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1、(水利水电工程概论课件）第6章水电站电电站站整整体体示示意意图图典型布置型式分类典型布置型式分类 1 1.水电站的任务：水电站的任务：水能水能机械能机械能电能；电能；N=9.81QHN=9.81QH 发发电电必必须须有有流流量量和和水水头头，形形成成水水头头方方式式即即水电站的开发方式。水电站的开发方式。2.2.按按其其集集中中水水头头的的方方式式不不同同分分为为：坝坝式式、引水式引水式和和混合式混合式三种基本方式。三种基本方式。抽抽水水蓄蓄能能电电站站和和潮潮汐汐电电站站也也是是水水能能利利用用的的重重要型式。要型式。6.1 水电站的组成和类型水电站的组成和类型 原理原理:利用利用筑坝筑坝集
2、中河道落差，形成水头。集中河道落差，形成水头。优点优点:水头高（水头由坝高决定），调节性水头高（水头由坝高决定），调节性能好能好;引用流量较大，电站的规模也大，水能利引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分，综合利用效益高。用较充分，综合利用效益高。缺点缺点:淹没多、移民工作量大。投资大，工淹没多、移民工作量大。投资大，工期长。期长。适用条件适用条件:河道坡降较缓，流量较大，并有河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。筑坝建库的条件。1、坝式水电站、坝式水电站坝坝式式水水电电站站河床式河床式 (H(H3040m)3040m)坝后式坝后式厂房位置厂房位置引水道布置于坝内引水道布置于坝内引
3、水道布置于河岸引水道布置于河岸坝后式厂房坝后式厂房坝内式厂房坝内式厂房河岸式厂房河岸式厂房坝式水电站分类坝式水电站分类厂房位置厂房位置河床式水电站河床式水电站 当水头较小，厂房本身能承受水压力当水头较小，厂房本身能承受水压力，与坝并与坝并排建在河道中，而成为挡水建筑物的一部分。排建在河道中，而成为挡水建筑物的一部分。工程实例：葛洲坝水电站，富春江水电站。工程实例：葛洲坝水电站，富春江水电站。适用于水头较高的电站，厂房设置在坝后，厂适用于水头较高的电站，厂房设置在坝后，厂房本身不起挡水作用。典型实例：三峡水电站。房本身不起挡水作用。典型实例：三峡水电站。坝后式厂房坝后式厂房河岸式厂房河岸式厂房将
4、引水道绕过坝体布置在河岸。将引水道绕过坝体布置在河岸。坝后式水电站坝后式水电站 坝内式厂房坝内式厂房 当河面狭当河面狭窄无法布置厂窄无法布置厂房时，将厂房房时，将厂房设置在混凝土设置在混凝土重力坝或重力重力坝或重力拱坝的坝体空拱坝的坝体空腹内。腹内。2、引水式水电站、引水式水电站 原理原理:利用利用引水道引水道集中河道落差，形成水头。集中河道落差，形成水头。特点：特点：1 1、水头相对较高，最大水头已达、水头相对较高，最大水头已达20002000米以上。米以上。2 2、引用流量较小，没有水库调节径流，水量利、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。用率较低，综合利用价
5、值较差。3 3、电站库容很小，基本无水库淹没损失，工程、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。量较小，单位造价较低。适用条件适用条件:坡降大坡降大,流量较小的山区性河段流量较小的山区性河段;河道河道裁弯和跨流域引水裁弯和跨流域引水。分类分类:无压引水道式无压引水道式，有压引水道式有压引水道式。无压引水式水电站无压引水式水电站压力管道压力管道压力管道压力管道有压引水式水电站有压引水式水电站调压室调压室 3、混合式水电站、混合式水电站 原理原理:在同一河段上用在同一河段上用坝坝集中集中上游部分落上游部分落差差，再通过有压，再通过有压引水道引水道集中集中下游部分落差下游部分落差
6、而形而形成总水头。成总水头。适用条件适用条件:上游有良好的筑坝条件，同时下上游有良好的筑坝条件，同时下游部分坡降大时。游部分坡降大时。特点：兼有坝式和引水式水电站的优点。特点：兼有坝式和引水式水电站的优点。典型工程实例典型工程实例：鲁布革水电站，石龙坝水：鲁布革水电站，石龙坝水电站。电站。4、抽水蓄能电站、抽水蓄能电站原理：设置上、下两个水原理：设置上、下两个水库，装设具有抽水及发电库，装设具有抽水及发电双重功能的机组，利用电双重功能的机组，利用电力系统负荷低谷期间的剩力系统负荷低谷期间的剩余电能向上水库抽水，而余电能向上水库抽水，而在系统负荷高峰期间从上在系统负荷高峰期间从上水库放水发电。相
