水力机械+ 水电站 + 计算

1、A、水轮机的主要类型一反击式水轮机 ： 利用水流的势能和动能做功的水轮机 特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，水流充满转轮室。1.混流式：中、高水头（30-700m） 水流径入轴出 稳定，效率高（最大可达94%），高水头低流量。三峡、龙羊峡、刘家峡。2.轴流式：中、低水头 (3 - 80m) 水流轴入轴出(始终平行于主轴) （分 定桨式 和 转桨式） 低水头、高流量 。 轴流定浆式：(3-50m)叶片不能随工况的变化而转动。高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。 轴流转浆式：(3-80m)叶片能随工况的变化而转动，进

2、行双重调节（导叶开度、叶片角度)。适用于大型水电站。3.斜流式：中向高水头发展（40-200m）水流斜进。 转轮叶片随工况变化而转动， 效率高。 (8-12片) 密云水库。4.贯流式：低、超低水头 （ H<20m）， 水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的 ， 水轮机的主轴装置成水平或倾斜 不设蜗壳,水流直贯转轮,适用小型河床电站 分全贯流式和半贯流式。半贯流式又分：灯泡式、轴伸式、竖井式。 灯泡式贯流式：发电机组安装在密闭的灯泡体内，使用较广泛，机组结构紧凑，流道形状平直，水力效率高。 轴伸式贯流式：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到尾水管外面。水头低、效率低、小型水电站。 竖井式贯流式：

3、发电机安装在竖井内。 水头低、效率低、小型水电站。二 冲击式水轮机 （水斗式、斜击式、双击式） ：利用水流的动能来做功的水轮机 特征：由喷管和转轮组成。 1.水斗式: 特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功。 (100-2000m) 效率高、常用 分 卧轴（中、小型） 和 立轴（大型） 两种， 湖北天湖水电站。 2.斜击式：由喷嘴出来的射流沿圆周斜向冲击转轮上的水斗。(约为22.5，25-300m)效率低、小型水电站 3.双击式：水流两次冲击转轮。 （5-80m ） 构造简单 ，效率低 ， 小型电站三、类型代号反击式：混流式 HL 中、高（30-700m）径入轴出 稳定，效率

4、高，高水头低流量：三峡、龙羊峡、刘家峡轴流式 定桨 ZD 中、低 (3-50m) 轴入轴出 ,低水头高流量、叶片不可转，高效率区较小，小型水电站 转桨 ZZ 中、低 (3-80m) 轴入轴出 ,低水头高流量（双调）叶片可转（4-8片）：大型、湖北葛洲坝 斜流式 XL 中向高（40-200m） 斜进、效率高、叶片可转，（8-12片）： 密云水电站 贯流式：全贯流式 GD 半贯流式 GZ （ 灯泡式 P 、轴伸式 Z 、竖井式 S ）冲击式：水斗式 CJ（切击式）(100-2000m) 效率高、常用 。分卧轴（中小型）和立轴（大型）两种，湖北天湖水电站。 斜击式 XJ (约为22.5，25-300

5、m) 效率低 ， 小型电站 双击式 SJ （5-80m ）效率低 ， 小型电站B、水轮机的基本构造1.反击式水轮的四大部件，各部件的重要零件及其作用。进水部件-蜗 壳、座环：将水流引入转轮前的导水机构并形成一定的旋转量导水部件-导 叶 作用：引水流进入转轮，改变导叶开度来改变流量调整出力，还用来截断水流 检修 调相运行 开停机。核心部件-转 轮 作用：将水流能量转变为旋转机械能。出水部件-尾水管 作用：排水至下游、回收转轮出口水流中的剩余能量。2.冲击式水轮机的主要部件 ： 喷管，转轮，折流器，机壳，射流制动器等组成。3座环包括：上冠 、叶片（14-19片） 、下环。4水轮机停止运行时，用橡皮

6、条密封间隙。C、水轮机的型号及标称直径1. HL240 LJ 410 混流式水轮机，型号240（比转速)，立轴，金属蜗壳，转轮直径为410cm ZZ440 LH 430 轴流转浆式水轮机，型号440，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径430cm 2. GZ440WP750：表示贯流转浆式水轮机，转轮型号440，卧轴，灯泡式机组，转轮标称直径750cm。 SJ40W50/40：表示双击式水轮机， 转轮型号40，卧轴布置，转轮标称直径50cm，转轮轴向长度40cm。 XLNLJ300 ：表示斜流可逆式水泵水轮机，转轮型号200，立轴布置，金属蜗壳，转轮标称直径300cm。 2CJ30W 120/2

