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水电站第一章 水轮机的类型、构造及工作原理水轮机的主要类型：反击式（混流式、轴流式、斜流式、贯流式） 冲击式（水斗式、斜击式、双击式）混流式――弗朗西斯水轮机 轴流式――卡普兰水轮机 斜流式――德里亚水轮机 工作水头：也称水头，净水头，是指单位重量水体通过水轮机时的能量减小值，符号H 。
相对高度：导叶相对高度b 0/D 1：HL ：0.1~0.39; ZL ：0.35~0.45水轮机型号：（水轮机型号拼音缩写，阿拉伯数字指转轮型号）－（主轴布置型式和结构特征拼音缩写）－（阿拉伯数字指以cm 为单位的水轮机转轮的标称直径）水轮机效率：水轮机效率ɳ表示水轮机的出力N 与水流输入功率N w 的比值。
水力效率H h ：e H H H =-D å ()e H Q H H H QH Hg h g -D ==å 容积效率V h ：()e e V e Q q H Q q Q QH Q Qg h g --===邋 机械效率m h ：e m m e e N N N N N h -D == 水轮机最优工况：效率ɳ最高的工况。
最优工况即为撞击损失和涡流损失均最小的工况。
第二章 水轮机的蜗壳、尾水管及气蚀尾水管的作用：1.汇集并引导转轮出口水流排往下游。
2.当H 2>0时，利用这一高度水流所具有的位能。
3.回收转轮出口水流的部分动能。
尾水管三段：1.进口直锥段：进口直锥段是一段垂直的圆锥形扩散管，其内壁设金属里衬，以防止旋转水流和涡带脉动压力对管壁的破坏。
2.中间弯肘段：常称为肘管，它是一段90°转弯的变截面弯管，其进口断面为圆形，出口断面为矩形。
3.出口扩散段：出口扩散段是一段水平放置、两侧平行、顶板上翘a 角的矩形扩散管。
气蚀：水轮机流道内流动水体中的微小气泡在形成、发展、溃裂过程中对水轮机过流部件表面所产生的物理化学侵蚀作用。
产生机理和物理过程：水流在水轮机流道中运动时可能发生局部的压力降低，当压力低到汽化压力时，水就开始汽化，溶解的空气开始聚集、逸出，出现大量气泡。
第二篇水电站输水系统第五章水电站布置型式及其组成建筑物学习提示内容：介绍水电站的布置型式，水电站的组成建筑物。
重点：坝后式、河床式、引水式水电站的布置特点及组成建筑物。
要求：掌握水电站的基本布置型式及组成建筑物。
第一节水电站的布置型式如绪论中所述，水电站主要有坝式、引水式和混合式3种不同的开发方式，其建筑物的组成和布置型式也不同。
坝式水电站按厂房是否承受上游水压力又分为坝后式和河床式两大类型。
混合式水电站建筑物的组成和布置型式兼有坝式水电站和引水式水电站的特征。
混合式水电站和引水式水电站之间没有明确的分界线。
在工程界常将具有一定长度引水道的混合式电站统称为引水式电站，无论其是否靠坝集中一部分水头，而较少采用混合式水电站这个名称。
所以这里着重介绍坝后式、河床式和引水式水电站建筑物的组成和布置型式。
一、坝后式水电站布置型式坝后式水电站靠坝来集中水头，形成落差，电站规模大，水头较高，厂房本身不承受上游水压力，所有建筑物均布置在一个枢纽中。
坝后式水电站厂房在枢纽总体布置中的位置大都靠河岸一侧或两侧，以利于布置变电装置和对外交通。
泄水建筑物布置在河床中部。
坝后式水电站优点是利用水库调节流量，水能利用充分，发电有保证；综合利用效益高；建筑物集中布置便于运行管理。
缺点是淹没损失大、移民多；投资大、工期长、单价高；技术复杂。
适用于河道坡降较缓，流量较大，具有修建水库地形地质条件的中、高水头水电站。
坝后式水电站，厂房一般布置在坝后或与坝并排布置在附近河岸的山体中。
按厂房与坝的相对位置，又可分为坝后式厂房、地下式厂房、岸边式厂房、坝内式厂房和溢流式厂房等布置型式。
1.坝后式厂房厂房直接布置在坝址处，通过坝身压力钢管引水。
这是坝后式水电站最常见的布置型式。
如三峡、丹江口、三门峡、龙羊峡、刘家峡、李家峡、安康、宝珠寺、水口、岩滩、五强溪、东江、万家寨等众多大型或巨型水电站均为这种布置型式。
图5-1是丹江口水电站布置型式。
枢纽由左岸土石坝段、左岸连接坝段、厂房坝段、溢流坝段、深孔泄洪坝段、升船机、右岸连接坝段和右岸土石坝段等主要建筑物组成。