7、当于利水库放水发电。相当于利用上库存储电能。用上库存储电能。两个过程：两个过程：1 1、抽水蓄能、抽水蓄能2 2、放水发电、放水发电广州抽水蓄能电站广州抽水蓄能电站天荒坪抽水蓄能电站天荒坪抽水蓄能电站抽水蓄能电站抽水蓄能电站5、潮汐电站、潮汐电站 潮汐：潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水的潮涨而产生的周期性升降运动，即海水的潮涨潮落。潮落。潮汐发电原理：潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生利用潮水涨、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，再把机海水涨、落潮的能量变为机械能，再
8、把机械能转变为电能（发电）的过程。械能转变为电能（发电）的过程。潮汐发电原理潮汐发电原理单向单向潮汐潮汐电站电站双向双向潮汐潮汐电站电站仅在退潮时利用池中高水仅在退潮时利用池中高水位与退潮低水位的落差发位与退潮低水位的落差发电。电。不仅在退潮时而且在涨潮不仅在退潮时而且在涨潮时利用涨潮高水位与池中时利用涨潮高水位与池中的水位差发电。的水位差发电。潮潮汐汐电电站站分分类类法国朗斯潮汐电站法国朗斯潮汐电站19661966年投入运行，年投入运行，是第一个商业化是第一个商业化电站。该电站装电站。该电站装机机2424台，每台台，每台1 1万万千瓦，共千瓦，共2424万千万千瓦。设计年平均瓦。设计年平均发
9、电量发电量5.445.44亿度。亿度。一、枢纽建筑物一、枢纽建筑物挡水建筑物挡水建筑物 ：坝、闸：坝、闸泄水建筑物泄水建筑物 ：溢洪道、泄水洞、溢流坝：溢洪道、泄水洞、溢流坝过坝建筑物过坝建筑物 ：过船、过木、过鱼：过船、过木、过鱼 二、发电建筑物二、发电建筑物进水建筑物进水建筑物 ：进水口、沉沙池：进水口、沉沙池引水建筑物引水建筑物 ：引水道、压力管道、尾水道：引水道、压力管道、尾水道平水建筑物：前池、调压室平水建筑物：前池、调压室厂区枢纽厂区枢纽 ：主厂房、副厂房、变电站、开关站等：主厂房、副厂房、变电站、开关站等6.2 6.2 水电站的水电站的组成建筑物组成建筑物6.3 6.3 压力管道
10、的功用和类型压力管道的功用和类型水轮机水轮机水库水库引水管道末端的前池引水管道末端的前池调压室调压室有压状态有压状态全部或大全部或大部分水头部分水头压力管道的概念压力管道的概念 对坝式电站，压力管道的起点一般是水库进对坝式电站，压力管道的起点一般是水库进水口；对无压引水式的电站，压力管道的起点一水口；对无压引水式的电站，压力管道的起点一般是压力前池；对有压引水式电站，压力管道的般是压力前池；对有压引水式电站，压力管道的起点一般是从调压室开始。起点一般是从调压室开始。坝式水电站坝式水电站无压引水式水电站无压引水式水电站压力管道压力管道压力管道压力管道有压引水式水电站有压引水式水电站调压室调压室
11、坡度陡坡度陡 承承受受电电站站的的最最大大水水头头，且且承承受受水水锤锤产产生生的的动水压力比较大动水压力比较大。靠靠近近厂厂房房，因因此此它它必必须须是是安安全全可可靠靠的的，万一出现事故，将直接危及厂房安全。万一出现事故，将直接危及厂房安全。基基于于以以上上特特点点，压压力力管管道道的的经经济济性性和和安安全全性在水电站设计过程中受到特别重视。性在水电站设计过程中受到特别重视。压力管道的特点压力管道的特点压力管道的基本参数压力管道的基本参数 压压力力管管道道的的主主要要荷荷载载是是内内水水压压力力，在在工工程程上上，管管道道内内径径 D(m)D(m)和和水水头头 H(m)H(m)及及其其乘
12、乘积积 HD(mHD(m2 2)值值是是标标志志压压力力管管道道规规模模及及其其技技术术难难度度的的最最重重要要特特征征值值。随随着着国国内内外外越越来来越越多多的的大大型型常常规规电电站站和和抽抽水水蓄蓄能能电电站站的的兴兴建建，管管道道的的 HD HD 值值急急剧剧增增长长，压压力力管管道道日益向着巨型化和超巨型化发展。日益向着巨型化和超巨型化发展。三峡工程，坝式电站，三峡工程，坝式电站，D12.4m，H140m，HD1730m2山西西龙池抽水蓄能电站山西西龙池抽水蓄能电站D3.5m，H1015m，HD3552m2国外国外HD值最高的出现在抽水蓄能电站，已超过值最高的出现在抽水蓄能电站，已