7、5;10 转轮型号为20，水斗式水轮机，卧轴，一根轴上装设两个转轮，转轮直径为120cm, 每个转轮两个喷嘴，设计射流直径为10cm。3.说出ZD600LH600中 轴流定桨式水轮机，比转速600，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径为600cm。说出HL240LJ550中 混流式水轮机， 比转速240，立轴，金属蜗壳， 转轮直径为550cm。说出ZZ560LH1130中 轴流转桨式水轮机，比转速560，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径为1130cm。D、水轮机的效率及最优工况 1.水轮机的总效率是由：水力效率 、流量效率、机械效率组成 =HVm2. 水力损失及水力效率 H 水力损失：蜗壳、导叶、转轮、尾水管

8、 沿程损失 旋涡、 脱流、 撞击 局部损失 3. 流量损失及流量效率（容积效率） V 水流通过转动部分与非转动部分间隙直流入尾水管的流量为q，此部分流量不经过转轮作功，称漏损。4. 机械损失和机械效率 m5.提高效率的有效方法是减小水头损失、流量损失、机械摩擦。6.水轮机的最优工况的定义： 水轮机的最优工况是指效率最高的工况。 (一般情况下，对起主要作用的是水力损失，流量损失和机械损失相对较小，且基本不变，在水力损失中撞击和涡流损失最大 )。（无撞击无涡流损失的水轮机工况，效率最高）E、水轮机的吸出高： G、水轮机的安装高程1）水轮机的安装高程是水电站非常重要的一个特征高程，在进行水电站厂房设

9、计时，该高程是计算水电站厂房其他高程的基准值。对于不同型式和不同装置方式的水轮机，它们的安装高程在工程上也都分别作了规定：对轴立反击式水轮机是指导叶中心高程；对卧轴混流式水轮机和贯流式水轮机是指主轴中心线高程。 2）在确定了吸出高Hs（理论上，指轮叶压力最低点到下游水位的垂直高度）以后，按下列公式计算水轮机安装高程Za ：立轴混流式水轮机:立轴轴流式水轮机：卧轴混流式和贯流式水轮机：3）确定安装高程的目的：选择合理的安装高程，既充分利用转轮出口的能量，又使之气蚀性能好。4）安装高程的原则： 保证在Zdmax 条件下，转轮不淹没 留有适当的安全储备 同时考虑布置要求5)冲击式水轮机是否需要根据吸

10、出高度Hs确定安装高程？- 答: 不需要。H、水轮机汽蚀 产生的重要原因：流速、压力防护措施从此入手1）汽蚀现象：表面粗糙无光泽-麻点，蜂窝状-破坏 ; 引起机组强烈震动-共振-运行不稳定2）汽蚀定义-汽泡在溃灭过程中，由于汽泡中心压力发生周期性变化，使周围的水流质点发生巨大的反复冲击， 对水轮机过流金属表面产生机械剥蚀和化学腐蚀破坏的现象，称水轮机的汽蚀。 3）汽蚀类型：翼形(叶片)汽蚀(主要汽蚀类型)：由于水轮机的翼形设计不合理或者水轮机的安装高程不合适，形成绝对值较大的负压，当背面的负压降低到汽化压力以下时，便产生了汽蚀。是反击式水轮机的主要汽蚀形式。还有当水轮机偏离最优工况运行时，混流

11、式水轮机因入流冲角太大，造成脱流，在叶片头部也会发生汽蚀。 破坏降低效率，甚至断流间隙汽蚀：当水流通过间隙和较小的通道时，局部流速增大，压力降低而产生的汽蚀。空腔汽蚀：非最优工况时，尾水管中形成一种对称真汽涡带，在尾水管进口处产生汽蚀破坏，可能造成尾水管振动（噪音）局部汽蚀： 过流表面在某些地方凹凸不平，诱发水流出现旋涡、脱流而产生汽蚀。4）防止汽蚀的措施;(流速和压力是产生汽蚀最重要的两个原因，因此要控制流速和压力的急剧变化。) 设计制造方面： 合理选叶型 工程措施：合理选择安装高程，防沙、排沙。 运行方面：避开低负荷、低水头运行，合理调度，必要时向尾水管补气。 5）汽蚀会引起的后果-1.发

12、生振动和噪音 2.影响水轮机的效率和出力 3.影响水轮机的寿命6）对于水轮机的不同工况汽蚀系数是不是一个确定的值?为什么? 不是一个确定的值，因为汽蚀系数与k点的相对速度，转轮出口速度有关，不同的工况下这两个数是不同的。7)汽蚀系数的定义： 为确切地反应水轮机的汽蚀特性并便于在不同工况之间和不同水轮机之间进行汽蚀性能的比较，将真空动力值除以水轮机工作水头H，用一无因次的相对系数来表示，即 ，称为水轮机的汽蚀系数。性质： 为一无因次的相对系数， 当K点的相对速度Wk越大，转轮出口速度V2愈大，则汽蚀系数值愈大， 尾水管的动能恢复系数愈大，值亦愈大， 几何相似的水轮机，在相似工况下，其值亦是相同的

