水電站及生產(chǎn)過程課件

*

水輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)

*一、水頭與水電機組的關(guān)係1、當P一定，H

Q

需加大過流能力2、增大過流能力措施：

增大過流通道尺寸、減少轉(zhuǎn)輪葉片數(shù) 為了適應(yīng)水頭的降低，翼形發(fā)生變化 轉(zhuǎn)輪流道形狀發(fā)生變化。*3、當P一定，H

nS與轉(zhuǎn)輪幾何形狀的關(guān)係4、Q11

，n11

*提高ns有無限制？ns提高的軌跡*對水輪機而言：ns=60~100ns=100~220ns=220~350ns=350~420ns=400~1000混流式轉(zhuǎn)輪軸流式轉(zhuǎn)輪H*不同比轉(zhuǎn)速水輪機的應(yīng)用範圍*二、不同水頭段下水輪機特點1、H<10m的水電機組：貫流式機組bulbTurbine**貫流式水輪發(fā)電機組**2、H<45m的水電機組：軸流式機組KaplanTurbine*世界最大的轉(zhuǎn)輪（東電），轉(zhuǎn)輪直徑11.3m，出力17萬千瓦11.3m***Kaplan

Turbine*3、H<200m的水電機組：混流式機組FrancisTurbine**三峽水電站巨型水輪機轉(zhuǎn)輪**三峽水電站水輪機轉(zhuǎn)輪圖片資料*4、H>200m的水電機組：衝擊式機組PeltonTurbine*****4、H=200~350m的抽水蓄能水電機組：可逆式機組天荒坪水電站可逆式水力發(fā)電機組發(fā)電機水泵水輪機主閥圖片*PumpstorageplantRaccoonMountainU.S.A上庫下庫地下廠房*立式機組三、水力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)特點懸式結(jié)構(gòu)傘式結(jié)構(gòu)*臥式機組完bulbTurbine*

水利樞紐

*一、水利樞紐1、水利樞紐概念：

修建在同一河段或地點，共同完成以防治水災(zāi)、開發(fā)利用水資源為目標的不同類型水工建築物的綜合體。水利樞紐工程通常是水利工程體系中最重要的組成部分，一般由擋水建築物（壅水）、泄水建築物、進水建築物以及必要的水電站廠房、通航、魚道、過木等專門性的水工建築物組成。*世界文化遺產(chǎn)----都江堰水利樞紐*澳大利亞一水利樞紐全景－Danube*ShingkuII,Japan

*葛洲壩水利樞紐*三峽水利樞紐*中堡島上游圍堰下游圍堰導(dǎo)流明渠三鬥坪江段地貌航拍資料三鬥坪鎮(zhèn)*程良駿教授陪同原總理李鵬同志考察三峽壩址——

三鬥坪程良駿教授與我校原校長楊叔子院士一同會見我國著名科學(xué)家錢偉長*三峽巒峰峻嶺*神女峰巫峽秀色**隔河巖水利樞紐返回20*高壩洲水利樞紐*水布埡水利樞紐*十三陵水利樞紐*天荒坪水電樞紐水電樞紐可逆式水電機組*廣州抽水蓄能水電站一期地下式廠房及樞紐*PumpstorageplantRaccoonMountainU.S.A上庫下庫地下廠房*工程等級工程規(guī)模分等指標水庫總庫容（億m3）防洪灌溉面積(萬畝)水電站裝機容量（萬kW）保護城鎮(zhèn)及工礦區(qū)保護農(nóng)田面積(萬畝)一大（1）型>10特別主要城市、礦區(qū)>500>150>75二大（2）型10～1主要城市、概況區(qū)500～100150～5075～25三中型1～0.1中等城市、工礦區(qū)100～3050～525～3.5四?。?）型0.1～0.01一般城市、工礦區(qū)<305～0.53.5～0.05五?。?）型0.01～0.001

<0.5<0.05水利工程等級劃分標準*2、水能開發(fā)方式強烈依賴地理位置和地質(zhì)條件

水能利用*河流水能的梯級利用1、解決一些無法解決的技術(shù)問題；2、減少淹沒損失減少的淹沒損失*河流水力資源梯級開發(fā)實例*3、水利樞紐主要建築物：

攔水建築物：攔水壩。

引水建築物：引水渠、引水管道等。溢洪（水）建築物：溢洪壩、溢洪閘、洩洪閘等。疏砂建築物：沖砂閘等。通航建築物：船閘、升船機等。生態(tài)建築物：魚道等。

水力發(fā)電建築物：水電樞紐等。*二、水電站的典型佈置型式水電站建築物的形式除了與地形地貌有關(guān)，也與水輪機型式和攔水壩型式有關(guān)。1、壩式水電站

