三峡大坝水轮机发电原理docx.docx

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三峡大坝水轮机发电原理

液力传动与流体机械项目:

三峡大坝水轮机发电原理

汇报人：

刘宝

张文辉

赵俊伟

吕九九

指导教师：

赵静一

燕山大学机械工程学院

2012年9月

一、水力发电简介

水是自然中最有用的动力，因为它最容易被掌控。

流水可经由水闸或管线被输送，更重要的，一条流可藉水坝区隔成能容纳大量水的水库，当需要时便释出其所需的量。

水力常被规划成水力发电厂，通常建基于大型的水坝，最佳的地理位置是在高山地区且狭窄而两侧陡峭的河谷，水坝建于如此的河谷可以产生超过100公里长的蓄水库。

大规模的计划或许就不只一个简单的水坝和蓄水库。

在澳洲的雪山，雪河的水藉由一连串的地下通道，转至十六个发电厂。

水力亦被用来储存其他发电厂多余的能量，这可所谓的抽蓄发电厂来处理，及使用两个分离且不同水平面的蓄水库。

正常运作下，位置较高的水库的水被用来驱动涡轮产生电，而经过涡轮的水便储存在较低的水库。

一但有多余的电，便被用来抽取较低水库的水回到较高的水库。

电力的需求在白天时达到最高点，这亦意味着，大多数的发电站，抽水的工作通常在夜间完成。

水力发电是利用河川、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，就是利用流水量及落差来转动水涡轮。

再藉水轮机为原动机，推动发电机产生电能。

因水力发电厂所发出的电力其电压低，要输送到远距离的用户，必须将电压经过变压器提高后，再由架空输电路输送到用户集中区的变电所，再次降低为适合于家庭用户、工厂之用电设备之电压，并由配电线输电到各工厂及家庭用户。

水轮机由古代的水轮、水车演变而来，其工作流程为上游水库中的水经大坝引水管，流入坝体下方发电厂房的蜗壳、导水机构及水轮机转轮中，将势能转化为推动转轮叶片旋转的动能。

转轮通过主轴与发电机转子联轴，带动转子旋转并切割发电机定子磁力线圈，利用电磁感应原理在发电机线圈中产生高压电，再经过变压器升压通过输电线路将电力输出到电网中。

水轮机中作完功的水则通过大坝尾水管排向下游。

水轮机按工作方式可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。

反击式水轮机又可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。

三峡电站采用的混流式机组是使用最广泛的一种。

1827年法国工程师B.富尔内隆制成6马力的反击式水轮机，1849年经美国工程师J.B.弗朗西斯设计改进，形成了现代混流式水轮机，故称为弗朗西斯水轮机。

1850年出现冲击式水轮机。

1880年美国工程师L.A.佩尔顿取得水斗型冲击式水轮机的专利，世人称之为佩尔顿水轮机。

1912年奥地利工程师V.卡普兰设计出第一台转桨轴流式水轮机，被称为卡普兰水轮机。

到20世纪40-50年代又相继出现贯流式和斜流式水轮机，同时水轮机又发展为水泵水轮机，应用于抽水蓄能电站。

随着二战后水电开发的进展，水轮机的性能和结构日趋完善，功率有了大幅提高。

利用天然水流为资源。

水力发电则系利用筑坝蓄水，昼夜取舍，不尽不竭，既便利又为经济。

故近五十年来，世界各国发电，多由火力侧重于水力，都在努力开发水力资源。

美国全国发电量最初用火力者在百分之八十以上，至目前为止，水力已占将及半数，由此可见开发水力之重要。

而在燃料缺乏之国家，如瑞士、意大利等国，更须大量开发水力发电，以补其缺。

中国长江三峡水电站

美国大古力水电站

巴西伊泰普水电站

二、三峡水轮机组简介

三峡水电站是目前世界最大的水电站，这里安装着世界最大的水轮发电机组。

在三峡泄洪坝两侧底部的水电站厂房内，共安装有32台70万千瓦级水轮发电机组；其中左岸厂房14台，右岸厂房12台，右岸地下厂房6台，另外还有2台5万千瓦的电源机组，总装机容量2250万千瓦；相当于20座百万千瓦级核电站，比巴西伊泰普水电站多了850万千瓦。

左岸厂房和右岸厂房已建成投产的26台机组，日均发电量3.3亿度，满负荷运行可达4亿度，年发电量近1000亿度，约占全国发电量的33分之一。

三峡水电站安装的32台70万千瓦水轮机组是目前世界上出力最大、尺寸最大的混流式水轮发电机组。

大型水轮发电机组是水电站核心设备，也是制造难度最高的顶尖工业产品之一，涉及众多复杂加工技术。

长期以来，核心技术一直为少数发达国家所垄断。

三、混流式水轮发电机结构

混流式水轮机是反击式水轮机的一种，其应用水头范围很广，从20~700m水头均可使用。

它结构简单，制造安装方便，运行可靠，且有较高的效率和较低的空蚀系数。

不同形式的混流式水轮机

混流式水轮发电机立体结构图

现以上图所示的混流式水轮机为例来介绍这种水轮机结构。

混流式的过流过部件：

蜗壳→导水机构→转轮→尾水管。

大中型机组一般采用金属蜗壳，导水机构一般采用径向式导水机构转轮一般有6—12叶片，大中型机组一般采用弯肘式尾水管。

在混流式水轮机中，水流通过蜗壳的导流作用径向流入导水机构，将液体动能转化为静压能，再通过叶片将静压能转换为转子的动能，水流最后轴向流出转轮。

水轮机的进水部件是具有钢板里衬的蜗壳，座环支柱也称固定导叶，在转轮四周布置着导水机构导叶。

座环支柱具有坚固的上环和下环，蜗壳和上下环焊接在一起。

导叶轴颈用衬套（钢或尼龙材料）支承在底环和固定于顶盖的套筒上。

底环固定于座环的下环上面。

顶盖用螺钉与座环的上环连接。

导水的传动机构是由安置在导水叶上轴颈的转臂，连杆和控制环组成。

导叶的开度（从导叶出口边端到相邻导叶背部的最短距离）的改变是通过导水机构的两个接力器和控制环连接的推拉杆传动控环来实现的。

金属蜗壳的作用：

为流体的流动起到导向作用；将液体动能转换为静压能。

大型焊接金属蜗壳

导水机构的作用：

调节流量，开关水轮机，调节水流环量。

导水结构示意图

四、混流式水轮机的工作原理

综上所述，三峡水轮机组采用的混流式水轮机是一种结构简单，制造安装方便，运行可靠，且有较高的效率和较低的空蚀系数的反击式水轮发电机。

混流式的过流过部件：

蜗壳→导水机

混流式水轮机简图