水电站基本构造原理与类型.ppt

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1、水力发电站基本原理与类型水力发电站基本原理与类型水力发电站基本原理与类型水力发电站基本原理与类型水水 电电 站站n在水力发电的过程中，为了实现电能的连续产生需要修建一系列水工建筑物，也就是水电站。n包括：进水、引水、厂房、排水等。n水电站是水、机、电的综合体。一、水力发电的概念一、水力发电的概念n水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。科学家们以此水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生

2、电力，也就是利用水水力发电的能量转换过程水力发电的能量转换过程水力发电的能量转换过程水力发电的能量转换过程天然水能天然水能可利用水能可利用水能旋转机械能旋转机械能电能电能建筑物和设备建筑物和设备水轮机水轮机发电机发电机水利系统水利系统机电系统机电系统v坝后式水电站 水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型坝式、河床式、引水式电站v坝后式水电站 水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型v引水

3、式水电站 水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型v引水式水电站 水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型v混合式水电站 水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水力发电站按组成建筑物特征的主要类型水轮发电机组水轮发电机组水轮发电机组 水轮机是将水轮机是将水能转变水能转变为旋转机械能为旋转机械能，从而带，从而带动发电机发出

4、电能的一动发电机发出电能的一种机械。种机械。水轮机与发电机联接水轮机与发电机联接成的整体称为成的整体称为水轮发电水轮发电机组机组。基础尾水管泄水锥轮叶转轮体转轮室底环蜗壳座环导叶支持盖顶盖导叶操作机构受油器永磁机上机架上挡风板定子转子下挡风板推力轴承下风罩推力支架柱段推力支架锥段空冷器水轮发电机组水水 轮 机机水流能量转换特征水流能量转换特征水流能量转换特征水流能量转换特征反反 击击 式式冲冲 击击 式式水轮机的主要分类水轮机的主要分类 混流式混流式混流式混流式 轴流式轴流式轴流式轴流式 斜流式斜流式斜流式斜流式 贯流式贯流式贯流式贯流式冲击式冲击式冲击式冲击式反击式反击式反击式反击式轴流定浆

5、式轴流定浆式轴流定浆式轴流定浆式轴流转浆式轴流转浆式轴流转浆式轴流转浆式 水斗式水斗式水斗式水斗式 双击式双击式双击式双击式 斜击式斜击式斜击式斜击式全贯流式全贯流式全贯流式全贯流式半贯流式半贯流式半贯流式半贯流式灯泡式灯泡式灯泡式灯泡式轴伸式轴伸式轴伸式轴伸式竖井式竖井式竖井式竖井式利用水流的势能和动能进行工作；利用水流的势能和动能进行工作；转轮完全淹没在密闭的水体中。转轮完全淹没在密闭的水体中。水轮机水轮机水轮机水轮机利用水流的动能进行工作；利用水流的动能进行工作；转轮露在空气中。转轮露在空气中。水轮机的主要分类水轮机的主要分类反击式：水流方向和流速大小受叶片约束而改变,从而对叶片一个反作

6、用力反击式水轮机反击式水轮机v混流式水轮机 水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。应用水头范围较广，约为20700m，结构简单、运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。1主轴；2叶片；3导叶反击式水轮机反击式水轮机混流式：混流式：混流式：混流式：幅向进流，轴向出流幅向进流，轴向出流幅向进流，轴向出流幅向进流，轴向出流1 1主轴；主轴；2 2叶片；叶片；3 3导叶；导叶；4 4蜗壳；蜗壳；5 5尾水管尾水管12345反击式水轮机反击式水轮机v轴流式水轮机 水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动。应用水头约为380m，在中低水头、大流量水电站中得

7、到了广泛应用。1导叶；2叶片；3轮毂反击式水轮机反击式水轮机轴流式：轴流式：轴流式：轴流式：轴向进流，轴向出流轴向进流，轴向出流轴向进流，轴向出流轴向进流，轴向出流1 1导叶；导叶；2 2叶片；叶片；3 3轮毂轮毂4 4蜗壳；蜗壳；5 5尾水管尾水管123445反击式水轮机反击式水轮机v斜流式水轮机 水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动，其转轮叶片大多做成可转的形式。适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40200m。1蜗壳；2导叶；3转轮叶片；4尾水管反击式水轮机反击式水轮机斜流式：斜流式：斜流式：斜流式：斜向进流，斜向出流斜向进流，斜向出流斜向进流，斜向出流斜向进流，斜向出流12