13、超过5000m2按材料分按材料分 按布置方式分按布置方式分压力管道的类型压力管道的类型露天式（明钢管）露天式（明钢管）地下式（地下埋管）地下式（地下埋管）混凝土坝身管混凝土坝身管钢管钢管钢筋混凝土管钢筋混凝土管钢衬钢筋混凝土管钢衬钢筋混凝土管压压力力管管道道中高水头电站中高水头电站中小型电站中小型电站HD值较大电站值较大电站木管木管应用较少应用较少木管木管钢筋混凝土管钢筋混凝土管钢管管节钢管管节 明明管管 (exposed(exposed penstock)penstock)：暴暴露露在在空空气气中中，一一般在引水式地面厂房电站中采用。般在引水式地面厂房电站中采用。按照材料的不同，明管可分为：
14、按照材料的不同，明管可分为：a a钢管钢管,白山二期电站的压力管道白山二期电站的压力管道 b b钢钢筋筋混混凝凝土土管管：普普通通钢钢筋筋混混凝凝土土管管因因易易于于开开裂裂，在在工工程程中中应应用用很很少少，一一般般只只用用在在HDHD值值50m50m2 2的电站。的电站。c c钢钢衬衬钢钢筋筋混混凝凝土土管管：钢钢衬衬与与外外包包钢钢筋筋混混凝凝土土联联合合承承载载，可可减减小小钢钢衬衬厚厚度度；按按限限裂裂设设计计，充充分发挥钢筋作用，适用于分发挥钢筋作用，适用于HDHD值较大的电站。值较大的电站。明明管管示示意意图图为为了了使使管管壁壁受受力力均均匀匀，支支座座处处管管壁壁加加支承环；
15、支承环；为为保保持持钢钢管管抗抗外外压压稳稳定定，有有时时在在支支承承环间加设加劲环。环间加设加劲环。地地下下埋埋管管 (underground(underground penstock)penstock)：埋埋藏藏于于地地下下岩岩层层中中的的钢钢管管，它它可可以以是是斜斜的的，垂垂直直的的，因此也被称为斜井，竖井。因此也被称为斜井，竖井。地地下下埋埋管管是是大大中中型型水水电电站站中中应应用用最最多多的的一一种种压压力力管管道道。目目前前，国国内内外外装装机机容容量量为为100100万万kWkW以以上上的的常常规规水水电电站站和和抽抽水水蓄蓄能能电电站站中中，大大部部分分采采用用了地下埋管。
16、了地下埋管。特特点点：这这种种管管道道布布置置灵灵活活，能能和和围围岩岩共共同同承承担担水水压压力力，并并且且运运行行不不受受干干扰扰，维维护护简简单单。但但是是在在地地下下水水压压较较大大的的地地方方，管管道道受受外外压压失失稳稳的的威威胁胁比较大比较大，因此对地下埋管一般需要进行衬砌。，因此对地下埋管一般需要进行衬砌。地下埋管地下埋管示意图示意图按照衬砌形式的不同，将地下埋管分为以下四类：按照衬砌形式的不同，将地下埋管分为以下四类：分类分类适用条件适用条件应用情况应用情况工程实例工程实例不衬砌不衬砌地质条件很好地质条件很好 在挪威应在挪威应用的较多用的较多 广西天湖水电站广西天湖水电站压力
17、竖井和斜井压力竖井和斜井 喷锚或钢筋喷锚或钢筋混凝土衬砌混凝土衬砌 地质条件稍差地质条件稍差 在抽水蓄在抽水蓄能电站中能电站中广蓄和天荒坪抽广蓄和天荒坪抽水蓄能电站水蓄能电站 钢衬钢衬+回填回填混凝土混凝土 地质条件很差，地质条件很差，对防渗要求较高对防渗要求较高 应用比应用比较广泛较广泛 二滩水电站和鲁二滩水电站和鲁布革水电站布革水电站钢衬钢筋混钢衬钢筋混凝土衬砌凝土衬砌 地质条件稍差，地质条件稍差，施工非常复杂施工非常复杂 工程中很工程中很少应用少应用 在国内只有天生在国内只有天生桥电站中采用桥电站中采用 混凝土坝身管混凝土坝身管 ：这种管道形式一：这种管道形式一般依附于坝身，并且在混凝土
18、坝后式水电般依附于坝身，并且在混凝土坝后式水电站中应用非常广泛。站中应用非常广泛。特点：它由于进水口设于坝体，结构特点：它由于进水口设于坝体，结构紧凑简单，因此引水长度最短，水头损失紧凑简单，因此引水长度最短，水头损失小，机组调节保证条件好。但是管道的安小，机组调节保证条件好。但是管道的安装会干扰坝体施工，同时，坝内埋管空腔装会干扰坝体施工，同时，坝内埋管空腔会削弱坝体，使坝体应力恶化。会削弱坝体，使坝体应力恶化。混凝土坝身管按照管道在坝身混凝土坝身管按照管道在坝身上的不同位置，可以分为以下三类上的不同位置，可以分为以下三类：a a坝内埋管坝内埋管 (penstock embedded in