13、。I、 水轮机的相似原理及特性曲线1.水轮机的运行参数：水头H ，流量Q,转数n，出力N，效率，汽蚀系数；及参数之间的关系，称为特性。2.水轮机的相似条件有哪些?具体是指什么而言? （几何、运动、动力) 答：水轮机的相似条件有几何相似、运动相似和动力相似。 几何相似：指原型水轮机和模型水轮机过流通道的所有对应角相等，对应尺寸成比例。 运动相似：指同一轮系的水轮机，水流在过流部分同一个对应点的速度三角形相似， 也就是说，对应点上同名速度的方向相同，速度大小成比例。 动力相似：指原型水轮机和模型水轮机过流部件对应点作用的同名力方向相同，大小对应成比3.比转数 : 水轮机特性的的综合性参数。一个与水

14、轮机直径无关的常数。4.同一个系列的水轮机是指什么而言的-指具有相同的比转速。5.不同比转速的水轮机之间的差异主要是什么? 答：水轮机的比转速不同，其过流通道的几何形状也随之发生变化，比转速越高，水轮机过流能力越大，导叶的相对高度也越大，要求转轮的过流通道越开阔，则转轮的叶片数目就越少。另外，由于空蚀系数随着比转速的增大而增大，为了减小转轮出口流速以降低空蚀系数，对混流式水轮机则相对应的是水轮机的直径比增大，对轴流式水轮机则相应使轮毂比减小。7简述水轮机基本方程式的物理意义? 答：水轮机基本方程式是反映水能转变为水轮机转轮旋转机械能的一个能量平衡方程式，从理论上揭示了水轮机利用水能作功的原理。

15、水流通过水轮机时，水流和转轮叶片相互作用，转轮的叶片迫使水流动量矩发生变化，水流在其动量矩改变的同时，以反作用力作用于叶片，是转轮产生旋转的力矩。8、水轮机的安装高程是指什么而言? 答：水轮机的安装高程是水电站非常重要的一个特征高程，在进行水电站厂房设计时，该高程是计算水电站厂房其他高程的基准值。对于不同型式和不同装置方式的水轮机，它们的安装高程在工程上也都分别作了规定：对轴立反击式水轮机是指导叶中心高程；对卧轴混流式水轮机和贯流式水轮机是指主轴中心线高程。G尾水管原理： 作用：（1）将水轮机转轮的水流顺畅排向下游的尾水池。 （2）回收转轮出口水流的剩余能量。 分类：直锥形小 型水轮机 钢板

16、弯锥形小 型水轮机 卧轴 混流水力损失大 弯肘形大中型水轮机分三部分：进口直锥段；肘管；出口扩散段。1、简述你对导出水轮机单位转速和单位流量意义的认识. 答：如果原型水轮机和模型水轮机的单位参数（单位转速和单位流量）相等，则原型水轮机和模型水轮机工况就相似。2、为什么在混流式水轮机的主要综合特性曲线中要有出力限制线? 答：出力限制线是为保证水轮机能够稳定、可靠地运行而限制水轮机工作范围的一条线。水轮机的正常工作范围是在该曲线的左侧。3.水轮机工况相似是指什么而言?要满足什么样的条件? 答：我们把水轮机的运动相似的工况称为水轮机的相似工况。 要满足水轮机的相似律，即流量相似律、转速相似律和出力相

17、似律。4、为什么混流式水轮机的设计工况点要选在5%（或3%）出力限制线上（或附近） 因为设计工况点以后，随着流量的增加，机组出反而减小；流量再增加，出力再减小，形成恶性循环，直到使机组的运行遭到破坏，严重时会拖垮整个电网。因此，为了避免这种情况发生，便采用了限制水轮机出力的方法。 5、混流式水轮机的主要综合特性曲线都由哪些曲线组成? 混流式水轮机的主要特征曲线有等开度线、等效率线、等汽蚀系数线和5%出力限制线。6、轴流转桨式水轮机的主要综合特性曲线都由那些曲线组成? 轴流式桨式水轮机的主要特征曲线有等开度线、等效率线、等空蚀系数线和等转角线。7.反击式水轮机和冲击式水轮的分类原则是什么? 反击