最(a)大坝高 97m 。
坝后式厂房内安装6台单机容量为15万kW 的混流式水轮发电机组，总装机容量90万kW 。
该水库位于湖北省丹江口市汉江与其支流丹江汇合口下游800m 处，具有防洪、发电、灌溉、航运及水产养殖等综合效益，坝体加高扩容后，是南水北调中线工程重要水源工程。
图5-2是李家峡水电站布置型式。
枢纽由三心圆双曲拱坝、坝后式厂房、泄水建筑物、左右岸灌溉取水口等主要建筑物组成。
最大坝高155m 。
电站安装5台单机容量40万kW 混流式水轮发电机组，总装机容量为200万kW 。
该电站是我国首次采用双排机组布置的水电站，也是目前世界上最大的双排机组布置的水电站。
2.地下式厂房厂房布置在坝后或与坝并排布置在附近河岸的地下岩体中，通过隧洞引水。
这种水电站常建于高山狭谷中，电站装机容量大，机组台数多，河谷较窄。
目前开发建设的一些大型和巨型水电站多采用这种布置型式。
如二滩、小浪底、白山、龚咀、东风、大朝山、拉西瓦、溪洛渡等大型或巨型水电站均为地下厂房布置型式。
图5-3是小浪底水电站平面布置。
拦河大坝采用斜心墙堆石坝，设计最大坝高154m 。
地下厂房、溢洪道、泄洪洞、排沙洞均与坝并排布置在左岸山体中，地下厂房内安装6台单机容量为30万kW 的混流式水轮发电机组，总装机容量180万kW 。
图5-1丹江口水电站坝后厂房布置 (a)平面布置；(b)厂房坝段剖面(b) 图5-2李家峡水电站坝后厂房双排机组布置型式 (a)平面布置；(b)厂房坝段剖面 (a) (b)3.岸边式厂房厂房布置在坝下游河岸的一侧或两侧，由穿过坝肩山体的引水隧洞将水引入厂房。
如碧口、窄巷口、柘溪、隔河岩、天生桥一级、公伯峡、莲花、密云等大、中型水电站均为这种布置型式。
图5-4是天生桥一级水电站平面布置。
枢纽工程主要建筑物有：混凝土面板堆石坝、岸坡开敞式溢洪道、放空隧洞、发电引水系统和岸边厂房等。
堆石坝最大坝高148m 。
岸边厂房安装4台30万kW 水轮发电机组，总装机容量120万kW 。
4. 坝内式厂房厂房布置在坝体空腹内，适用于河谷较窄，机组多，坝体足够大情况。
如上犹江、凤滩、枫树坝、牛路岭、长潭等水电站均为这种布置型式。
其中上犹江水电站是我国第一座坝内式厂房水电站。
图5-5是凤滩水电站布置型式。
凤滩水电站采用了空腹重力拱坝、坝顶溢流、空腹内设置厂房的布置型式。
最大坝高110m，底宽65.5m ，是当时世界上最高的空腹坝。
空腹内厂房长85m 、宽20.5m 、高40.1m，内装有单机容量10万kW 混流式水轮发电机组4台，总装机容量40万kW 。
图5-4天生桥一级水电站岸边厂房平面布置 图5-3小浪底水电站地下厂房平面布置5. 溢流式厂房厂房布置在溢流坝下游，溢流水舌流经或挑越厂房顶泄入下游河道。
适用于河谷较窄，溢流坝和厂房并排布置情况。
如新安江、乌江渡、漫湾、池潭等水电站均为这种布置型式。
图5-6是新安江水电站布置型式。
坝体为混凝土宽缝重力坝，最大坝高105m 。
厂房顶部与坝体连接，厂房下部与坝体用垂直缝分开，厂房全长216.1 m 。
副厂房布置在坝体与主厂房之间。
厂房内安装9台混流式水轮发电机组，其中4台单机容量7.5万kW,5台单机容量7.25万kW ，总装机容量66.25万kW 。
溢流坝下泄水流流经厂房顶部泄入河道。
图5-6新安江水电站溢流厂房布置型式 (a)平面布置；(b)厂房坝段剖面 图5-5凤滩水电站坝内式厂房布置 (a)平面布置；(b)13号厂房坝段剖面；(c) 9号厂房坝段剖面图5-7是乌江渡水电站布置型式。
大坝为混凝土拱型重力坝，最大坝高 165 m 。
主厂房与坝体之间设有厂坝分缝。
厂房为全封闭厂房，长105.6m ，宽20.5m ，内安装3台单机容量21万kW 的水轮发电机组。
副厂房位于厂房上游侧溢流面下部空腔内。
溢流坝下泄水流挑越坝后厂房顶泄入下游河道。
乌江渡电站扩机增容工程于2000年内开工，采用地下式厂房布置方案，2004年完建，装机容量达到122万kW 。
以上是坝后式水电站厂房布置的几种基本型式，有些水电站为这些型式的组合布置，如向家坝水电站是右岸地下厂房及左岸坝后厂房；三峡水电站尽管主要机组安装在左、右坝后厂房，但在右岸又设有地下厂房，安装少部分机组(图5-8)。