19、dam)(penstock embedded in dam)b b坝上游面管坝上游面管 (penstock laid on upstream surface of(penstock laid on upstream surface of dam)dam)c c坝下游面管坝下游面管 (penstock laid on downstream surface of dam)(penstock laid on downstream surface of dam)布置在坝体内部布置在坝体内部,多为坝后式或坝内式厂房采多为坝后式或坝内式厂房采用。布置型式有竖井式和斜井式。工程实例：直用。布置型式有竖井式和
20、斜井式。工程实例：直径最大的是广西红水河岩滩电站钢管，径最大的是广西红水河岩滩电站钢管，d=10.8md=10.8m。坝内埋管坝内埋管坝后式厂房坝后式厂房坝内式厂房坝内式厂房 管道大部分位管道大部分位于水库内，检修于水库内，检修维护很困难，在维护很困难，在国内工程中很少国内工程中很少使用，比较典型使用，比较典型的是伊朗的卡比的是伊朗的卡比尔水电站。尔水电站。坝上游面管坝上游面管 由于进水口较由于进水口较高，减少了对坝高，减少了对坝体的削弱，同时体的削弱，同时有利于保持大坝有利于保持大坝的整体性，因此的整体性，因此在工程中应用很在工程中应用很广泛。在我国东广泛。在我国东江和紧水滩水电江和紧水滩水
21、电站都采用了这种站都采用了这种型式。型式。坝下游面管坝下游面管 管管道道与与厂厂房房的的相相对对位位置置主主要要取取决决于于整整个个厂厂区区枢枢纽纽布布置置中中各各建建筑筑物物的的布布置置情情况况，另另外外水水电电站站机机组组往往往往不不止止一一台台，压压力力管管道道可可能能有有一一根根或或数数根根，压压力力管管道道向向机机组组的的供供水常有这样三种类型水常有这样三种类型 ：压力管道的供水方式压力管道的供水方式压力管道的供水方式压力管道的供水方式 单元供水单元供水 联合供水联合供水 分组供水分组供水 1 1单元供水：一管一机。机组前不设快速阀门。单元供水：一管一机。机组前不设快速阀门。优点：结
22、构简单优点：结构简单(无岔管无岔管)、工作可靠、灵活性好，、工作可靠、灵活性好，易于制作易于制作缺点：相同水头损失下，造价较高缺点：相同水头损失下，造价较高布置：平面尺寸大，与前室、调压室连接困难布置：平面尺寸大，与前室、调压室连接困难适用：适用：(1)(1)单机流量大、长度短的地下埋管或明管；单机流量大、长度短的地下埋管或明管；(2)(2)混凝土坝内管道混凝土坝内管道压力管道的供水方式压力管道的供水方式2 2联合供水联合供水：一根主管，向多台机组供水。单机规模大，多分一根主管，向多台机组供水。单机规模大，多分岔管。机组前设快速阀门。岔管。机组前设快速阀门。优点：相同水头损失下，造价较低优点：
23、相同水头损失下，造价较低缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差布置：较容易布置：较容易适用：广泛应用于地下埋管和明管，机组数较适用：广泛应用于地下埋管和明管，机组数较少、单机流量较小、引水道较长。少、单机流量较小、引水道较长。压力管道的供水方式压力管道的供水方式 球形岔管球形岔管压力管道的供水方式压力管道的供水方式2 2分组供水分组供水：设多根主管，每根主管向数台机组供水。单管规设多根主管，每根主管向数台机组供水。单管规模适中，少分岔管。设快速阀门。模适中，少分岔管。设快速阀门。造价：介于前两种之间造价：介于前两种之间布置：介于前两种之间布置：介于前两种之间适用：广泛
24、应用于地下埋管和明管。压力水管适用：广泛应用于地下埋管和明管。压力水管较长，机组台数多，单机流量不大的情况。较长，机组台数多，单机流量不大的情况。供水方式选定以后，每条管道通过的流供水方式选定以后，每条管道通过的流量也随之确定，接着应对管道直径进行量也随之确定，接着应对管道直径进行选择。选择。由于管道费用较高，直径越小，管道用由于管道费用较高，直径越小，管道用材及造价越低，但管中流速越大，水头材及造价越低，但管中流速越大，水头损失与发电损失也越大。因此管道直径损失与发电损失也越大。因此管道直径应进行经济比较选定。应进行经济比较选定。压力管道直径的选择压力管道直径的选择压力管道的直径通过动能经济
25、计算确定。压力管道的直径通过动能经济计算确定。一般做法是：初拟几个直径，进行动能经济一般做法是：初拟几个直径，进行动能经济比较，选定最优直径。比较，选定最优直径。初设时可用下列经验公式初定管道直径。初设时可用下列经验公式初定管道直径。Q Qmaxmax钢管的最大设计流量，钢管的最大设计流量，单位：单位：m m3 3/s/sH Hp p设计水头，设计水头，m m。压力管道直径的选择压力管道直径的选择 K为系数，它与摩阻、材料价格、折旧费、维为系数，它与摩阻、材料价格、折旧费、维修费、电价、管道年运行小时等因素有关。修费、电价、管道年运行小时等因素有关。日调节池：日调节池：调节水电站一调节水电站一