18、式水轮机是主要利用水流的压力能转换为机械能的水轮机。冲击式水轮机是将水流的动能转化为机械能的水轮机。8.反击式水轮机和冲击式水轮机的分类特点是什么？其主要类型各有哪些？ 反击式水轮机根据水流流经转轮的方式不同，可分为轴流式、混流式、斜流式和贯流式四种类型的水轮机。 按射流是否在转轮旋转平面内，冲击式水轮机可分为水斗式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机三种不同类型。9.反击式水轮机和冲击式水轮机在工作时水流和转轮相互作用有什么不同? 反击式水轮机的特点是水流在压力流的状态下流经转轮，而且水流充满整个过水流道。冲击式水轮机是指通过喷嘴将水流能量全部转换成高速射流的动能，冲击安装在转轮外周转盘上的部

19、分勺斗使转轮转动，从而将水能转化成机械能的水轮机。10.对于不同类型的电站，设计水头的大致范围如何确定? 坝式水电站的水头一般为中、高水头，目前最大水头已接近300米。 河床式水电站的水头一般低于30-40米。 引水式水电站可以集中很高的落差，目前最大水头已达2000米以上，但发电引用流量一般比较小。11.水轮机的水头范围-应涵盖水电站的水头范围。 水电站的装机容量-装机容量是指水电站内全部机组额定出力的总和。12.为什么水轮机在最优工况工作时效率较高? 答 :因为在最优工作时进、出口获得最佳的水流条件，水轮机的损失最小，水轮机的效率最高。13.速度三角形中各是什么速度?分量Vm和Vu各表示什

20、么含义?为什么要引入速度三角形? 水轮机速度三角形包括相对速度、牵连速度和绝对速度。在圆柱坐标系中，Vm是轴面速度。对转轮中的整个流体而言，Vu反映了流体的旋转程度。因为水流质点进入转轮后，一方面沿叶片运动，另一方面又随着转轮的转动而旋转，是一种复合运动。引入速度三角形后，对实际水电站水轮机的工作状态进行分析时更方便。14.、尾水管中动力真空和静力真空是如何形成的? 答 ：在设置尾水管后，转轮出口形成了压力降低，即出现了真空现象，此真空值由两部分组成：一部分由落差H2形成，称为静力真空，H2也称为吸出高，可用专门的符号Hs表示；另一部分则由尾水管进、出口动能差并扣除水头损失形成，称为动力真空，

21、它是通过圆锥形尾水管对水流的扩散作用而形成的。15.水轮机吸出高Hs的上下起算点如何确定？对立轴混流式水轮机，Hs是从导叶下部底环上平面到下游水面的垂直高度。对卧轴混流式和贯流式水轮机，Hs是从转轮叶片最高点到下游水面的垂直高度。对立轴轴流式水轮机，Hs是从转轮叶片轴线到下游水面的垂直高度。16.在确定水轮机吸出高时如何考虑下游尾水位高程? 答： 当计算得到的Hs为负值时，说明需要将规定的水轮机位置装置在下游水面以下，使转轮出口处不再出现静力真空而产生正压，以抵消由于过大的动力真空而使水轮机发生严重的空蚀。17.引起水轮机效率降低的原因有哪些？最主要的是什么？ 引起水轮机能量损失的表现形式有三

22、种：水力损失、容积损失和机械损失。水轮机的水力损失主要包括进口撞击损失、摩擦阻力损失和出口动能损失。无论何种形式的损失，均是水流能量的损失，最终都影响水轮机的效率。最主要的水力损失。第一章 绪论1.水力发电的几个要素： N 水电站装机容量或水轮机的功率 Q 通过水轮机的流量 H 水轮机的水头 水轮机的效率2.水力发电特点： 优点： 不耗燃料，成本低廉 水火互济，调峰灵活 综合利用，多方得益 取之不尽，用之不竭 环境优美，能源洁净 缺点： 受自然条件限制； 一次性投资大，移民多，工期长； 事故后果严重； 大型工程对环境、生态影响较大。 3水电站的类型 ： 按河段落差水头的方式分为三类： 1)坝式

23、水电站 2)引水式水电站 3)混合式水电站（抽水蓄能电站、潮汐电站）按调节能力分成： 1)无调节水电站 2) 有调节水电站按水电站的组成建筑物及特征分为： 坝式 河床式 引水式电站4、 坝式水电站其特点：水头取决于坝高。 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。投资大，工期长。 适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。5、河床式电站特点 ：一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。 适用水头：大中型：25米以下，小型：810米以下。 厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定问题； 厂房高度取决于水头的高低。 引用流量大

