《水力发电工程》论文.doc

武 汉 大 学通 识 课 课 程 论 文水力发电工程论文题目： 水力发电过程及各建筑物在其中的作用课程教师： 周 伟 副教授学生学号： 2009302540191学生姓名： 陈旭东学生学院：电气工程学院2010年5月17日水力发电过程及各建筑物在其中的作用陈旭东 (武汉大学电气工程学院，湖北 武汉 430072)摘要：在水力发电过程中，来自水库、压力前池或调压室位于高处的具有势能的水流通过引水建筑物（即压力水管）直接进入水轮机，冲刷水轮机的叶轮，使叶轮高速转动。转动的叶轮带动同轴的发电机转子一起转动。发电机转子转动产生高频交流电，通过输电线传输到变压器增压后由高压输电线传输到远处的变电站降压。最后传输到用户使用。进入水轮机的水流在冲刷叶轮后从尾水管排出。20092010上学期 水力发电工程课程论文 Curriculum Paper for Hydroelectric Power Engineering1 水力发电过程简单的说，水力发电就是利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流引至低处，将其中所含之势能转换成水轮机的动能，再以水轮机为原动力，推动发电机产生电能。水力发电过程利用水力推动水力机械转动，将水能转变为机械能，在水轮机上接上另一种机械随着水轮机转动发电，这时机械能又转变为电能。水力发电过程在某种意义上讲是水的势能转变成机械能，再转变成电能的过程。水力发电所发出的电力电压相对较低，要输送给远距离的用户，就必须将电压经过变压器增高，再由空架高压输电线路输送到用户集中区的变电站，最后降低到适合家庭用户、工厂用电设备的电压，并由配电线路输送到各个工厂及家庭。【1】在水力发电过程中，来自水库、压力前池或调压室位于高处的具有势能的水流通过引水建筑物（即压力水管）直接进入水轮机，冲刷水轮机的叶轮，使叶轮高速转动。转动的叶轮带动同轴的发电机转子一起转动。发电机转子转动产生高频交流电，通过输电线传输到变压器增压后由高压输电线传输到远处的变电站降压。最后传输到用户使用。进入水轮机的水流在冲刷叶轮后从尾水管排出。2 各建筑物在水力发电中的作用水力发电过程中不同水工建筑物分别起到了各自的作用，使水力发电枢纽能够高效地起到发电、防洪、灌溉、供水、航运的作用。【2】水工建筑物按作用可分为四类：I) 挡水建筑物（堤、坝等）；II) 泄水建筑物（溢流坝、泄水闸等）；III) 取水、输水建筑物（取水闸、渠道、输水隧洞等）；IV) 专门建筑物（船闸、水电站厂房、鱼道、筏道等）。【2】水工建筑物按按使用长短又可分为永久性建筑物和临时性建筑物。I) 永久性建筑物：枢纽工程运行期间长期使用的建筑物；II) 临时性建筑物：枢纽工程在建设期间使用的建筑物，往往在工程建成后拆除。如围堰、导流洞等。【2】永久性建筑物又可分为：I) 主要建筑物（一旦失事后，将造成下游毁灭性灾害，或严重影响工程效益的建筑物，如拦河坝、进水塔等）；II) 次要建筑物（失事后不会造成严重灾害或效益损失，或易于恢复的建筑物，如导流墙、支渠等）【2】2.1挡水建筑物作用：拦截和阻挡水流。挡水建筑物的基本要求是：在水推力及其他力共同作用下能稳定工作；自身不漏水或少漏水；整体建筑物的工程量最省。能够作为水库的挡水建筑物主要有拦河坝、拦河闸等。拦河坝有重力坝、拱坝、支墩坝和土石坝等坝型。【2】（1）重力坝：混凝土重力坝是利用坝体的重量抗衡蓄水压力、地震力等作用力，以防止坝的滑动与倒塌。这类坝的截面大都为三角形，上游一面稍呈垂直，下游一面约为1：0.8的斜坡。重力坝与其他形式的混凝土坝比较，由于坝体庞大，因而具有如下优点：a) 对坝体混凝土的强度要求不高，单位混凝土所需水泥量少，且形状简单，模板的制作与混凝土的浇灌均易实现，因而混凝土的单位造价较低。b) 由于作用于基础的应力小，故基础处理费用少。c) 可利用坝体下游侧作为溢洪孔的一部分，还可利用坝体设置进水口及压力管道等附属构建，做这样的布置也交易实现。【3】（2）支墩坝这是一种由支墩支撑截水板的坝。如果截水板均制成拱形，连在一起就成了多拱坝。加大支墩上游侧的头部宽度，借以取代截水板承受压力。