正規(guī)小水電站施工架構(gòu)及工作原理詳解

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 目前 ，我國多省份，尤其是欠發(fā)達(dá)地區(qū)確實存在投資低、效益差的小水電站影響生態(tài)環(huán)境的問題，為了在排查工作中更清晰地了解小水電站的施工架構(gòu)以及工作原理，我們不妨先學(xué)習(xí)一下正規(guī)小水電站的工作原理是什么樣的。

水輪機(jī)的基本工作參數(shù)有水頭、流量、轉(zhuǎn)速、出力和效率。

水輪機(jī)水頭是指水輪機(jī)進(jìn)口斷面與其出口斷面的單位重量水流能量的差值，用H表示，單位為m。

水輪機(jī)流量是指單位時間內(nèi)通過水輪機(jī)過水?dāng)嗝娴乃黧w積。

水輪機(jī)轉(zhuǎn)速是指水輪機(jī)主軸每分鐘旋轉(zhuǎn)的次數(shù)。

水輪機(jī)出力是指水輪機(jī)軸端輸出的功率。

水輪機(jī)效率是指水輪機(jī)出力與水流出力之比。

2．水輪機(jī)有哪幾種類型？

水輪機(jī)可分為反擊式和沖擊式兩大類。反擊式水輪機(jī)包括混流式水輪機(jī)(HL)、軸流定槳式水輪機(jī)(ZD)、軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)(ZZ)、斜流式水輪機(jī)(XL)、貫流定獎式本輪機(jī)(GD)和貫流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)(GZ)六種型式。

沖擊式水輪機(jī)包括水斗式(切擊式)水輪機(jī)(CJ)、斜擊式水輪機(jī)(XJ)和雙擊式水輪機(jī)(SJ)三種形式。

3．什么是反擊式水輪機(jī)和沖擊式水輪機(jī)？

將水流的位能、壓能和動能轉(zhuǎn)換成固體機(jī)械能的水輪機(jī)稱為反擊式水輪機(jī)。

將水流的動能轉(zhuǎn)換成固體機(jī)械能的水輪機(jī)稱為沖擊式水輪機(jī)。

4．混流式水輪機(jī)的特點及適用范圍？

混流式水輪機(jī)又稱法蘭斯式水輪機(jī)，水流由徑向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，大體沿軸向流出?；炝魇剿啓C(jī)應(yīng)用水頭范圍較大，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，效率高。是現(xiàn)代應(yīng)用最廣泛的水輪機(jī)之一。水頭適用范圍50～700m。

5．輪流式水輪機(jī)的特點及適用范圍？

軸流式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪區(qū)域內(nèi)水流沿軸向流動，水流在導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪間由徑向轉(zhuǎn)為軸向。

定槳式結(jié)構(gòu)簡單,但它在偏離設(shè)計工況時效率會急劇下降,適用于功率不大及水頭變化幅度較小的電站,一般水頭范圍3～50m。轉(zhuǎn)槳式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，它通過槳葉的轉(zhuǎn)動與導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)動相互配合，實現(xiàn)導(dǎo)葉與槳葉的雙重調(diào)節(jié)，擴(kuò)大了高效區(qū)的出力范圍，有較好的運行穩(wěn)定性。目前，應(yīng)用水頭范圍從幾米直到50～70m。

6．水斗式水輪機(jī)的特點及適用范圍？

水斗式水輪機(jī)又稱培爾頓(Petion)水輪機(jī)，它靠從噴嘴出來的射流沿轉(zhuǎn)輪圓周切線方向沖擊轉(zhuǎn)輪斗葉而做功。水斗式水輪機(jī)應(yīng)用水頭較高，小型水斗式用于水頭40～250m，大型水斗式用在水頭400～4500m。