24、、水头低。 注：厂房本身起挡水作用是河床式电站的主要特征。6、引水式水电站特点：用引水道集中水头的电站称为引水式水电站 水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上。 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。 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。 适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。7.水电站建筑物的组成:挡水建筑物 、 引水建筑物 、 调水建筑物 、 发电建筑物8.潮汐电站使用的机组 贯流式水轮机 9.抽水蓄能电站： 1）抽水蓄能 ：系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上库(电动机+水泵)， 以水的势能形式

25、贮存起来； 放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系统中电能的不足。 2）抽水蓄能电站与常规电站的区别 功能不同：同时具有发电和抽水的功能； 机组不同：同时具有发电机和水泵； 结构组成不同：上下都有水库，进水口和出水口互为功能。第二章 进水口及引水道建筑物1进水口的类型 A无压进水口 类似于水闸，明流，引表层水为主适用于无压引水式电站 分类： 1）表面式进水口 常设于凹岸（凹岸取水） 2）底部拦污栅式进水口 B有压进水口 洞式进水口（闸门布置在山体的竖井中） 适用条件：地质条件好，山坡坡度适宜，易于开挖平洞和竖井。 墙式进水口（闸门紧靠山体布置）

26、 适用条件：进口处地质条件较好，或岸坡陡峻。 塔式进水口（闸门段布置一塔形结构中） 适用条件：进口处地质条件较差或岸坡坡度平缓。 坝式进水口（闸门布置在坝体中） 适用条件：混凝土坝的坝式水电站 （有压进水口的高程:顶部高程应低于最低死水位，并有一定的埋深，不出现吸气漩涡） （无压进水口的位置:河道弯曲段的凹岸,避免漂浮物聚集,防止泥沙淤积以及便于引进清水）2有压进水口的基本要求：要有必要的进水能力(为什么有压进水口要有一定淹没深度？为了防止产生漩涡。 吸气漩涡会使空气及漂浮物被吸入压力水道内，并引起噪音、振动，减少流量。)水质符合发电要求 水头损失要小 流量可按要求控制 施工、安装、运行和检修

27、方便3沉沙池的原理：加大过水断面，减小水流的流速及其挟沙能力，使有害泥沙沉淀在沉沙池内，将清水引入引水道 沉砂池的位置：无压进水口之后，引水道之前 沉砂池的作用：1、防止泥沙进入引水道； 2、减少引水道泥沙淤积，减轻对水轮机的磨损 -冲沙室（流速大些）排沙方式：水力冲沙、水力机械冲沙、机械排沙-4.引水道类型：无压引水道 和 有压引水道。无压引水道 特点：具有自由水面，引水道承受的水压不大 适用：从河道或水库水位变化不大的场合引水，否则会在进水口造成较大水头损失 常用结构型式：无压隧洞 渠道（常沿山坡等高线布置）有压引水道特点： 引水道内为压力流，承受的水头可以很大 适用： 可适应河道或水库水

28、位的大幅度变化 常用结构形式： 有压隧洞 明管 明钢管 引水道要求： 符合要求的输水能力 减少水头损失 保证水质5闸门及启闭设备工作闸门（即事故闸门）作用：紧急事故关闭，快速切断水流，以防事故扩大，也可用以关闭进水口一检修引水系统适用要求：动水中快速关闭，静水中开启检修闸门作用：设在工作闸门前，检修工作闸门及门槽适用要求：静水中启闭6.通气孔位置：有压进水口的工作闸门之后 作用：工作闸门开启时，引水道充水后用以排气；工作闸门紧急关闭放空引水道时，用以补气以防出现有害真空7.压力前池： 是把无压引水道的无压流变为压力管道的有压流的连接建筑物。 组成：前室、压力管道的进水口及设备、泄水和排沙建筑物

29、 作用：从水库、压力前池或调压室，将水在有压状态下引入水轮机 （1）平稳水压，平衡水量；（2）均匀分配流量；（3）宣泄多余水量； （4）拦阻污物和泥沙8.渠道的分类（自动调节、非自动调节） 非自动调节渠道 ： 渠顶大致平行渠底，渠道的深度沿途不变，在渠道末端的压力前池中设溢流堰。 自 动 调 节 渠 道： 渠道首部堤顶和尾部堤顶的高程基本相同，并高出上游最高水位， 渠道断面向下游逐渐加大，渠末不设泄水建筑物。9.隧洞布置的总原则： 洞线短、弯道少，沿线的工程地质、水文地质条件要好，并便于布置施工平洞。 (1) 地形条件好 (2) 地质条件好 (3) 施工条件好 (4) 水力条件好10.设置日调