26、天的发电用水。天的发电用水。压力前池：压力前池：平稳水流，平稳水流，分配水量。分配水量。沉沙池：沉沙池：排走有害排走有害颗粒颗粒。6.4 6.4 平水建筑物平水建筑物1-1-压力前池压力前池压力前池和压力管道压力前池和压力管道 压压力力前前池池是是把把无无压压引引水水道道的的无无压压流流变变为为压压力力管管道道的的有有压压流流的的连连接接建建筑筑物物。实实际际上上是是扩扩大大断断面面的渠道。的渠道。分分配配水水量量：正正常常运运行行时时把把流流量量平平顺顺的的分分配配给各压力管道。给各压力管道。平平稳稳水水压压：荷荷载载突突然然变变化化或或事事故故时时，配配合合引引水水渠渠排排泄泄多多余余的的
27、水水;在在电电站站停停止止运运行行、压压力力管管道道关关闭闭时时供供给给下下游游必必需需的的水水量量;在在压压力力管管道道事事故故时时，紧急切断水流防止事故扩大。紧急切断水流防止事故扩大。防防污污、防防沙沙、防防冰冰：保保护护压压力力管管道道，使使水水轮机不受其害。轮机不受其害。压力前池压力前池的的组成组成 前前室室(池池身身)：渠渠道道末末端端加加宽宽、加加深深的过渡段以满足进水口布置需要。的过渡段以满足进水口布置需要。压压力力管管道道进进水水口口：其其构构成成与与有有压压进进水口相似，常采用挡水墙式。水口相似，常采用挡水墙式。泄泄水水和和排排沙沙建建筑筑物物：泄泄水水建建筑筑物物常常采采用
28、用溢溢流流堰堰,用用于于泄泄水水排排污污排排冰冰。排排沙沙建建筑筑物物主主要要指指管管道道进进水水口口底底坎坎下下设设拦拦沙沙槛槛和和冲冲沙沙孔。孔。水电站厂房是将水能转为电能的综合工程设施，水电站厂房是将水能转为电能的综合工程设施，包括厂房建筑、包括厂房建筑、水轮机、发电机、水轮机、发电机、变压器、开关变压器、开关站等，也是运行人员进行生产和活动的场所。站等，也是运行人员进行生产和活动的场所。6.5 厂房的任务和组成厂房的任务和组成任务任务作用作用(1)(1)将水电站的主要机电设备集中布置在一将水电站的主要机电设备集中布置在一起，使其具有良好的运行、管理、安装、检起，使其具有良好的运行、管理
29、、安装、检修等条件。修等条件。(2)(2)布置各种辅助设备，保证机组安全经济布置各种辅助设备，保证机组安全经济运行，保证发电质量。运行，保证发电质量。(3)(3)布置必要的值班场所，为运行人员提供布置必要的值班场所，为运行人员提供良好的工作环境。良好的工作环境。1 1）从设备布置及运行要求的空间划分：）从设备布置及运行要求的空间划分：主厂房主厂房：布置机组及其辅助设备的：布置机组及其辅助设备的主机间主机间和安和安装、检修设备的装、检修设备的装配场装配场组成。组成。副厂房副厂房：电站运行、控制、监视、通讯、试验、：电站运行、控制、监视、通讯、试验、管理等房间。管理等房间。主变场主变场：布置主变压
30、器场所。：布置主变压器场所。开关站开关站：布置高压配电设备，高压开关、母线：布置高压配电设备，高压开关、母线保护设备等。保护设备等。组成组成主厂房：主机间主厂房：主机间 +安装、检修设备的装配场安装、检修设备的装配场副厂房：电站运行、控制、监视、通讯、试验、副厂房：电站运行、控制、监视、通讯、试验、管理等房间。应紧靠主厂房，基本上布置在主厂管理等房间。应紧靠主厂房，基本上布置在主厂房的上游侧，下游侧和端部。房的上游侧，下游侧和端部。主变压器：电流运输损失随电压增加而减小。出主变压器：电流运输损失随电压增加而减小。出厂布置升压变压器，用户端布置降压变压器。厂布置升压变压器，用户端布置降压变压器。
31、开关站：布置各种高压配电装置和保护设备。通常布开关站：布置各种高压配电装置和保护设备。通常布置在厂房附近山坡上，也有布置在主厂房顶上的。置在厂房附近山坡上，也有布置在主厂房顶上的。2 2）从设备组成分：）从设备组成分：水流系统：压力管道水流系统：压力管道 进水阀进水阀 蜗壳蜗壳 尾水管尾水管机械系统（主机组及其辅助设备系统）：机组、机械系统（主机组及其辅助设备系统）：机组、调速系统、油、气、水系统等。调速系统、油、气、水系统等。电气设备系统：电气设备系统：一次设备：直接发、配、输电设备一次设备：直接发、配、输电设备(变压器等变压器等)二次设备：以中控室为中心的控制，保护、检测、二次设备：以中控