8、341 1蜗壳；蜗壳；2 2导叶；导叶；3 3叶片；叶片；4 4尾水管尾水管可转动叶片可转动叶片反击式水轮机反击式水轮机v贯流式水轮机 一种流道近似为直筒状的卧轴式水轮机，它不设引水蜗壳，叶片可做成固定的和可转动的两种。贯流式水轮机的适用水头为125m，适用于低水头、大流量的水电站。根据其发电装置形式的不同，分为全贯流式和半贯流式两类。反击式水轮机反击式水轮机1转轮叶片；2转轮轮缘；3发电机转子轮辋；4发电机定子；5、6支柱；7轴颈；8轮毂；9锥形插入物；10拉紧杆；11导叶；12推力轴承；13导轴承反击式水轮机反击式水轮机v全贯流式水轮机 全贯流式水轮机的发电机转子直接安装在转轮叶片的外缘，

9、它的优点是流道平直、过流量大、效率高。但由于转轮叶片外缘的线速度大、周线长，因而旋转密封困难，目前已很少使用。v半贯流式水轮机 半贯流式水轮机有轴伸式、竖井式和灯泡式等装置形式。轴伸式和竖井式结构简单、维护方便，但效率较低，一般只用于小型水电站。灯泡贯流式水轮机，其结构紧凑、稳定性好、效率较高，使用广泛。反击式水轮机反击式水轮机轴伸贯流式水轮发电机组1转轮；2水轮机主轴；3尾水管；4齿轮转动机构；5发电机反击式水轮机反击式水轮机竖井贯流式水轮发电机组 反击式水轮机反击式水轮机发电机组安装在密闭的灯泡体发电机组安装在密闭的灯泡体发电机组安装在密闭的灯泡体发电机组安装在密闭的灯泡体 1 1导叶；导

10、叶；2 2转轮；转轮；3 3发电机；发电机；4 4灯泡灯泡123412反击式水轮机反击式水轮机灯泡贯流式水轮发电机组冲击式水轮机冲击式水轮机水斗式水轮机水斗式水轮机水流由喷嘴喷射出来沿着转轮圆周水流由喷嘴喷射出来沿着转轮圆周的切线方向冲击在斗叶上做功的切线方向冲击在斗叶上做功冲击式水轮机冲击式水轮机斜击式水轮机斜击式水轮机水流由喷嘴喷射出来沿着与转轮旋转平面成某一角度进入叶水流由喷嘴喷射出来沿着与转轮旋转平面成某一角度进入叶片，适用于高水头，中小型的水电站片，适用于高水头，中小型的水电站冲击式水轮机冲击式水轮机双击式水轮机双击式水轮机水流从喷嘴流出后，从转轮外周通过径向叶片进入转轮中水流从喷嘴

11、流出后，从转轮外周通过径向叶片进入转轮中心，进行第一次能量交换，再从转轮中心通过径向叶片流心，进行第一次能量交换，再从转轮中心通过径向叶片流出转轮，完成第二次能量交换。适用水头范围出转轮，完成第二次能量交换。适用水头范围10150m10150m，结构简单、效率低，出力较小，应用不多。结构简单、效率低，出力较小，应用不多。小小结：水水 轮 发 电 机机 推力轴承位于转子上方的发电机，它适用于转速在100r/min以上。其优点是推力轴承损耗小，装配方便，运转较稳定；缺点是机组高度较大，耗费钢材多。水轮发电机按布置方式主要有立式与卧式两大类，其水轮发电机按布置方式主要有立式与卧式两大类，其中立式水轮

12、发电机又分为中立式水轮发电机又分为悬挂式悬挂式与与伞式伞式发电机。发电机。1、悬挂式发电机:悬挂式发电机上上下下支撑下导与风闸支撑下导与风闸下导轴承下导轴承定定子子外外壳壳2、伞式发电机 推力轴承位于转子下方，设在下机架上传力方式：机组转动部分重量推力头镜板推力轴瓦下机架机座基础 上机架：只支撑上导轴承和励磁机定子。类型：1.普通伞式：有上、下导轴承 2.半伞式:有上导轴承，无下导轴承 3.全伞式:无上导轴承，有下导轴承(1)普通伞式有上、下导轴承有上、下导轴承(2)半伞式有上导，无下导。有上导，无下导。发电机通常将上机架埋入发电机层地板以下。发电机通常将上机架埋入发电机层地板以下。(3)全伞