同时，将支墩下游部分做成带凸缘形状，使其互相连成一个面，以增强坝的刚度，这就是所谓的空心重力坝。这种坝有以下优点：I) 可减轻浮力。上游侧承受水压荷载，提高了坝的稳定性，从而节约混凝土用量。II) 坝基承受的压力分布良好，故基础处理和施工比较容易。III) 混凝土的散热性好，检查、维修亦很方便。【3】（3）拱形坝坝的轴线向上游侧弯曲，可使部分作用于坝上的外力由坝的自重抵消，但大部分是通过拱的作用传递到两岸的坝基上。拱的形状有圆弧、多心圆弧、抛物线等，根据地形，可以是对称的，也可以是非对称的。通过选用不同的形状与坝厚，可以较容易的改变拱形坝体与基础所承受的应力。与重力坝比较，拱形坝的体积小得多，故混凝土用量亦可减少。（4）填筑坝均质坝：坝体大部分由一种均匀的透水性小的材料筑成。坝体整个截面都起截水与防止滑动确保安全的作用。这类坝不能筑得太高，多在30M以下为宜。非均质坝：坝由截水区与几个透水性各异的区组成。截水区具有截水功能，而透水区作为坝的主体，则具有防止滑动破坏、确保安全的作用。这类结构多用于高坝。表面截水面型坝：这类坝是在起防止滑动、确保安全作用的坝体上游一侧，由沥青混凝土或钢筋混凝土等材料铺设成具有截水功能的表面层。2.2 泄水建筑物在水利工程枢纽中，用来泄放水的水工建筑物称为泄水建筑物。其型式有岸边溢洪道、溢流坝、泄洪隧洞及坝下涵洞四种型式。岸边溢洪道主要有以下三种型式：(1) 正槽溢洪道：溢洪道的泄槽与溢流堰轴线正交，过堰水流与泄槽轴线方向一致。(2) 侧槽溢洪道：溢流堰设在泄槽一侧，溢流堰轴线与泄槽大致平行。(3) 井式溢洪道：进水口在平面上为一环形的溢流堰，水流过堰后，经竖井和隧洞流向下游。溢洪道从上游水库到下游河道通常由引水段、控制段、泄水槽、消能设施和尾水渠五个部分组成。溢洪道进口设计成喇叭形状的主要目的是使水流平稳均匀地流向溢洪堰，防止发生漩涡或横向水流，降低局部水头损失，提高溢洪道的泄洪能力。溢流堰纵断面一般有实用堰和宽顶堰两种基本型式。实用堰的流量系数较大，但结构比宽顶堰复杂，当堰口狭窄、地面高程较低，或地面高程虽较高，但开挖容易且方量不大时可以采用。宽顶堰的流量系数较实用堰小，但施工简单，当地面较高，开挖方量大且开挖比较困难时，采用这种堰型可以减小一些开挖量。【4】2.3取水、输水建筑物取水、输水建筑物可分为压力管道、隧洞、明渠等。引水建筑物中最常见的是压力水管。压力水管是从水库、压力前池或调压室将水流直接引入水轮机的输水管。压力水管的路线布置应该短而直，选择在地质条件好的情况。压力钢管的进口或出口要设置闸门。压力水管分三类：I) 露天式：用于无压引水式水电站从压力前池到主厂房段。II) 坝内式：用于坝后式水电站。III) 隧洞式：用于有压引水式水电站。2.4专门建筑物 水电站厂房：水电站厂房通过一系列工程措施，将水流平顺地引入及引出水轮机，将各种必需的机电设备安置在恰当的位置，给它们创造良好的安装、检修及运行条件，并给运行人员以良好的工作环境。 平水建筑物：平水建筑物的作用是平稳水流，保证发电机稳定工作和管道安全。常用的平水建筑物有压力前池和调压室、调压井。A) 压力前池：有池身、渐变段、溢流堰、拦污栅、沉沙池、排沙池组成。将引水渠道引来的流量按要求分配给各压力水管。在此清除水中的污物。宣泄多余的水量。适应水轮机的流量调节。B) 调压室：截断水击波的传播通道，利用扩大的断面积和自由水面反射水击波，缩短了压力水管，大大降低了水击压力，改善机组的运行环境。【2】 过坝建筑物：过坝建筑物分为通航建筑物、过鱼建筑物及过木建筑物。通航建筑物又分为船闸和升船机。 船闸靠调节闸室水位使船舶过坝，一次通航能力大，可达万吨级以上。优点是运输量大、安全可靠、运行费用低、建筑物运行经验比较丰富。缺点是耗水量大，过船速度慢。一级船闸允许上下游水位差不超过30M。升船机有垂直升船机和斜面升船机两类。垂直升船机按升降设备可分为提升式升船机，平衡式升船机，浮筒式升船机，水压式升船机。过鱼建筑物帮助鱼类克服落差，翻越拦河闸坝抵达产卵地或繁殖场所，是保护鱼类生活和繁殖的重要措施之一。过鱼建筑物有鱼道、鱼闸，升鱼道、升鱼机等。参考文