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电站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。包括：进水、引水、厂房、排水等。水电站是水、机、电的综合体。一、水力发电的概念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电力，也就是利用水

水力发电的能量转换过程天然水能可利用水能旋转机械能电能建筑物和设备水轮机发电机水利系统机电系统坝后式水电站水力发电站按组成建筑物特征的主要类型坝式、河床式、引水式电站坝后式水电站水力发电站按组成建筑物特征的主要类型引水式水电站水力发电站按组成建筑物特征的主要类型引水式水电站水力发电站按组成建筑物特征的主要类型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轮发电机组水轮发发电机机组水轮机机是将将水能转转变为为旋转转机械械能，从而而带动动发电电机发发出电电能的的一种种机械械。水轮机机与发发电机机联接接成的的整体体称为为水轮发发电机机组。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发电机机组水轮轮机机水流能量转换特征反击式冲击式水轮机的主要分类混流式轴流式斜流式贯流式冲击式反击式轴流定浆式轴流转浆式水斗式双击式斜击式全贯流式半贯流式灯泡式轴伸式竖井式利用水水流的的势能能和动动能进进行工工作；；转轮完完全淹淹没在在密闭闭的水水体中中。水轮机利用水水流的的动能能进行行工作作；转轮露露在空空气中中。水轮机的主要分类反击式式：水流方方向和和流速速大小小受叶叶片约约束而而改变变,从而对对叶片片一个个反作作用力力反击式式水轮轮机混流式式水轮轮机水流从从四周周沿径径向进进入转转轮，，然后后近似似以轴轴向流流出转转轮。。应用水水头范范围较较广，，约为为20~700m，结构构简单单、运运行稳稳定且且效率率高，，是应应用最最广泛泛的一一种水水轮机机。1—主轴；2—叶片；3—导叶

反击式式水轮轮机混流式式：幅向进进流，，轴向向出流流1－主轴轴；2－叶片片；3－导叶叶；4－蜗壳壳；5－尾水水管12345反击式式水轮轮机轴流式式水轮轮机水流在在导叶叶与转转轮之之间由由径向向流动动转变变为轴轴向流流动，，而在在转轮轮区内内水流流保持持轴向向流动动。应用水水头约约为3~80m，在中中低水水头、、大流流量水水电站站中得得到了了广泛泛应用用。1—导叶；2—叶片；3—轮毂