30、节池的条件:当引水渠道较长，且水电站担任峰荷的水电站。第三章压力管道总论与明钢管1.压力管道的定义、特点及分类 定义：压力管道是从水库或引水道末端的前池或调压室，将水在有压状态下引入水轮机的输水管。 特点：1、坡度陡；2、承受电站的最大水头；3、靠近厂房 分类：根据布置形式，分为1）明管 暴露在空气中(无压引水式电站) 2）地下埋管 埋入岩体中(有压引水电站) 3）混凝土坝身管道 依附于坝身(混凝土重力坝及重力拱坝) 按材料分:钢管(大中型水电站) 钢筋混凝土管(小型电站) 钢衬钢筋混凝土管 不衬砌、锚喷或混凝土衬砌、聚酯材料管、木管等2压力管道的供水方式 单元供水： 集中供水： 分组供水：

31、管道水力计算包括： 水头损失 和 水锤计算 管道敷设方式：（1）连续式：两镇墩间不设伸缩节 （2）分段式：两镇墩设伸缩节3.露天钢管附件的名称及作用（镇墩、支墩、伸缩节） 镇墩：防止钢管位移 （1）作用：承受轴向不平衡力，固定钢管 （2）类型：封闭式，开厂式 C布置：钢管转弯处，直线段长度超过150m时 支墩：支承钢管（管身在其上可移动） (1) 作用：承受水重和管身自重在法向分力，同时使管道离开地面有一定距离，允许管道在轴向自由移动 （2）类型：滑动式支墩，滚动式支墩，摇摆式支墩 伸缩节： (1)作用：减小管身温度应力（可自由伸缩；适应少量不均匀变形，同时为阀门拆装提供方便） （2）类型：单

32、作用伸缩节，双作用伸缩节4. 明钢管的抗外压失稳 当管径和管壁厚度一定时，加劲环的间距越小，管壁在外压下屈曲的波数便愈多，临界压力值便愈大； 设置加劲环的明钢管在外力作用下，需满足两个要求： a、加劲环不能失稳屈曲 ；b、加劲环不失稳时，其横截面的压应力小于材料允许值。5.明压力钢管的加劲环(又称刚性环)的主要作用是: 节省压力钢管的钢材,提高压力钢管管壁的抗外压能力。 改变压力钢管的径向自振频率,消除钢管的径向振动。 提高压力钢管的刚度,防止运输、安装中变形。 设计规范要求压力钢管管壁厚度,必须满足结构的强度校核6.明钢管外压失稳的原因及失稳现象： 机组运行过程中由于负荷变化产生负水锤，而使

33、管道内产生负压； 管道放空时通气孔失灵，而在管道内产生真空； 管道在外部的大气压力作用下，可能丧失稳定，管壁被压扁； 必须根据钢管处于真空状态时不产生不稳定变形的条件来校核管壁厚度。7.压力管道的主要荷载是内水压力，管道内径D（m）和水压H（m）及其乘积HD值 是标志压力管道规模及其技术难度的最重要特征值。8.强度校核和刚度校核：光滑管(即无刚性环的明钢管)先校核强度，强度不满足则增加管壁厚度；强度满足后校核刚度 , 刚度不满足加加劲环。 加劲环的存在限制了其旁侧管壁在内水压力和管重作用下的径向变形，因而产生局部应力，需重新校核其影响范围内的管壁强度。（即加了加劲环要重新校核强度）第四章 地下

34、埋管1.地下埋管定义及施工工序？ 定义：地下埋管是埋藏于地层岩石中的钢管，可以是斜的、垂直的，故也称作斜井、竖井， 或称为隧洞式压力管道。 施工工序：岩洞开挖钢衬安装混凝土回填和灌浆 灌浆种类：回填灌浆、接触灌浆和固结灌浆2.和明管相比简述地下埋管的优缺点 优点：1、布置灵活方便，不受地面地形地质限制； 2、钢管与围岩共同承担内水压力，减小钢衬厚度 3、运行安全，超载能力强 缺点 1构造比较复杂，施工安装工序多，工艺要求较高，施工条件较差，会增加造价；且影响工期。 2外压稳定问题突出。易外压失稳。3.防止埋管钢衬受外压失稳的根本方法: 答：降低地下水水压力是防止钢衬失稳的根本方法， 措施是排水

35、廊道结合排水孔；4.地下埋管和明管抗外压失稳的外荷载区别 答： 地下埋管的外压荷载主要为地下水压力，施工期还有钢衬与混凝土之间接缝灌浆压力和 回填混凝土时流态混凝土的压力。 而明管的外压为大气压力（0.1MPa） 第五章 混凝土压力管道1.混凝土坝体压力管道：是依附于混凝土坝身，即埋设在坝体内或固定在坝面上，并与坝体称为一体的压力输水管道。2.混凝土坝体压力管道特点：（1）结构紧凑简单 （2）引水道长度短，水头损失小，机组条件保证条件好 （3）造价低 （4）运行集中方便 （5）坝内埋管的空腔削弱坝体 混凝土坝体压力管道按其布置方式可分为： 坝内埋管 、 坝上游面管道 、 坝下游面管道3.为了减