乌江渡水电站原设计为溢流厂房布置型式，扩机增容工程采用地下式厂房布置。
从以上坝后式水电站厂房布置的几种基本型式中，可以看出，坝后式水电站枢纽主要有下列几部分组成。
（1）挡水建筑物：拦截河流，集中落差，形成水库。
(2) 泄水建筑物：用以宣泄洪水，或放水供下游使用，或放空水库，如溢洪道、泄洪隧洞、放水底孔等。
图5-8 三峡水电站平面布置图5-7乌江渡水电站溢流厂房布置型式(a)平面布置；(b)厂房坝段剖面（3）电站进水建筑物：进水口及其附属设备。
（4）电站引水及尾水建筑物：压力管道、尾水建筑物。
（5）电站厂房枢纽：主副厂房、变压器场、开关站。
(6) 其他专门建筑物：如工农业或生活取水口、冲沙、通航、筏道、渔道等建筑物。
为了泄水时不影响发电，通常将厂房与泄水建筑物之间用导流墙隔开。
二、河床式水电站布置型式河床式水电站与坝后式水电站不同，其特点是：位于河床内的水电站厂房本身起挡水作用，成为集中水头的挡水建筑物一个组成部分，并承受上游水压力，故称河床式水电站。
河床式水电站枢纽布置型式及建筑物组成与坝后式水电站基本相同，所有建筑物均布置在一个枢纽中。
厂房在枢纽总体布置中的位置大都靠河岸一侧或两侧，泄水闸或溢流坝布置在河床中部，厂房与泄水闸或溢流坝之间用导流墙隔开，大多数河床式水电站都采用这种布置。
此外，由于水头低，进水口前往往设有导沙坎。
河床式水电站优点是能调节部分流量，一般具有日调节能力，发电有一定保证；具有一定的综合利用功能；建筑物集中布置便于运行管理。
缺点是有淹没损失；投资大、工期长、单价高；技术复杂。
适宜于大流量、中低水头（一般为15～35m）电站。
大都安装直径大、转速低的轴流式水轮机组或贯流式机组，且台数较多。
整个厂房的长度较长，从而可节省挡水建筑物。
我国已建成不少河床式水电站，如葛洲坝、万安、铜街子、大化、西津、富春江、天桥、八盘峡、龙口、沙坡头等大、中型水电站。
图5-9和图5-10为葛洲坝河床式水电站布置型式。
枢纽工程主要由船闸、电站厂房、泄洪闸、冲沙闸、冲沙底孔及挡水建筑物组成。
大坝全长2606.5m，最大坝高48 m。
总装机容量271.5万kW，其中二江水电站安装2台17万kW和5台12.5万kW轴流转桨式水轮发电机组；大江水电站安装14台12.5万kW轴流转桨式水轮发电机组。
图5-9葛洲坝河床式水电站平面布置图1-导沙坎；2-操作管理楼；3-厂闸导墙（排漂孔）；4-左管理楼；5-中孔楼；6-右管理楼；7-右管理场（排漂孔）；8-拦（导）沙坎当泄洪闸和厂房均较长，布置上有困难时，可将厂房机组段分散于泄洪闸闸墩内而成为闸墩式厂房。
宁夏青铜峡水电站是我国唯一一座河床闸墩式低水头电站，枢纽主要由坝、闸墩厂房、泄洪闸、河东总干渠、河西总干渠等组成。
挡水建筑物总长度591.85m ，自左至右为副厂房坝段91.5m ，溢流坝与闸墩厂房坝段262.35m ，挡水坝段160m ，泄洪闸坝段42m ，右岸挡水坝段36m 。
最大坝高42.7 m 、坝宽46.7 m 。
机组布置在每个宽21m 的闸墩内，安装了7台3.6万kW 和1台2万kW 轴流转桨式水轮发电机组，总装机容量27.2万kW 。
三、引水式水电站布置型式引水式水电站的引水道较长，并用来集中水电站的全部或相当大一部分水头。
引水式水电站特点是靠引水道来集中水头，水头高。
引水式水电站主要优点是淹没损失小、移民少、单位造价较低。
缺点是水库调节能力差、水量利用率低、综合利用价值较差、运行管理上不如坝式水电站方便。
但若在首部设有容水量较大的水库，可以提高其径流调节能力。
引水式水电站适用于坡降大的河流,或利用隧洞穿过分水岭跨流域开发,也可通过截弯取直获得引水发电水头。
根据引水道中的水流是无压流或有压流，又分为无压引水式水电站和有压引水式水电站。
（一）无压引水式水电站无压引水式水电站的主要特点是具有很长的无压引水道，如渠道或无压隧洞，或具有渠道和无压隧洞相结合的形式。
无压引水式水电站的建筑物一般分为3个组成部分：一为首部枢纽，由拦河坝或闸、进水口及沉沙池等建筑物组成；二为引水系统，主要包括引水渠道或无压隧洞、日调节池、压力前池、泄水道，有时设有渡槽、倒虹吸等建筑物；三为厂房枢纽，主要由压力管道、电站厂房与尾水渠、变压器场、开关站等建筑物组成。