反击式式水轮轮机轴流式式：轴向进进流，，轴向向出流流1－导叶叶；2－叶片片；3－轮毂毂4－蜗壳壳；5－尾水水管123445反击式式水轮轮机斜流式式水轮轮机水流在在转轮轮区内内沿着着与主主轴成成某一一角度度的方方向流流动，，其转转轮叶叶片大大多做做成可可转的的形式式。适用水水头在在轴流流式与与混流流式水水轮机机之间间，约约为40~200m。1—蜗壳；2—导叶；3—转轮叶片；4—尾水管反击式式水轮轮机斜流式式：斜向进进流，，斜向向出流流12341－蜗壳壳；2－导叶叶；3－叶片片；4－尾水水管可转动动叶片片反击式式水轮轮机贯流式式水轮轮机一种流流道近近似为为直筒筒状的的卧轴轴式水水轮机机，它它不设设引水水蜗壳壳，叶叶片可可做成成固定定的和和可转转动的的两种种。贯流式式水轮轮机的的适用用水头头为1~25m，适用用于低低水头头、大大流量量的水水电站站。根据其其发电电装置置形式式的不不同，，分为为全贯贯流式式和半半贯流流式两两类。。反击式式水轮轮机1—转轮叶叶片；；2—转轮轮轮缘；；3—发电机机转子子轮辋辋；4—发电机机定子子；5、6—支柱；；7—轴颈；；8—轮毂；；9—锥形插插入物物；10——拉紧杆杆；11——导叶；；12——推力轴轴承；；13——导轴承承反击式式水轮轮机全贯流流式水水轮机机全贯流流式水水轮机机的发发电机机转子子直接接安装装在转转轮叶叶片的的外缘缘，它它的优优点是是流道道平直直、过过流量量大、、效率率高。。但由由于转转轮叶叶片外外缘的的线速速度大大、周周线长长，因因而旋旋转密密封困困难，，目前前已很很少使使用。。半贯流流式水水轮机机半贯流流式水水轮机机有轴轴伸式式、竖竖井式式和灯灯泡式式等装装置形形式。。轴伸式式和竖竖井式式结构构简单单、维维护方方便，，但效效率较较低，，一般般只用用于小小型水水电站站。灯泡贯贯流式式水轮轮机，，其结结构紧紧凑、、稳定定性好好、效效率较较高，，使使用广广泛。。反击式式水轮轮机轴伸贯流式水轮发电机组1—转轮；；2—水轮机机主轴轴；3—尾水管管；4—齿轮转转动机机构；；5—发电机机反击式式水轮轮机竖井贯流式水轮发电机组反击式式水轮轮机发电机机组安安装在在密闭闭的灯灯泡体体1－导叶叶；2－转轮轮；3－发电电机；；4－灯泡泡123412反击式式水轮轮机灯泡贯流式水轮发电机组冲击式式水轮轮机水斗式水轮机水流由由喷嘴嘴喷射射出来来沿着着转轮轮圆周周的切切线方方向冲冲击在在斗叶叶上做做功冲击式式水轮轮机斜击式水轮机水流由由喷嘴嘴喷射射出来来沿着着与转转轮旋旋转平平面成成某一一角度度进入入叶片片，适适用于于高水水头，，中小小型的的水电电站冲击式水轮轮机双击式水轮机水流从喷嘴嘴流出后，，从转轮外外周通过径径向叶片进进入转轮中中心，进行行第一次能能量交换，，再从转轮轮中心通过过径向叶片片流出转轮轮，完成第第二次能量量交换。适适用水头范范围10~150m，结构简单单、效率低低，出力较较小，应用用不多。小结：水轮机类型型及应用水水头范围水轮发发电电机机推力轴承位于转转子上方的发电电机，它适用于于转速在100r/min以上。其优点是是推力轴承损耗耗小，装配方便便，运转较稳定定；缺点是机组组高度较大，耗耗费钢材多。水轮发电机按布布置方式主要有有立式与卧式两两大类，其中立立式水轮发电机机又分为悬挂式与伞式发电机。1、悬挂式发电机机:悬挂式发电机上下支撑下导与风闸下导轴承定子外壳2、伞式发电机推力轴承位于转转子下方，设在在下机架上传力方式：机组组转动部分重量→推力头→镜板→推力轴瓦→下机架→机座→基础上机架：只支撑撑上导轴承和励励磁机定子。类型：1.普通伞式：有有上、下导轴承承2.半伞式:有上导轴承，无无下导轴承3.全伞式:无上导轴承，有有下导轴承(1)普通伞伞式有上、下导轴承承(2)半伞式式有上导，无下导导。发电机通常将上上机架埋入发电电机层地板以下下。(3)全伞式式无上导，有下导导。转动部分重量→推力轴承支撑结结构→顶盖→座环二、水电站的基基本类型按调节能力分成成：无调节水电站、、有调节水电站站按水电站的组成成建筑物及特征征分为：坝式、河床式、、引水式电站(一)、坝式水电站用坝集中水头的的水电站称为坝坝式水电站其特点有：水头取决于坝高高。引用流量较大，，电站的规模也也大，水能利用用较充分，综合合利用效益高。。投资大，工期长长。适用：河道坡降降较缓，流量较较大，并有筑坝坝建库的条件。。二、水电站的基基本类型坝后厂房万家寨坝后式水水电站向家坝水电站三峡水电站(二)、河床式电站一般修建在河道道中下游河道纵纵坡平缓的河段段上，为避免大大量淹没，建低低坝或闸。适用水头：大中中型：25米以下，小型：：8~10米以下。厂房和挡水坝并并排建在河床中中，共同挡水，，故厂房也有抗抗滑稳定问题；；厂房高度取决于于水头的高低。。引用流量大、水水头低。二、水电站的基基本类型河床式电站河床式电站河床厂房富春江河床式电电站泄洪闸葛州坝水电站河床厂房河床厂房开关站船闸泄洪闸(三)、引水式水电站站用引水道集中水水头的电站称为为引水式水电站站特点：水头相对较高，，目前最大水头头已达2000米以上。引用流量较小，，没有水库调节节径流，水量利利用率较低，综综合利用价值较较差。电站库容很小，，基本无水库淹淹没损失，工程程量较小，单位位造价较低。适用条件：适合合河道坡降较陡陡，流量较小的的山区性河段。。二、水电站的基基本类型类型：1.无压引水电站引水建筑物是无无压的:渠道或无压隧洞洞主要建筑物：低坝，进水口，，沉沙池，引水水渠(洞)，日调节池，压压力前池，压力力水管，厂房，，尾水渠。(三)、引水式水电站站二、水电站的基基本类型无压引水式水电电站1-坝;2-进水口;3-沉沙池;4-引水渠道;5日调节池;6-压力前池;

7-压力管道;8-厂房;9-尾水渠;10-配电所;10-泄水道2.有压引水式电站站引水建筑物是有有压的：压力隧洞(pressuretunnel)主要建筑物：低低坝，有压隧洞洞，调压室，压压力水管，厂房房，尾水渠。(三)、引水式水电站站二、水电站的基基本类型有压引水式水电电站石龙坝有压引水式水水电站云南昆明石龙坝坝水电站是我国国大陆的第一座座水电站，其装装机容量仅为1440kW，1910年7月开工建设，1912年4月发电。抽水蓄能：系统负荷低时时，利用系统多多余的电能带动动泵站机组将下下库的水抽到上上库(电动机+水泵)，以水的势能能形式贮存起来来；放水发电：系统负荷高时时，将上库的水水放下来推动水水轮发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系系统中电能的不不足。(四)、抽水蓄能电站站二、水电站的基基本类型抽水蓄能电站示示意图抽水蓄能电站潮汐：潮汐现象是海水水因受日月引力力而产生的周期期性升降运动，，即海水的潮涨涨潮落。潮汐发电原理：：利用潮水涨、落落产生的水位差差所具有势能来来发电的，也就就是把海水涨、、落潮的能量变变为机械能，再再把机械能转变变为电能（发电