－導(dǎo)葉；2－轉(zhuǎn)輪；3－發(fā)電機；4－燈泡123412反擊式水輪機燈泡貫流式水輪發(fā)電機組當(dāng)前第28頁\共有66頁\編于星期二\9點沖擊式水輪機水斗式水輪機水流由噴嘴噴射出來沿著轉(zhuǎn)輪圓周的切線方向沖擊在斗葉上做功當(dāng)前第29頁\共有66頁\編于星期二\9點沖擊式水輪機斜擊式水輪機水流由噴嘴噴射出來沿著與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)平面成某一角度進入葉片，適用于高水頭，中小型的水電站當(dāng)前第30頁\共有66頁\編于星期二\9點沖擊式水輪機雙擊式水輪機水流從噴嘴流出后，從轉(zhuǎn)輪外周通過徑向葉片進入轉(zhuǎn)輪中心，進行第一次能量交換，再從轉(zhuǎn)輪中心通過徑向葉片流出轉(zhuǎn)輪，完成第二次能量交換。適用水頭范圍10~150m，結(jié)構(gòu)簡單、效率低，出力較小，應(yīng)用不多。當(dāng)前第31頁\共有66頁\編于星期二\9點小結(jié)：水輪機類型及應(yīng)用水頭范圍當(dāng)前第32頁\共有66頁\編于星期二\9點水輪發(fā)電機當(dāng)前第33頁\共有66頁\編于星期二\9點推力軸承位于轉(zhuǎn)子上方的發(fā)電機，它適用于轉(zhuǎn)速在100r/min以上。其優(yōu)點是推力軸承損耗小，裝配方便，運轉(zhuǎn)較穩(wěn)定；缺點是機組高度較大，耗費鋼材多。水輪發(fā)電機按布置方式主要有立式與臥式兩大類，其中立式水輪發(fā)電機又分為懸掛式與傘式發(fā)電機。

1、懸掛式發(fā)電機:當(dāng)前第34頁\共有66頁\編于星期二\9點懸掛式發(fā)電機上下支撐下導(dǎo)與風(fēng)閘下導(dǎo)軸承定子外殼當(dāng)前第35頁\共有66頁\編于星期二\9點2、傘式發(fā)電機推力軸承位于轉(zhuǎn)子下方，設(shè)在下機架上傳力方式：機組轉(zhuǎn)動部分重量→推力頭→鏡板→推力軸瓦→下機架→機座→基礎(chǔ)上機架：只支撐上導(dǎo)軸承和勵磁機定子。類型：1.普通傘式：有上、下導(dǎo)軸承2.半傘式:有上導(dǎo)軸承，無下導(dǎo)軸承3.全傘式:無上導(dǎo)軸承，有下導(dǎo)軸承當(dāng)前第36頁\共有66頁\編于星期二\9點(1)普通傘式有上、下導(dǎo)軸承當(dāng)前第37頁\共有66頁\編于星期二\9點(2)半傘式有上導(dǎo)，無下導(dǎo)。發(fā)電機通常將上機架埋入發(fā)電機層地板以下。當(dāng)前第38頁\共有66頁\編于星期二\9點(3)全傘式無上導(dǎo)，有下導(dǎo)。轉(zhuǎn)動部分重量→推力軸承支撐結(jié)構(gòu)→頂蓋→座環(huán)當(dāng)前第39頁\共有66頁\編于星期二\9點二、水電站的基本類型

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、引水式電站當(dāng)前第40頁\共有66頁\編于星期二\9點(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。適用：河道坡降較緩，流量較大，并有筑壩建庫的條件。二、水電站的基本類型當(dāng)前第41頁\共有66頁\編于星期二\9點壩后廠房萬家寨壩后式水電站當(dāng)前第42頁\共有66頁\編于星期二\9點向家壩水電站當(dāng)前第43頁\共有66頁\編于星期二\9點三峽水電站當(dāng)前第44頁\共有66頁\編于星期二\9點(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。二、水電站的基本類型當(dāng)前第45頁\共有66頁\編于星期二\9點

河床式電站當(dāng)前第46頁\共有66頁\編于星期二\9點河床式電站當(dāng)前第47頁\共有66頁\編于星期二\9點河床廠房富春江河床式電站泄洪閘當(dāng)前第48頁\共有66頁\編于星期二\9點葛州壩水電站河床廠房河床廠房開關(guān)站船閘泄洪閘當(dāng)前第49頁\共有66頁\編于星期二\9點(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：水頭相對較高，目前最大水頭已達2000米以上。引用流量較小，沒有水庫調(diào)節(jié)徑流，水量利用率較低，綜合利用價值較差。電站庫容很小，基本無水庫淹沒損失，工程量較小，單位造價較低。適用條件：適合河道坡降較陡，流量較小的山區(qū)性河段。二、水電站的基本類型當(dāng)前第50頁\共有66頁\編于星期二\9點類型：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。(三)、引水式水電站二、水電站的基本類型當(dāng)前第51頁\共有66頁\編于星期二\9點無壓引水式水電站

當(dāng)前第52頁\共有66頁\編于星期二\9點1-壩;2-進水口;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;10-泄水道當(dāng)前第53頁\共有66頁\編于星期二\9點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。(三)、引水式水電站二、水電站的基本類型當(dāng)前第54頁\共有66頁\編于星期二\9點有壓引水式水電站當(dāng)前第55頁\共有66頁\編于星期二\9點石龍壩有壓引水式水電站云南昆明石龍壩水電站是我國大陸的第一座水電站，其裝機容量僅為1440kW，1910年7月開工建設(shè)，1912年4月發(fā)電。當(dāng)前第56頁\共有66頁\編于星期二\9點抽水蓄能：系統(tǒng)負荷低時，利用系統(tǒng)多余的電能帶動泵站機組將下庫的水抽到上庫(電動機+水泵)，以水的勢能形式貯存起來；放水發(fā)電：系統(tǒng)負荷高時，將上庫的水放下來推動水輪發(fā)電機組(水輪機+發(fā)電機)發(fā)電，以補充系統(tǒng)中電能的不足。(四)、抽水蓄能電站二、水電站的基本類型當(dāng)前第57頁\共有66頁\編于星期二\9點抽水蓄能電站示意圖當(dāng)前第58頁\共有66頁\編于星期二\9點抽水蓄能電站當(dāng)前第59頁\共有66頁\編于星期二\9點潮汐：潮汐現(xiàn)象是海水因受日月引力而產(chǎn)生的周期性升降運動，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能來發(fā)電的，也就是把海水漲、落潮的能量變?yōu)闄C械能，再把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽òl(fā)電）的過程。(五)、潮汐電站二、水電站的基本類型當(dāng)前第60頁\共有66頁\編于星期二\9點潮