以壩來集中水流落差的水電站。丹江口水電站*壩後式水電站：水電站主廠房佈置在大壩後（下游）*三峽水利樞紐*廠房頂溢流式水電站：溢洪道佈置在主廠房頂上*新安江水電站*壩內(nèi)式水電站：主廠房佈置在壩內(nèi)如鳳灘水電站*鳳灘水電站*河床式水電站：主廠房佈置與壩並排也是起擋水作用安裝軸流式水輪發(fā)電機組的—河床式水電站*葛洲壩水利樞紐**高壩洲水利樞紐*河床式水電站：主廠房佈置與壩並排也是起擋水作用安裝貫流式水輪發(fā)電機組的—河床式水電站*2、引水式水電站

引水式水電站的特點：引水道較長，水電站的水頭全部或相當大的一部分由引水道所集中。

引水式水電站的兩種主要型式：*有壓引水式水電站

1－水庫；2－閘門室；3－進水口；4－壩；5－泄水道；6－調(diào)壓室；7－有壓隧洞；8－壓力水管；9－廠房*下游河岸式水電站：主廠房佈置在壩下游的順河岸上*無壓引水式水電站1－壩；2－進水口；3－沉沙池；4－引水渠道；5－日調(diào)節(jié)池；6－壓力池；7－壓力水管；8－廠房；9－開關(guān)站；10－尾水渠，11－泄水道1234567891011*3、混合式水電站

壩集中一部份水頭引水建築物集中一部份水頭4、地下式水電站廠房*十三陵水利樞紐*天荒坪水電樞紐水電樞紐可逆式水電機組*廣州抽水蓄能水電站一期地下式廠房及樞紐*PumpstorageplantRaccoonMountainU.S.A上庫下庫地下廠房*

水電站建築物

*/42一、水電站的組成建築物水電站建築物的形式除了與地形地貌有關(guān)，也與水輪機型式和攔水壩型式有關(guān)。1、擋水建築物：截斷河流，集中落差，形成水庫2、泄水建築物：下泄多餘的洪水，放水降低庫中水位3、進水建築物：將水引入引水道4、引水建築物：將水輸引給水輪機，排水5、平水建築物：穩(wěn)定水位（前池），減小水錘（調(diào)壓室）6、發(fā)電、變電和配電建築物（廠房）：7、其他建築物：過船、過木、過魚、攔砂、沖砂等等。*/42二、水電站的進水建築物

進水建築物是水電站流道的進口，作用是引進符合水電機組要求的發(fā)電用水。

基本要求1、要有足夠的進水能力，避免出現(xiàn)吸氣漩渦2、水質(zhì)要符合要求3、水頭損失要小4、可事故截流5、滿足建築物運行的一般要求。*/42

進水建築物的分類1、有壓進水口：進水口後接有壓隧洞或管道，進水口在水庫深層下，以引進深層水為主。2、無壓進水口：進水口區(qū)為無壓流，後接無壓進水建築物以引進表層水為主。*/42有壓進水口的主要類型

1、洞式進水口特徵：閘門在山體豎井中， 後接隧洞，為隧洞 進口段使用條件：地質(zhì)條件好優(yōu)點：節(jié)省混凝土方量*/422、牆式進水口特徵：進口及閘門段在山體山 巖之外，緊靠山體的牆 式建築物，承受山體和 水體的壓力。使用條件：當?shù)刭|(zhì)條件不太好 時可用。優(yōu)點：地形、地質(zhì)條件要求不 高Back10*/42

3、塔式進水口特徵：進口及閘門段形成一塔形，孤立在水庫中。由工作橋與岸邊連接。使用條件：當?shù)刭|(zhì)條件差山坡平緩時採用。*/424、壩式進水口特徵：進水口依附在壩體上。使用條件：電站壓力引水鋼管埋設(shè)在壩體內(nèi)。

*/42有壓進水口的主要設(shè)備1、攔汙設(shè)備：攔汙柵，在計算水水頭時考慮其水力損失2、閘門事故閘門（工作閘門）：動水2分鐘關(guān)閉，靜水開啟檢修閘門：靜水啟閉，在工作閘門之前（之上遊）。3、充水閥：向引水壓力管道內(nèi)充水，在閥門上。4、通氣孔：充水排氣，補氣防止在事故閘門之後出現(xiàn)真空反水錘。設(shè)備簡圖閘門啟閉機*/42無壓進水口及沉砂池1、無壓進水口設(shè)計上較為簡單2、設(shè)備與有壓進水口基本相同3、問題無壓多為開敞式的，漂浮物多，泥沙重。無壓進水口簡圖4、沉砂池：低流速，有一定長度要求； 排砂方法，有沖砂和機械排砂*/42*/42三、水電站的進水渠道和隧洞