32、室为中心的控制，保护、检测、监视设备（机旁盘、自动远动、通讯、调度及其直监视设备（机旁盘、自动远动、通讯、调度及其直流系统）流系统）水流系统水流系统3 3）从结构分）从结构分 (以发电机层楼板面为界以发电机层楼板面为界)：上部结构：与工业厂房基本相似，板、梁、柱上部结构：与工业厂房基本相似，板、梁、柱系统。水平面上分为系统。水平面上分为主机室主机室和和装配场装配场。下部结构：大体积混凝土结构，布置过流系统，下部结构：大体积混凝土结构，布置过流系统，是厂房的基础：蜗壳、尾水管等。是厂房的基础：蜗壳、尾水管等。运行管理的主运行管理的主要场所布置机要场所布置机组和辅助设备组和辅助设备机电设备到货、卸
33、机电设备到货、卸车、拆箱、组装和车、拆箱、组装和检修时使用场所检修时使用场所上上部部结结构构下下部部结结构构下下部部块块体体结结构构上部结构上部结构下部结构下部结构发电机发电机层楼板层楼板 厂房的主要机电设备厂房的主要机电设备机械设备机械设备主机组主机组电气设备及布置电气设备及布置起重设备起重设备水轮机水轮机调速系统调速系统根据电力系统要求自动调整根据电力系统要求自动调整机组的出力，同时使机组保机组的出力，同时使机组保持一定的额定转速。持一定的额定转速。主机组主机组发电机：发电机：主要部件：转子、定子、上、下机架、推力轴承、导主要部件：转子、定子、上、下机架、推力轴承、导轴承、励磁系统等。轴承
34、、励磁系统等。水轮机水轮机水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械。发电机发出电能的一种机械。现代水轮机按水能利用的特征分为：反击式水现代水轮机按水能利用的特征分为：反击式水轮机、冲击式水轮机轮机、冲击式水轮机。一、反击式水轮机一、反击式水轮机定义：利用水流的定义：利用水流的势能和动能势能和动能做功的水轮机称为做功的水轮机称为反击式水轮机。反击式水轮机。特征：在反击式水轮机流道中，水流是有压的，特征：在反击式水轮机流道中，水流是有压的，水流充满水轮机的整个流道。水流充满水轮机的整个流道。类型：反击式水轮机按水流流过转轮的方向不同类
35、型：反击式水轮机按水流流过转轮的方向不同又分为又分为混流式、轴流式、斜流式与贯流式混流式、轴流式、斜流式与贯流式四种型四种型式。式。混混流流式式水水轮轮机机轴轴流流式式水水轮轮机机斜斜流流式式水水轮轮机机贯贯流流式式水水轮轮机机混流式水轮机混流式水轮机轴流式水轮机轴流式水轮机二、冲击式水轮机二、冲击式水轮机利用水流的动能利用水流的动能来做功的水轮机为冲击式水轮机。来做功的水轮机为冲击式水轮机。冲击式水轮机主要由喷嘴和转轮组成。冲击式水轮机主要由喷嘴和转轮组成。在冲击水轮机流道中，水流沿流道流动过程中保持在冲击水轮机流道中，水流沿流道流动过程中保持大气压力，水流有与空气接触的自由表面，转轮只大气
36、压力，水流有与空气接触的自由表面，转轮只是部分进水，水流不是充满整个流道的。是部分进水，水流不是充满整个流道的。水斗式水轮机水斗式水轮机是冲击式水轮机中目前应用最广泛的是冲击式水轮机中目前应用最广泛的一种机型。一种机型。冲击式水轮机结构冲击式水轮机结构水斗式水轮机转轮水斗式水轮机转轮转轮转轮机壳机壳喷嘴喷嘴喷管喷管尾水槽尾水槽轮叶轮叶轮盘轮盘水斗式水轮机水斗式水轮机悬式发电机悬式发电机伞式发电机伞式发电机（二）发电机（二）发电机发电机是通过转子转动切割磁力线，在定子绕组上发电机是通过转子转动切割磁力线，在定子绕组上产生电能。分为悬式发电机和伞式发电机。产生电能。分为悬式发电机和伞式发电机。特点
37、：特点：推力轴承位于位于转子上方，支承在上机推力轴承位于位于转子上方，支承在上机架上，整个水轮发电机的转动部分是悬挂着的。架上，整个水轮发电机的转动部分是悬挂着的。优点：优点：推力轴承损耗较小，装配方便，运行较稳推力轴承损耗较小，装配方便，运行较稳定；定；缺点：缺点：上机架尺寸大，机组较高，消耗钢材多。上机架尺寸大，机组较高，消耗钢材多。转速在转速在150r/min以上。以上。悬式发电机悬式发电机伞式发电机伞式发电机特特点点：推推力力轴轴承承设设在在定定子子下下方方，支支承承在在下下机机架架上上，推力轴承好似伞把支承着机组的转动部分。推力轴承好似伞把支承着机组的转动部分。优优点点：上上机机架架
