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正规小水电站施工架构及工作原理详解

0266水利工程2021-07-15 10:50:59

目前，我国多省份，尤其是欠发达地区确实存在投资低、效益差的小水电站影响生态环境的问题，为了在排查工作中更清晰地了解小水电站的施工架构以及工作原理，我们不妨先学习一下正规小水电站的工作原理是什么样的。

1．水轮机有哪些工作参数？

水轮机的基本工作参数有水头、流量、转速、出力和效率。

水轮机水头是指水轮机进口断面与其出口断面的单位重量水流能量的差值，用H表示，单位为m。

水轮机流量是指单位时间内通过水轮机过水断面的水流体积。

水轮机转速是指水轮机主轴每分钟旋转的次数。

水轮机出力是指水轮机轴端输出的功率。

水轮机效率是指水轮机出力与水流出力之比。

2．水轮机有哪几种类型？

水轮机可分为反击式和冲击式两大类。反击式水轮机包括混流式水轮机(HL)、轴流定桨式水轮机(ZD)、轴流转桨式水轮机(ZZ)、斜流式水轮机(XL)、贯流定奖式本轮机(GD)和贯流转桨式水轮机(GZ)六种型式。

冲击式水轮机包括水斗式(切击式)水轮机(CJ)、斜击式水轮机(XJ)和双击式水轮机(SJ)三种形式。

3．什么是反击式水轮机和冲击式水轮机？

将水流的位能、压能和动能转换成固体机械能的水轮机称为反击式水轮机。

将水流的动能转换成固体机械能的水轮机称为冲击式水轮机。

4．混流式水轮机的特点及适用范围？

混流式水轮机又称法兰斯式水轮机，水流由径向进入转轮，大体沿轴向流出。混流式水轮机应用水头范围较大，结构简单，运行可靠，效率高。是现代应用最广泛的水轮机之一。水头适用范围50～700m。

5．轮流式水轮机的特点及适用范围？

轴流式水轮机，转轮区域内水流沿轴向流动，水流在导叶与转轮间由径向转为轴向。

定桨式结构简单,但它在偏离设计工况时效率会急剧下降,适用于功率不大及水头变化幅度较小的电站,一般水头范围3～50m。转桨式结构较复杂，它通过桨叶的转动与导叶的转动相互配合，实现导叶与桨叶的双重调节，扩大了高效区的出力范围，有较好的运行稳定性。目前，应用水头范围从几米直到50～70m。

6．水斗式水轮机的特点及适用范围？

水斗式水轮机又称培尔顿(Petion)水轮机，它靠从喷嘴出来的射流沿转轮圆周切线方向冲击转轮斗叶而做功。水斗式水轮机应用水头较高，小型水斗式用于水头40～250m，大型水斗式用在水头400～4500m。

7．斜击式水轮机的特点及适用范围？

斜击式水轮机，喷嘴出来的射流，在进口与转轮平面成一角(通常为22．5度)。这种水轮机用在中小型水电站中，水头适用范围在400m以下。

8．水斗式水轮机的基本构造如何？

水斗式水轮机有以下几个过流部件，它们的主要功用如下：

(1)喷嘴由上游压力水管来的水流经喷嘴后形成一股射流冲击到转轮上，在喷嘴内水流的压力能被转换成射流的动能。

(2)喷针借助于喷针的移动，改变用喷嘴喷出的射流直径，因而也改变了水轮机的进水流量。

(3)转轮它由圆盘和固定在它上面的若干个水斗组成，射流冲向水斗，将自己的动能传给水斗，从而推动转轮旋转作功。

(4)折向器它位于喷嘴和转轮之间，当水轮机突减负荷时，折向器迅速地使喷向水斗的射流偏转。此时喷针将缓慢地关闭到与新负荷相适应位置。当喷针稳定在新位置后，折向器又回到射流原来位置，准备下一次动作。

(5)机壳使作完功的水流流畅地排至下游，机壳内压力与大气压相当。机壳也用来支撑水轮机轴承。

9．如何读懂得水轮机的牌号？

根据我国JBB84－74"水轮机型号编制规则"规定，水轮机牌号由三部分组成，每一部分之间用"－"分开。第一部分的符号是该水轮机型式的汉语拼音的第一个字母，阿拉伯数字表示该水轮机的特征比转速。第二部分由两个汉语拼音字母组成，前一个表示水轮机主轴的布置型式，后一个表示引水室特征。第三部分是以厘米为单位的转轮标称直径。

10．各种类型水轮机的标称直径是如何规定的？

混流式水轮机标称直径是转轮叶片进口边上的最大直径，即转轮下环与叶片进口边交点处直径。

轴流式和斜流式水轮机标称直径是转轮叶片轴线与转轮室相交处的转轮室内径。

水斗式水轮机标称直径是转轮与射流中正线相切的节圆直径。

11．水轮机产生汽蚀的主要原因是什么？

水轮机产生汽蚀的原因比较复杂，一般认为：水轮机转轮内压力分布不均匀，如转轮相对下游水位要装得过高，高速水流流经低压区时，易于达到汽化压力而产生汽泡。当水流流到高压区时，由于压力增大，汽泡凝结，水流质点以高速度向汽泡中心的撞击，以填充凝结所产生的空隙，从而产生极大的水力冲击和电化学作用，使叶片受到剥蚀产生麻点及蜂窝性孔隙，甚至被穿透而形成孔洞。