引水渠道的功用、要求

1、功用：集中水流落差、引水、排水2、要求：有足夠的輸水能力有排漂、除砂功能及設(shè)施水力損失小、滲漏小、運行安全3、溢流功能：由溢流堰或溢流壩完成 無壓水電樞紐*/42壓力前池及日調(diào)節(jié)池

1、壓力前池位置，在引水渠道與壓力水管之間功用：將水流均勻分配給各機組的壓力水管再此清汙、排汙 當流量急劇變化時，前池容量可起一定調(diào)節(jié)作用 沉砂作用前池的組成：形狀為擴散形；進水口多為塔式；溢流建築；排汙、排砂、排水等建築物

無壓水電樞紐*/42

2、日調(diào)節(jié)池位置，在壓力前池旁，與前池連接功用：調(diào)峰電站日流量在為0～Qmax之間變化。 若無日調(diào)節(jié)池，管道過流能力按Qmax設(shè)計

有日調(diào)節(jié)池，管道過流能力按平均流量設(shè)計

管道越長，影響就越大，優(yōu)越性越明顯。無壓水電樞紐*/42引水隧洞

1、優(yōu)點：洞線較短，避開不利地地質(zhì)及地形條件，能適應(yīng)較大地水頭及流量變化，受地表氣候影響小2、缺點：地質(zhì)條件要求和施工難度較高，工程單價較高3、洞線佈置：地質(zhì)條件，地形條件，施工條件 4、洞徑選擇：水力損失要小、直徑又不能過大*/42四、水電站的壓力水管壓力水管的功用、類型

1、功用：從水庫、前池、或調(diào)壓室引水送向水輪機2、特點：內(nèi)水壓大，近廠房，可靠性要求高。3、類型：鋼管，露天式、壩內(nèi)式，強度高 鋼筋混凝土管，造價低，強度較低4、木管：應(yīng)用不多

*/42

供水方式:電站機組>2臺，供水方式（方案）也有不同

1、單元供水：單機單管供水方式

優(yōu)點：無機組間影響，不會產(chǎn)生管徑過大。缺點：材料多，設(shè)備多大型電站，大型水輪機多採用單機單管供水方式

*/422、聯(lián)合供水：單管多機供水方式

優(yōu)點：省材料，省設(shè)備，管道很長時，優(yōu)勢明顯。缺點：機組間相互影響較大小型電站，採用此方式較多。

*/42

3、分組供水：

優(yōu)點，缺點：介於前兩種供水方式之間。*/42

經(jīng)濟管徑及附件1、經(jīng)濟管徑管徑大，水力損失小，投資高；管徑小，水力損失大，投資少；故有經(jīng)濟管徑。確定經(jīng)濟管徑：一般水力損失帶來的經(jīng)濟損失曲線與投資曲線的交點為經(jīng)濟管徑點。初步計算時，經(jīng)驗定水流流速5～7m/s。若流速高於此值，水力損失太大，可能不合理；反之……*/422、“附件”

鎮(zhèn)墩支墩*/42伸縮節(jié)

*/423、分岔管*/42A、貼邊岔管B、三梁岔管C、月牙肋岔管D、球形岔管*/42五、水電站的水擊與調(diào)壓室壓力水管的水擊（水錘）現(xiàn)象：A關(guān)機B開機

洞式進水口主閥和伸縮節(jié)尾水閘門室*/42調(diào)節(jié)保證計算

1、問題：事故關(guān)機時間控制長（為了減小水擊），機組 事故可能會擴大，危及整個機組安全。

事故關(guān)機時間控制短（為了減小事故擴大）， 管道水擊增大，危及管道。機組飛逸強度

2、目的：確定一個調(diào)節(jié)時間，機組飛逸轉(zhuǎn)速在允許值下， 水擊強度在允許值下，即在鋼管、蝸殼強度的 允許值下。

3、若找不到合適的時間，這麼辦？二種，其中之一是在 水電站建築物上想辦法，以緩解水擊的影響。*/42洞式進水口主閥和伸縮節(jié)調(diào)壓室或調(diào)壓井調(diào)壓室或調(diào)壓井尾水閘門室減小水擊壓力措施

*/42六、引水式水電站地面廠房

廠房的作用、組成、及基本類型

1、功用：保護設(shè)備、便於運行、便於維護、安全2、組成： 水電廠設(shè)備分類

水流系統(tǒng)的設(shè)備：鋼管、主閥、水輪機、尾水閘門

電氣系統(tǒng)的設(shè)備（一次）：發(fā)電機、主變、高壓開關(guān)

電氣控制系統(tǒng)設(shè)備：勵磁、中央自動控制、通訊

機械控制系統(tǒng)設(shè)備：各種機械控制設(shè)備

輔助設(shè)備系統(tǒng)：油氣水系統(tǒng)、廠用電、起重、試驗室、 通風(fēng)採暖等*/42ShingkuII,Japan廠區(qū)樞紐組成、及佈置

