贯流式机组的布置型式优化方案

贯流式水电站的型式一般采用河床式水电站布置，电站厂房是挡水建筑物的一部分，厂房顶有时也布置成泄洪建筑。由于水头较低，挡水建筑大部分采用当地材料，以土石坝为主。广东的白垢贯流式水电站则采用橡胶坝作为挡水建筑物，在洪水期则作为泄洪建筑，降低了工程投资。有的电站由于河流地形、地质条件的特点，也采用引水式布置，如我国四川安居、湖南南津渡水电站则采用明渠引水式的布置。贯流式水电站也常有航运、港口通航的要求，枢纽中设有船闸、升船机等建筑。

贯流式水电站一般处于地形比较平坦，离城镇比较近，水量比较丰富的地点，枢纽的总体布局应认真研究，与当地的地区经济发展规划相结合（例如除发电以外的灌溉、水产、环境保护、旅游资源的综合利用），以发展水力资源的深度开发，增加贯流式水电站的经济效益。

贯流式水电站的动能计算、枢纽的布置等与一般水电站一样，与当地地形、人文条件有密切的关系，需要在具体设计中经过勘测设计、科学研究和技术经济方案的比较而确定。但贯流式水电站，尤其是它的厂房结构与布置，受贯流式机组型式的影响很大。按常规采用的贯流式机组型式，可把贯流式水电站划分为半贯流式水电站和全贯流式水电站两类。半贯流式水电站又可分成轴伸贯流式、竖井贯流式和灯泡贯流式水电站三种。轴伸式、竖井式两种一般应用在小型电站上，大、中型水电站一般应采用灯泡贯流式。现按水轮发电机组形式分述如下。

1.轴伸贯流式

这种贯流式水轮发电机组基本上采用卧式布置，水流基本上沿轴向流经叶片的进出口，出叶片后，经弯形（或称S形）尾水管流出，水轮机卧式轴穿出尾水管与发电机大轴连接，发电机水平布置在厂房内。

轴伸贯流式机组按主轴布置的方式可分成前轴伸、后轴伸和斜轴伸等几种，如图7-1所示。这种贯流式机组与轴流式相比没有蜗壳、肘形尾水管，土建工程量小，发电机敞开布置，易于检修、运行和维护。但这种机组由于采用直弯尾水管，尾水能量回收效率较低，机组容量大时不仅效率差，而且轴线较长，轴封困难，厂房噪音大都将给运行检修带来不便。所以，一般只用于小型机组。

图7-1　轴伸贯流式水电站剖面图

（a）前轴伸；（b）后轴伸；（c）斜轴伸

2.竖井贯流式

这种机组主要特点是将发电机布置在水轮机上游侧的一个混凝土竖井中，发电机与水轮机的连接通过齿轮或皮带等增速装置连在一起，见图7-2。该机组除具有一般贯流式水轮机的优点外，因发电机和增速装置布置在开敞的竖井内，通风、防潮条件良好，运行和维护方便，机组结构简单，造价低廉。例如福建省幸福洋潮汐电站建于20世纪80年代末，采用竖井式机组，其单位千瓦的投资为2107元。如果采用灯泡式机组，单位千瓦投资将达4760元，是竖井式的2.26倍。由于竖井式具有以上优点，所以广泛应用于小型电站机组上。这种机组的缺点为因竖井的存在把进水流道分开成两侧进水，增加了引水流道的水力损失，一般竖井式机组的水力效率比灯泡式要降低3%左右，如果要作为反向发电，其效率下降更多。单机容量比较大的机组以采用灯泡贯流式机组为宜。(www.xing528.com)

图7-2　竖井贯流式水电站剖面图

3.灯泡贯流式

这种机组的发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡形的金属壳体中，发电机主轴与水轮机转轮水平连接。水流基本上轴向通过流道，轴对称流过转轮叶片，流出直锥形尾水管，如图7-3所示。机组的轴系支承结构、导轴承、推力轴承都布置在灯泡体内。由于贯流式水轮机水流畅直，水力效率比较高，有较大的单位流量和较高的单位转速，在同一水头、同一出力下，发电机与水轮机尺寸都较小，从而缩小厂房尺寸，减少土建工程量。但是发电机装在水下密闭的灯泡体内，给电机的通风冷却、密封、轴承的布置和运行检修带来困难，对电机设计制造提出了特殊的要求，增加了造价。但它与立式轴流式机组相比仍具有明显的优点。对于灯泡贯流式机组的研究近20年来已积累了许多成功的经验，并逐渐向较高水头和较大容量发展，在国内外得到广泛应用。

图7-3　灯泡贯流式水电站剖面图

4.全贯流式

这种机组采用卧式布置，发电机的转子磁极与水轮机转轮叶片合为一体，发电机的磁极直接安装在水轮机叶片的边缘上，密封隔离磁极与流道内的水流，防止渗漏，如图7-4所示。

图7-4　全贯流式水电站剖面图

该机型的主要特点为：取消了水轮机与发电机的传动轴，缩短了轴线尺寸，结构紧凑，厂房尺寸减少，使整个工程造价降低，而且增大了机组的转动惯量，有利于机组的运行稳定性。但叶片与发电机转子连接结构比较特殊，制造工艺要求很高，转子轮缘的密封复杂，我国目前尚处试验研究阶段。