7．斜擊式水輪機(jī)的特點及適用范圍？

斜擊式水輪機(jī)，噴嘴出來的射流，在進(jìn)口與轉(zhuǎn)輪平面成一角(通常為22．5度)。這種水輪機(jī)用在中小型水電站中，水頭適用范圍在400m以下。

8．水斗式水輪機(jī)的基本構(gòu)造如何？

水斗式水輪機(jī)有以下幾個過流部件，它們的主要功用如下：

(1)噴嘴由上游壓力水管來的水流經(jīng)噴嘴后形成一股射流沖擊到轉(zhuǎn)輪上，在噴嘴內(nèi)水流的壓力能被轉(zhuǎn)換成射流的動能。

(2)噴針借助于噴針的移動，改變用噴嘴噴出的射流直徑，因而也改變了水輪機(jī)的進(jìn)水流量。

(3)轉(zhuǎn)輪它由圓盤和固定在它上面的若干個水斗組成，射流沖向水斗，將自己的動能傳給水斗，從而推動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)作功。

(4)折向器它位于噴嘴和轉(zhuǎn)輪之間，當(dāng)水輪機(jī)突減負(fù)荷時，折向器迅速地使噴向水斗的射流偏轉(zhuǎn)。此時噴針將緩慢地關(guān)閉到與新負(fù)荷相適應(yīng)位置。當(dāng)噴針穩(wěn)定在新位置后，折向器又回到射流原來位置，準(zhǔn)備下一次動作。

(5)機(jī)殼使作完功的水流流暢地排至下游，機(jī)殼內(nèi)壓力與大氣壓相當(dāng)。機(jī)殼也用來支撐水輪機(jī)軸承。

9．如何讀懂得水輪機(jī)的牌號？

根據(jù)我國JBB84－74"水輪機(jī)型號編制規(guī)則"規(guī)定，水輪機(jī)牌號由三部分組成，每一部分之間用"－"分開。第一部分的符號是該水輪機(jī)型式的漢語拼音的第一個字母，阿拉伯?dāng)?shù)字表示該水輪機(jī)的特征比轉(zhuǎn)速。第二部分由兩個漢語拼音字母組成，前一個表示水輪機(jī)主軸的布置型式，后一個表示引水室特征。第三部分是以厘米為單位的轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑。

10．各種類型水輪機(jī)的標(biāo)稱直徑是如何規(guī)定的？

混流式水輪機(jī)標(biāo)稱直徑是轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口邊上的最大直徑，即轉(zhuǎn)輪下環(huán)與葉片進(jìn)口邊交點處直徑。

軸流式和斜流式水輪機(jī)標(biāo)稱直徑是轉(zhuǎn)輪葉片軸線與轉(zhuǎn)輪室相交處的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)徑。

水斗式水輪機(jī)標(biāo)稱直徑是轉(zhuǎn)輪與射流中正線相切的節(jié)圓直徑。

11．水輪機(jī)產(chǎn)生汽蝕的主要原因是什么？

水輪機(jī)產(chǎn)生汽蝕的原因比較復(fù)雜，一般認(rèn)為：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)壓力分布不均勻，如轉(zhuǎn)輪相對下游水位要裝得過高，高速水流流經(jīng)低壓區(qū)時，易于達(dá)到汽化壓力而產(chǎn)生汽泡。當(dāng)水流流到高壓區(qū)時，由于壓力增大，汽泡凝結(jié)，水流質(zhì)點以高速度向汽泡中心的撞擊，以填充凝結(jié)所產(chǎn)生的空隙，從而產(chǎn)生極大的水力沖擊和電化學(xué)作用，使葉片受到剝蝕產(chǎn)生麻點及蜂窩性孔隙，甚至被穿透而形成孔洞。

12．預(yù)防水輪機(jī)產(chǎn)生汽蝕的主要措施有哪些？

水輪機(jī)汽蝕的后果是使水輪機(jī)產(chǎn)生噪音、振動和效率急劇降低，使葉片受到剝蝕，產(chǎn)生麻點及蜂窩性孔隙，甚至被穿透而形成孔洞，從而使機(jī)組受到損壞不能運行。因此在運行中應(yīng)力求避免汽蝕。目前，預(yù)防和減輕汽蝕損壞的主要措施有：