*/42*/42

廠房樞紐的建築物分為四部份主廠房：*/42上遊下遊*/42安裝場建築物剖面圖*/42發(fā)電機層*/42水輪機層*/42蝸殼層*/42B、副廠房：*/42C、變壓器場：*/42D、高壓開關(guān)站：*/42D、高壓開關(guān)站：*/42完*/42開關(guān)站船閘大江廠房洩洪閘二江廠房沖沙閘二三船閘西壩管理及生活區(qū)*/42洩洪閘主廠房船閘副廠房*/42有壓引水式水電站

1－水庫；2－閘門室；3－進水口；4－壩；5－泄水道；6－調(diào)壓室；7－有壓隧洞；8－壓力水管；9－廠房

*/42無壓引水式水電站1－壩；2－進水口；3－沉沙池；4－引水渠道；5－日調(diào)節(jié)池；6－壓力池；7－壓力水管；8－廠房；9－開關(guān)站；10－泄水道，11－泄水道1234567891011Backto11Backto13Backto14Backto15Backto5*/42白山水電站進水口門機*/42葛洲壩進水口門機*/42隔河巖水電站Backto8*/42白山水電站Backto17Backto18*

水力發(fā)電機組輔助

動力系統(tǒng)

*/35天荒坪水電站可逆式水力發(fā)電機組發(fā)電機水泵水輪機主閥*/35一、水輪機的主閥水輪機蝸殼前設(shè)置的閥門通稱為“水輪機的進水閥”，或稱“主閥”。1、作用①截斷水流，檢修機組，正常停機。②事故緊急截斷水流，實行緊急停機。③減少停機後的漏水量，關(guān)閉進口主閥。2、設(shè)置的技術(shù)條件①多臺機組公用一根引水總管。②水頭較高（如>120m)，充水量較大，時間較長。③若水頭較低，充水量不大，設(shè)置時需論證。*/353、技術(shù)要求①止水效果好，工作可靠，操作便利，靜水開啟。②可在2min～30s內(nèi)實現(xiàn)動水全關(guān)閉。③只有全關(guān)和全開兩種工作狀態(tài)。4、主閥種類①蝶閥：尺寸較大的進水閥應(yīng)用H<200m②球閥：壓力較高的進水閥 應(yīng)用H>200m③閘閥：尺寸較小的進水閥 應(yīng)用小型機組蝶閥圖片球閥圖片閘閥圖片*/35二、油系統(tǒng)水電站各機組的用油由管路聯(lián)成的一個油的互通、迴圈的網(wǎng)路，即為“油系統(tǒng)”，包括：油管、儲油、油分析及用油設(shè)備。1、油的種類

①透平油。

②變壓器油。③其他油類。2、管路的編號及顏色含義：編號為“1#

”為油系統(tǒng)管路及設(shè)備,如:081021--8號機,油系統(tǒng),第21號閥門。

①供油管或高壓油管：Red

②回油管或低壓排油管：Yellow*/35三、水系統(tǒng)水電站除主機外的用水管路聯(lián)成的一個供水、排水的各自互通的網(wǎng)路，即為“水系統(tǒng)”，包括：供水、排水的管路設(shè)備等。1、供水分類：自流、水泵、混合供水方式

①技術(shù)供水：主機正常、安全運行所需的用水。

②消防供水：廠房設(shè)備、變壓器等

③生活用水：2、取水方式

①壩前取水：

②蝸殼取水：

③引水壓力鋼管取水：*/354、管路的編號及顏色含義：編號為“2#

”為水系統(tǒng)管路及設(shè)備,如:082022--8號機,水系統(tǒng),第22號閥門。

①供水管或清潔水管：Blue

②排水管或污水管：Black3、排水

①廠房內(nèi)設(shè)備滲漏水：

②設(shè)備檢修排水：

③廠區(qū)生活排水：*/355、水系統(tǒng)圖

①技術(shù)供水：*/35②排水：*/35四、氣系統(tǒng)水電站各設(shè)備用氣的管路聯(lián)成的一個供氣的網(wǎng)路，即為“氣系統(tǒng)”，包括：供氣的管路及設(shè)備等。1、供氣部位：高壓氣（25-40kg/cm)、低壓氣(7kg/cm)①調(diào)速控制用氣：穩(wěn)定調(diào)速系統(tǒng)油壓用氣。

②主軸密封用氣：③剎車制動用氣：④風(fēng)動工具用氣：⑤吹掃用氣：

2、管路的編號及顏色含義：編號為供氣管顏色：“

3

”white為水系統(tǒng)管路及設(shè)備,如:083023--8號機,氣系統(tǒng),第23號閥門。*/35八盤峽水電站發(fā)電機層的輔助系統(tǒng)供氣管*/352、供氣分類①高壓氣系統(tǒng)*/3