38、轻轻便便，可可降降低低机机组组及及厂厂房房高高度度，节节省钢材。省钢材。缺缺点点：推推力力轴轴承承直直径径较较大大，易易磨磨损损，设设计计制制造造较较复杂。转速多在复杂。转速多在150r/min以下。以下。发电机的支承结构发电机的支承结构(机座或机墩机座或机墩)：1机座作用机座作用将发电机支承在预定位置上，并为机组的运行、将发电机支承在预定位置上，并为机组的运行、维护、安装和检修创造条件。维护、安装和检修创造条件。2要求要求具有足够的强度和刚度，具有良好的抗振性能。具有足够的强度和刚度，具有良好的抗振性能。3常见的机座形式常见的机座形式圆筒式机座、框架式机座、块体机座、钢机座、圆筒式机座、框架
39、式机座、块体机座、钢机座、平行墙式等。平行墙式等。(1)圆筒式机座：圆筒式机座：结结构构形形式式为为厚厚壁壁钢钢筋筋混混凝凝土土圆圆筒筒，其其壁壁厚厚在在1m以上。以上。优点：刚度较大，抗振、抗扭性能较好。优点：刚度较大，抗振、抗扭性能较好。缺缺点点：水水轮轮机机直直径径较较小小时时，水水轮轮机机的的安安装装、维维 修、维护不方便修、维护不方便 1.一次电气设备：直接发、配、输电设备。一次电气设备：直接发、配、输电设备。主变压器主变压器接接通通或或断断开开电电路路的的开开关关设设备备：断断路路器器和和隔隔离离开关。开关。厂用电设备：厂用变压器及各种电动机。厂用电设备：厂用变压器及各种电动机。保
40、保护护和和测测量量设设备备：电电抗抗器器（限限制制过过电电流流），避避雷雷器器（限限制制过过电电压压）、电电流流互互感感器器（串串联联在在电电路路中中，可可将将大大电电流流变变成成小小电电流流）、电电压压互互感感器器（并并联联在在电电路路中中，可可将将高高电电压压变变成成低低电压）电压）。电气设备及布置电气设备及布置2.二次电气设备：二次电气设备：对一次进行测量、保护、监视的设备对一次进行测量、保护、监视的设备 测量仪表（电流表、电压表、功率表等）测量仪表（电流表、电压表、功率表等）自自动动装装置置：自自动动调调整整水水轮轮发发电电机机的的电电压压、功功率率、频率或自动开停某些设备的自动控制设
41、备。频率或自动开停某些设备的自动控制设备。继继电电保保护护装装置置：电电器器设设备备异异常常或或事事故故时时报报警警；或或使断路器跳闸，断开事故回路，避免事故扩大。使断路器跳闸，断开事故回路，避免事故扩大。直流（操作）电源：供给厂房设备电源。直流（操作）电源：供给厂房设备电源。进进水水阀阀（机机前前阀阀）及及其其操操作作控控制制设设备备。装装设设在在每每台机组蜗壳进口处。台机组蜗壳进口处。主要作用有：主要作用有：停停机机检检修修或或检检查查时时，在在静静水水中中关关闭闭阀阀门门，截截断断水流。水流。机组较长时间停机时截断水流，减少漏水。机组较长时间停机时截断水流，减少漏水。事事故故时时，动动水
42、水中中紧紧急急关关闭闭阀阀门门，截截断断水水流流，防防止事故扩大。止事故扩大。种类：种类：蝴蝶阀蝴蝶阀、球阀球阀机械设备机械设备蝴蝶阀蝴蝶阀球阀球阀蝴蝶阀关蝴蝶阀关蝴蝶阀开蝴蝶阀开球阀关球阀关球阀开球阀开通常采用通常采用桥吊桥吊作用：作用：厂房设备安装、检修时用的起重设备。厂房设备安装、检修时用的起重设备。起重设备起重设备水轮机层水轮机层 主厂房的结构与布置主厂房的结构与布置在水轮机层一般布置：在水轮机层一般布置：1调调速速器器的的接接力力器器。位位于于调调速速器器柜柜的的下下方方，与与水水轮轮机机顶顶盖盖连连在在一一起起，并并布布置置在在蜗蜗壳壳最最小小断断面面处处，因因为该处的混凝土厚度最
43、大。为该处的混凝土厚度最大。2电电气气设设备备的的布布置置。装装有有电电流流互互感感器器，一一般般安安装装在在风风罩罩外外壁壁或或机机座座外外壁壁上上。水水轮轮机机层层较较潮潮湿湿，对对电电缆不利。对发电机引出母线要加装保护网。缆不利。对发电机引出母线要加装保护网。3油油、气气、水水管管道道。一一般般沿沿墙墙敷敷设设或或布布置置在在沟沟内内。管管道道的的布布置置应应与与使使用用和和供供应应地地点点相相协协调调，同同时时避避免免与与其其他他设设备备相相互互干干扰扰，且且与与电电缆缆分分别别布布置置在在上上下游侧，防止油气水渗漏对电缆造成影响。下游侧，防止油气水渗漏对电缆造成影响。4水水轮轮机机层
44、层上上、下下游游侧侧应应设设必必要要的的过过道道。主主要要过过道道宽宽度度不不宜宜小小于于1.2m1.6m。水水轮轮机机机机座座壁壁上上要要设设进进人人孔孔，进进人人孔孔宽宽度度一一般般为为1.2m1.8m，高高度度不小于不小于1.8m2.0m，且坡度不能太陡。，且坡度不能太陡。水水轮轮机机层层蜗壳和进水阀蜗壳和进水阀蜗壳层蜗壳层蜗壳层蜗壳层尾水管尾水管尾水管层尾水管层尾水管层尾水管层集水井、集水廊道、水泵室集水井、集水廊道、水泵室 渗漏集水井：置于厂房最低地面以下。积水可自流渗漏集水井：置于厂房最低地面以下。积水可自流排入集水井。排入集水井。检修集水井（集水廊道）：在厂房的最低处沿纵轴检修集