(1)正確進(jìn)行水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計，減小水輪機(jī)汽蝕系數(shù)。

(2)提高制造質(zhì)量，保證葉片的幾何形狀和相對位置正確，注意表面平滑光潔。

(3)采用抗汽蝕材料，減輕汽蝕破壞如不銹鋼轉(zhuǎn)輪。

(4)正確確定水輪機(jī)的安裝高程。

(5)改善運行條件，不使水輪機(jī)長期地在低水頭和低負(fù)荷下運行。通常不允許水輪機(jī)在低出力(如低于50％額定出力)下運行，對于多機(jī)組的水電站，要避免單機(jī)長期低負(fù)荷和超負(fù)荷運行。

(6)及時檢修，并注意修補焊接的打磨質(zhì)量，避免汽蝕破壞的惡性發(fā)展。

(7)采用補氣裝置，向尾水管中送入空氣，消除可能產(chǎn)生汽蝕的過大真空。

13.大中小型小電站是如何劃分的？

按現(xiàn)行部標(biāo)，裝機(jī)容量小于50000kW的為小型；裝機(jī)容量50000～250000kW的為中型；裝機(jī)容量大于250000kW為大型。

14.水力發(fā)電的基本原理是什么？

水力發(fā)電就是利用水力(具有水頭)推動水力機(jī)械(水輪機(jī))轉(zhuǎn)動，將水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，如果在水輪機(jī)上接上另一種機(jī)械(發(fā)電機(jī))隨著水輪機(jī)轉(zhuǎn)動便可發(fā)出電來，這時機(jī)械能又轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋ＫΠl(fā)電在某種意義上講是水的勢能變成機(jī)械能，又變成電能的轉(zhuǎn)換過程。

15.水力資源的開發(fā)方式和水電站的基本類型有哪幾種？

水力資源的開發(fā)方式是按照集中落差而選定，大致有三種基本方式：即堤壩式、引水式和混合式等。

（1）堤壩式水電站是指在河道中建大壩，集中落差，有一定水庫庫容，電站就處在壩后附近的水電站。

（2）引水式水電站是指完全利用河道的天然落差引水發(fā)電，無水庫，無調(diào)節(jié)能力，電站處在下游較遠(yuǎn)河道上的水電站。

（3）混合式水電站是指電站利用的落差，一部分由筑壩形成，一部分是利用河道天然落差，有一定的庫容，電站處在下游較遠(yuǎn)河道上的水電站。

16.什么是流量、徑流總量、多年平均流量？

流量是指單位時間內(nèi)水流通過河流(或水工建筑物)過水?dāng)嗝娴捏w積，以立方米/秒表示；

徑流總量是指在一個水文年內(nèi)通過河流該斷面水流總量之和，以104m3或108m3表示；

多年平均流量是指河流斷面按已有水文系列計算的多年流量平均值Q3/S表示。

17.小型水電站樞紐工程主要由哪幾部分組成？

主要由擋水建筑物(壩)、泄洪建筑物(溢洪道或閘)、引水建筑物(引水渠或隧洞，包括調(diào)壓井)及電站廠房(包括尾水渠、升壓站)四大部分組成。

18.什么是徑流式水電站？其特點是什么？

無調(diào)節(jié)水庫的電站稱為徑流式水電站。此種水電站按照河道多年平均流量及所可能獲得的水頭進(jìn)行裝機(jī)容量選擇?？菟诎l(fā)電量急劇下降，小于50％，有時甚至發(fā)不出電，即受河道天然流量的制約，而豐水期又有大量的棄水。