13、式无上导，有下导。无上导，有下导。转动部分重量转动部分重量推力轴承支撑结构推力轴承支撑结构顶盖顶盖座环座环二、水电站的基本类型二、水电站的基本类型 按调节能力分成：无调节水电站、有调节水电站 按水电站的组成建筑物及特征分为：坝式、河床式、引水式电站(一一)、坝式水电站、坝式水电站用坝集中水头的水电站称为坝式水电站用坝集中水头的水电站称为坝式水电站 其特点有：其特点有：水头取决于坝高。水头取决于坝高。引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分，综引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分，综合利用效益高。合利用效益高。投资大，工期长。投资大，工期长。适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库

14、的条件。适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。二、水电站的基本类型二、水电站的基本类型坝后厂房坝后厂房 万家寨坝后式水电站向家坝水电站三峡水电站(二二)、河床式电站、河床式电站一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。适用水头：大中型：25米以下，小型：810米以下。厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定问题；厂房高度取决于水头的高低。引用流量大、水头低。二、水电站的基本类型二、水电站的基本类型河床式电站河床式电站河河 床床 厂厂 房房富春江河床式电站泄泄 洪洪 闸闸葛州坝水电站河河床床厂厂房房河河床床厂厂房房开开 关关 站站船船 闸闸

15、泄泄 洪洪 闸闸(三三)、引水式水电站、引水式水电站用引水道集中水头的电站称为引水式水电站特点：水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上。引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较差。电站库容很小，基本无水库淹没损失，工程量较小，单位造价较低。适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。二、水电站的基本类型二、水电站的基本类型类型：1.1.无压引水电站无压引水电站 引水建筑物是无压的:渠道或无压隧洞 主要建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引水渠(洞)，日调节池，压力前池，压力水管，厂房，尾水渠。(三三)、引水式水电站、引水式水电站二、水电站的基本类型二、水电站的基本类

16、型无压引水式水电站 1-坝坝;2-进水口进水口;3-沉沙池沉沙池;4-引水渠道引水渠道;5日调节池日调节池;6-压力前池压力前池;7-压力管道压力管道;8-厂房厂房;9-尾水渠尾水渠;10-配电所配电所;10-泄水道泄水道2.2.有压引水式电站有压引水式电站引水建筑物是有压的：压力隧洞(pressure tunnel)主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。(三三)、引水式水电站、引水式水电站二、水电站的基本类型二、水电站的基本类型有压引水式水电站石龙坝有压引水式水电站云云南南昆昆明明石石龙龙坝坝水水电电站站是是我我国国大大陆陆的的第第一一座座水水电电站站，其其装装 机机

17、容容 量量 仅仅 为为1440kW1440kW，19101910年年 7 7月月开开工工建建设设，19121912年年4 4月发电。月发电。u抽水蓄能：系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上库(电动机+水泵)，以水的势能形式贮存起来；u放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系统中电能的不足。(四四)、抽水蓄能电站、抽水蓄能电站二、水电站的基本类型二、水电站的基本类型抽水蓄能电站示意图抽水蓄能电站潮汐：潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水的潮涨潮落。运动，即

18、海水的潮涨潮落。潮汐发电原理：潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程。把机械能转变为电能（发电）的过程。(五五)、潮汐电站、潮汐电站二、水电站的基本类型二、水电站的基本类型潮汐发电原理潮汐电站三、三、水力发电特点水力发电特点水能的自然资源优势（水量储备丰富）水资源可综合利用（防洪、灌溉、养殖、旅游等）水能的调节作用（调峰、调频）水力发电对环境的影响小，几乎没有污染排放机组工作的灵活性（启动快、操作灵活）水力发电生产成

19、本低、效率高优点：优点：三、三、水力发电特点水力发电特点一次性投资大，移民多，工期长因地形、水力资源的影响，无法建造过大装机容量建厂后不易增加扩容 对环境的负面影响（如生物多样性、泥沙、次生灾害等）缺点：缺点：四、四、我国水电事业的发展我国水电事业的发展 1.我国的水能资源状况水电为中国最早发展，亦是最成熟的可再生能源，对国家要完成2020年非化石能源消费比重达到15%的国际减排目标，有着举足轻重的作用，我国水能资源十分丰富，总量居世界第一，主要分布在西部地区，约70%在西南地区。水电在中国经历了多个发展阶段，总装机容量从1980年代的约1000万千瓦，到2012年的2.49亿千瓦跃增至2018年的3.8亿千瓦。四、四、我国水电事业的发展我国水电事业的发展 2.我国水电能源的发展情况完完毕毕，谢谢谢谢大家大家