45、水井（集水廊道）：在厂房的最低处沿纵轴向设置一条廊道，积水直接排入廊道。向设置一条廊道，积水直接排入廊道。离心泵：置于尾水管层，位置在集水井上方。离心泵：置于尾水管层，位置在集水井上方。发电机层发电机层 发电机：发电机：定子外露定子外露、定子埋入定子埋入、上机架埋入上机架埋入等形式；等形式；调速系统：调速系统：根据电力系统要求自动调整机组的出力，根据电力系统要求自动调整机组的出力，同时使机组保持一定的额定转速。同时使机组保持一定的额定转速。机旁盘（自动、继电保护、测温、动力等盘）：机旁盘（自动、继电保护、测温、动力等盘）：各机各机组对应布置，每机组对应布置，每机3-5块。块。励磁机盘：励磁机盘
46、：控制励磁机运行，一般与机旁盘在一起。控制励磁机运行，一般与机旁盘在一起。发电机层为发电机层为安放水轮发电机组及辅助设备和仪表表盘安放水轮发电机组及辅助设备和仪表表盘的场地的场地，也是，也是运行人员巡回检查机组、监视仪表的场运行人员巡回检查机组、监视仪表的场所所。主要设备有：。主要设备有：吊物孔：吊物孔：在吊车起吊范围内应设供安装检修的吊在吊车起吊范围内应设供安装检修的吊物孔，以沟通上下层之间的运输，一般布置在既物孔，以沟通上下层之间的运输，一般布置在既不影响交通、又不影响设备布置的地方，其大小不影响交通、又不影响设备布置的地方，其大小与吊运设备的大小相适应，平时用铁盖板盖住。与吊运设备的大小
47、相适应，平时用铁盖板盖住。交通道：交通道：上或下游侧设主通道上或下游侧设主通道2-2.5 m，各设备间，各设备间巡视检修净距巡视检修净距1.5 m左右；左右；起重设备：起重设备：桥吊工作范围，桥吊大钩的极限起吊桥吊工作范围，桥吊大钩的极限起吊高度。高度。蝶蝶阀阀孔孔：如如果果在在水水轮轮机机前前装装设设蝴蝴蝶蝶阀阀，则则其其检检修修需需要要在在发发电电机机层层的的安安装装间间内内进进行行，在在发发电电机机层层与与其相应的部位预留吊孔，以方便检修和安装。其相应的部位预留吊孔，以方便检修和安装。楼楼梯梯：一一般般两两台台机机组组设设置置一一个个楼楼梯梯，净净宽宽11.2m。由由发发电电机机层层到到
48、水水轮轮机机层层至至少少设设两两个个楼楼梯梯，分分设设在在主主厂厂房房的的两两端端，便便于于运运行行人人员员到到水水轮轮机机层层巡巡视视和和操操作作、及及时时处处理理事事故故。楼楼梯梯不不应应破破坏坏发发电电机层楼板的梁格系统。机层楼板的梁格系统。安康坝后水电站厂房安康坝后水电站厂房(发电机层发电机层)油压装置油压装置蝶阀吊孔蝶阀吊孔机旁盘机旁盘调速器调速器盐锅峡水电站厂房盐锅峡水电站厂房油压装置油压装置机旁盘机旁盘调速器调速器凤滩水电站坝内厂房凤滩水电站坝内厂房水轮机层水轮机层蜗壳层蜗壳层尾水管层尾水管层发电机层发电机层定子外露式定子外露式：发发电电机机定定子子完完全全露露出出于于发发电电机
49、机层层地地面面以上。以上。缺缺点点：发发电电机机层层地地板板显显得得拥拥挤挤，同同时时水水轮轮机机层层高高度度小小，不不便便其其间间布布置置夹夹层层。采用较少。采用较少。定子埋入式：定子埋入式：发发电电机机定定子子埋埋入入发发电电机机层层楼楼板板下下机机坑坑内，上机架外露。内，上机架外露。便便于于悬悬式式发发电电机机组组的推力轴承检修。的推力轴承检修。适适用用于于单单机机容容量量在在数数十十万万MW的的大大型型机组。机组。上机架埋入式：上机架埋入式：发发电电机机定定子子和和上上机机架架埋埋入入发发电电机机层层楼楼板板下下机坑内。机坑内。发发电电机机层层较较宽宽敞敞，水水轮轮机机层层高高度度大大
50、,采采用用较多。较多。适适用用于于单单机机容容量量在在100MW以以上上的的大大型型机组。机组。装配场层装配场层装配场是厂房主要部件安装和检修的场所。装配场是厂房主要部件安装和检修的场所。位置：位置：装配场一般均装配场一般均布置在主厂房有对外道路的布置在主厂房有对外道路的一端一端。对外交通通道必须直达装配场，车辆直接。对外交通通道必须直达装配场，车辆直接开入装配场以便利用主厂房内桥吊卸货。开入装配场以便利用主厂房内桥吊卸货。高高程程：装装配配场场最最好好与与对对外外道道路路同同高高，均均高高于于下下游游最最高高水水位位，以以保保持持洪洪水水期期对对外外交交通通畅畅通通无无阻阻。装装配配场场最最