36、少坝体承担的内水压力，可以在钢管外设置软垫层，将钢管与坝体隔开。 软垫层可以吸收钢管在内压作用下的径向变位，而使内压只有一部分或很小部分传至坝体。4.坝内埋管： A布置原则：（1）尽量缩短管长 （2）减少管道空腔对坝体的不利影响 （3）减少管道对坝体施工的干扰 B立面上的布置：（1）倾斜式 （2）平式和平斜式 （3）竖直式 C平面上的布置：（1）厂坝横缝错开 （2）厂坝横缝一致 D结构形式：（1）联合受力管：钢管和坝体混凝土浇筑在一起，两者联合承载， 可充分发挥钢管外围钢筋混凝土的承载作用，减小钢管管壁厚度 （2）垫层管：钢管外铺设垫层，将坝体与管道隔开第六章 分叉管1、分岔管的功能:分流，汇

37、流2、分岔管的布置形式： 卜形布置, 对称Y形布置， 三岔形布置3、分岔管结构形式， A、 明钢岔管 ：三梁岔管 月牙肋岔管 贴边式岔管 无梁岔管 球形岔管 隔壁岔管 B、 地下埋藏式岔管 C、钢衬钢筋混凝土岔管第九章 水锤及调保计算1.减小水锤压力的常用措施有哪些？1）缩短压力管道的长度2）延长有效的关闭时间反击式水轮机设置减压阀（空放阀）冲击式水轮机的机组装置偏流器（折流器）3）减小压力管道中的流速4）改变调速器调节程序中低水头电站：采取先快后慢的关闭规律，高水头电站：采取先慢后快的关闭规律注：水锤的危害： 压强升高过大水管强度不够而破裂； 尾水管中负压过大尾水管空蚀，水轮机运行时产生振动

38、； 压强波动机组运行稳定性和供电质量下降。2.水锤压力及其特性 水锤定义：当管道末端流量急剧变化时，管道中压力也随之变化，亦即发生所谓“水锤” 水锤特性：水锤压力实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力； 由于管壁具有弹性和水体的可压缩性，水锤压力将以弹性波德形式沿管道传播； 水锤波同其他弹性波一样，在传播过程中，在外部条件发生变化处（即边界处）均要发生波德反射。3.水锤的分类： 水锤波在管道中传播一个来回的时间为2L/a（L为管道长度，a为水锤波波速），称为“相” 直接水锤：当阀门关闭时间Ts等于或小于一相时，即Ts2L/a，也即是由水库处反射回来的水锤波尚未到达阀门之前， 阀门已经关闭终止，

39、这种水锤称为直接水锤。 直接水锤产生的压力升高是相当巨大的，应采取种种措施避免。 间接水锤（Ts2L/a）：当阀门关闭过程结束前，水库异号反射回来的降压波已经到达阀门处，降压波对该处产生的 升压波起着抵消作用，使阀门处的水锤升压值小于直接水锤值，这种水锤称为间接水锤。 间接水锤是水电站经常发生的水锤现象，也是我们的主要研究对象。4.间接水锤的两种类型：对于阀门直线关闭情况的水锤，根据最大压力出现的时间可分为：第一相水锤：最大水锤压力出现在第一相末,即。常发生在管道较长的高水头（250m以上）电站。末相水锤：最大水锤压力发生在阀门关闭终了的相末，又称为极限水锤,末相水锤常发生在管道较短的低水头（

40、200m以下）电站。5.进行水锤及调节保证计算（水击和机组转速变化的计算）的目的： 水锤计算的目的：决定管道内的最大内水压力，作为射击或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据； 决定管道内最小内水压力，作为管线布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据； 研究水锤与机组运行的关系，如对机组转速变化的影响等。 调压保证计算的目的：通过调节保证计算和分析，正确合理地解决导叶启闭时间、 水锤压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式， 使水锤压力和转速上升值在经济合理的允许范围内。1管路的特性系数： ，2导叶或者阀门全开时=1，全关时=13水锤类型判别：A、当时，