12．预防水轮机产生汽蚀的主要措施有哪些？

水轮机汽蚀的后果是使水轮机产生噪音、振动和效率急剧降低，使叶片受到剥蚀，产生麻点及蜂窝性孔隙，甚至被穿透而形成孔洞，从而使机组受到损坏不能运行。因此在运行中应力求避免汽蚀。目前，预防和减轻汽蚀损坏的主要措施有：

(1)正确进行水轮机转轮的设计，减小水轮机汽蚀系数。

(2)提高制造质量，保证叶片的几何形状和相对位置正确，注意表面平滑光洁。

(3)采用抗汽蚀材料，减轻汽蚀破坏如不锈钢转轮。

(4)正确确定水轮机的安装高程。

(5)改善运行条件，不使水轮机长期地在低水头和低负荷下运行。通常不允许水轮机在低出力(如低于50％额定出力)下运行，对于多机组的水电站，要避免单机长期低负荷和超负荷运行。

(6)及时检修，并注意修补焊接的打磨质量，避免汽蚀破坏的恶性发展。

(7)采用补气装置，向尾水管中送入空气，消除可能产生汽蚀的过大真空。

13.大中小型小电站是如何划分的？

按现行部标，装机容量小于50000kW的为小型；装机容量50000～250000kW的为中型；装机容量大于250000kW为大型。

14.水力发电的基本原理是什么？

水力发电就是利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(发电机)随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能。水力发电在某种意义上讲是水的势能变成机械能，又变成电能的转换过程。

15.水力资源的开发方式和水电站的基本类型有哪几种？

水力资源的开发方式是按照集中落差而选定，大致有三种基本方式：即堤坝式、引水式和混合式等。

（1）堤坝式水电站是指在河道中建大坝，集中落差，有一定水库库容，电站就处在坝后附近的水电站。

（2）引水式水电站是指完全利用河道的天然落差引水发电，无水库，无调节能力，电站处在下游较远河道上的水电站。

（3）混合式水电站是指电站利用的落差，一部分由筑坝形成，一部分是利用河道天然落差，有一定的库容，电站处在下游较远河道上的水电站。

16.什么是流量、径流总量、多年平均流量？

流量是指单位时间内水流通过河流(或水工建筑物)过水断面的体积，以立方米/秒表示；

径流总量是指在一个水文年内通过河流该断面水流总量之和，以104m3或108m3表示；

多年平均流量是指河流断面按已有水文系列计算的多年流量平均值Q3/S表示。

17.小型水电站枢纽工程主要由哪几部分组成？

主要由挡水建筑物(坝)、泄洪建筑物(溢洪道或闸)、引水建筑物(引水渠或隧洞，包括调压井)及电站厂房(包括尾水渠、升压站)四大部分组成。

18.什么是径流式水电站？其特点是什么？

无调节水库的电站称为径流式水电站。此种水电站按照河道多年平均流量及所可能获得的水头进行装机容量选择。枯水期发电量急剧下降，小于50％，有时甚至发不出电，即受河道天然流量的制约，而丰水期又有大量的弃水。

19.何谓出力？怎样估算水电站的出力和计算水电站的发电量？

在水电站(厂)中，水轮发电机组发出的电力功率称为出力，河川中某断面水流的出力则表示该段水能资源。所谓水流的出力就是单位时间内的水能。N=9．81ηQH式中，Q为流量(m3/S)；H为水头(m)；N为水电站出力(W)；η为水轮发电机的效率系数。对于小型水电站出力近似公式为N=(6．0～8．0)QH。年发电量公式为E=NT式中，N为平均出力；T为年利用小时数。

20.什么是装机年利用小时？

指水轮发电机组在年内平均满负荷运行的时间。它是衡量水电站经济效益的重要指标，小水电站年利用小时要求达到3000小时以上。

21.什么是日调节、周调节、年调节和多年调节？

（1）日调节：是指一昼夜内进行的径流重新分配，即调节周期为24小时。

（2）周调节：调节周期为一周(7天)的。

（3）年调节：对径流在一年内重新分配，当汛期洪水到来发生弃水，仅能存蓄洪水期部分多余水量的径流调节，称不完全年调节(或季调节)；能将年内来水完全按用水要求重新分配，又不需要弃水的径流调节称完全年调节。

（4）多年调节：当水库容积足够大的可把多年期间的多余水量存在水库中，然后以丰补欠，分配在若干枯水年才用的年调节，称多年调节。

22.什么是河流的落差？

所被利用河流段的两个断面水面的高程差称为落差；河源与河口两个断面水面的高程差称为总落差。

23.什么是降水量、降水历时、降水强度、降水面积、暴雨中心？

降水量是为一定时段内降落在某一点或某一集而面积上的总水量，以mm表示。

降水历时是指降水的持续时间。