19.何謂出力？怎樣估算水電站的出力和計算水電站的發(fā)電量？

在水電站(廠)中，水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電力功率稱為出力，河川中某斷面水流的出力則表示該段水能資源。所謂水流的出力就是單位時間內(nèi)的水能。N=9．81ηQH式中，Q為流量(m3/S)；H為水頭(m)；N為水電站出力(W)；η為水輪發(fā)電機(jī)的效率系數(shù)。對于小型水電站出力近似公式為N=(6．0～8．0)QH。年發(fā)電量公式為E=NT式中，N為平均出力；T為年利用小時數(shù)。

20.什么是裝機(jī)年利用小時？

指水輪發(fā)電機(jī)組在年內(nèi)平均滿負(fù)荷運行的時間。它是衡量水電站經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，小水電站年利用小時要求達(dá)到3000小時以上。

21.什么是日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)？

（1）日調(diào)節(jié)：是指一晝夜內(nèi)進(jìn)行的徑流重新分配，即調(diào)節(jié)周期為24小時。

（2）周調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)周期為一周(7天)的。

（3）年調(diào)節(jié)：對徑流在一年內(nèi)重新分配，當(dāng)汛期洪水到來發(fā)生棄水，僅能存蓄洪水期部分多余水量的徑流調(diào)節(jié)，稱不完全年調(diào)節(jié)(或季調(diào)節(jié))；能將年內(nèi)來水完全按用水要求重新分配，又不需要棄水的徑流調(diào)節(jié)稱完全年調(diào)節(jié)。

（4）多年調(diào)節(jié)：當(dāng)水庫容積足夠大的可把多年期間的多余水量存在水庫中，然后以豐補欠，分配在若干枯水年才用的年調(diào)節(jié)，稱多年調(diào)節(jié)。

22.什么是河流的落差？

所被利用河流段的兩個斷面水面的高程差稱為落差；河源與河口兩個斷面水面的高程差稱為總落差。

23.什么是降水量、降水歷時、降水強度、降水面積、暴雨中心？

降水量是為一定時段內(nèi)降落在某一點或某一集而面積上的總水量，以mm表示。

降水歷時是指降水的持續(xù)時間。

降水強度是指單位時間內(nèi)的降水量：以mm/h此表示。

降水面積是指降水所籠罩的水平面積，以km2表示。

暴雨中心是指暴雨集中的較小的局部區(qū)域。

24.什么是工程投資概算？工程投資估算及工程預(yù)算？

工程概算是以貨幣形式編制工程所需全部建設(shè)資金的技術(shù)經(jīng)濟(jì)文件。初步設(shè)計總概算則是初步設(shè)計文件的重要組成部分，是考核經(jīng)濟(jì)合理性的主要依據(jù)。經(jīng)批準(zhǔn)的總概算是國家承認(rèn)基本建設(shè)投資重要指標(biāo)，也是編制基本建設(shè)計劃和招投標(biāo)設(shè)計的依據(jù)。工程投資估算是在可研階段做出的投資數(shù)。工程預(yù)算是在施工階段做出的投資數(shù)。

25.水電站主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有哪些？

(1)單位千瓦投資，是每千瓦裝機(jī)需要的投資。

(2)單位電能投資，是每千瓦時電量需要的投資。

(3)電能成本，是每千瓦時電量支付的費用。

(4)裝機(jī)年利用小時數(shù)，是衡量水電站設(shè)備利用程度。

(5)電能售價，是每千瓦時電量售給電網(wǎng)的價格。

26.水電站主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如何計算？

水電站主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)按下列公式計算：

（1）單位千瓦投資=水電站建設(shè)總投資/水電站總裝機(jī)容量

（2）單位電能投資=水電站建設(shè)總投資/水電站多年平均發(fā)電量

（3）裝機(jī)年利用小時數(shù)=多年平均發(fā)電量/總裝機(jī)容量

水輪機(jī) 水電站 轉(zhuǎn)輪

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