41、经常发生的第一相水锤B、当时，经常发生的末相水锤（极限水锤）4水锤压力的近似公式A、第一相末水锤压力值：B、末相水锤（极限水锤）：5开度变化规律对水锤压力的影响A 在高水头电站中常发生第一相末水锤，所以可以采取先慢后快的非直线关闭规律B 在低水头电站中常发生末相水锤，所以可以采取先快后慢的非直线关闭规律6极限水锤压力的分布规律：理论研究证明，极限水锤无论正、负水锤，沿管线水锤压力均依直线规律分布7第一相水锤压力的分布规律：研究证明。第一相水锤压力沿管线不依直线规律分布，正水锤压力分布曲线都是向上凸的，负水锤压力分布曲线是往下凹的。第十章 调压室1.调压室的定义、工作原理及作用：定 义： 调压室

42、是有压引水系统的平水建筑物， 实际上是一个具有自由水面的筒式或井式建筑物设置在地面以上的成为调压塔，地面以下的称为调压井。工作原理： 设置了调压室以后，利用调压室扩大的断面积和自由水面，水锤波就会在调压室反射到下游去。这样就相当于 把引水系统分成两段，调压室以前这段引水道，基本可以避免水锤压力的影响；调压室以后这段压力管道， 由于缩短了水锤波传递的路程，从而减少了压力管道中的水锤值，改善了机组运行条件及供电质量。作 用：反射水锤波，限制了水锤压力继续向水引水道传播，使其基本避免了水锤压力的影响。 减小了水锤压力，缩短了压力管道的长度。 改善了机组在负荷变化时的运行条件。2.调压室的设计要求与基

43、本类型与布置方式。 设计要求：1）能充分反射水锤波；使传道引水道中的水锤值控制在合理的范围内； 2）要求调压室波动稳定，并且要求波动能迅速衰减。 3）调压室应尽量靠近厂房，缩短压力管道长度，降低水锤值及压力管道造价。 4）波动振幅小，频率低，减小调压室高度，并有利于机组稳定运行。 5）在正常运行时，水流经过调压室与引水道连接处的水头损失应尽量小。 6）工程安全可靠，施工简便，造价经济。 基本类型：1）圆筒式调压室； 2）阻抗式调压室； 3）水室式调压室； 4）溢流式调压室； 5）差动式调压室； 6）气垫式调压室。 调压室的布置方式： 上游调压室( 引水调压室) 下游调压室(尾水调压室) 上下游

44、双调压室系统 上游双调压室系统 3.调压室的基本尺寸是由水力计算来确定的，其内容应包括（1）由调压室水位波动的稳定条件，确定调压室的断面积；（2）计算调压室最高涌波水位 ，从而确定调压室的顶部高程（3）计算调压室最低涌波水位 ，从而确定调压室底部和压力管道进口的高程。4、调压室水位波动的稳定问题计算： 调压室水位波动稳定的条件： （1）m>0，即, ， ，取可能最大值 （2），即+<（引水道水力损失，压力管道水头损失） 例题：某露天式压力钢管，管径D3m，跨中断面最大静水头=62m。水锤压力，钢管允许应力MPa，焊缝系数，若将允许应力降低20。试确定管壁厚度，并验算是否应设加劲环？

45、若其钢管轴向倾角，求径向水压力在此非加劲环断面的管壁顶点()和水平轴线()处的环向应力？解：(1) 构造要求：(a) (b) 6mm最后取管壁厚度(2)是否应设加劲环？ 故需设加劲环。(3) 环向应力(1-1断面)作业(要求抄题)：某电站采用露天式压力钢管，跨中断面最大作用水头为80.6m(包括水锤压力)，钢管直径D=3m，管厚,若其管轴线与地面夹角，法向均布力(垂直管轴线)，支墩间距L=10m。求（1） 是否需设加劲环？（2） 管截面顶点由径向水压力产生的环向应力？（3） 由法向力在管壁顶点产生的轴向应力？解：(1) 故需设加劲环。(2) 管截面顶点由径向水压力产生的环向应力 (3) 由法向

46、力在管壁顶点产生的轴向应力例题：某引水式水电站设有三台冲击式水轮机，单管单机供水，=3200kW，试根据下面资料对机组丢弃全部负荷时进行水锤计算(判断水锤类型并计算其值)。已知管长500m，直径0.85m，管壁厚度=14mm，管末端中心线设计水头250m，设计流量1.6m3/s，机组总的关闭时间5.3秒,采用明钢管，=0.3，=2.1×105N/cm2，=2.1×105N/mm2。思路：(1)判断是直接水锤还是间接水锤？(2)若是间接水锤，继续判断是第一相水锤还是末相水锤？解：(1)计算水锤波速(2)判断水锤类型 因为，故发生间接水锤。(3)判断间接水锤类型 故产生第一相水

47、锤。(4)计算第一相水锤值作业(要求抄题)：某水电站装有冲击式水轮机，静水头，采用简单管，管长L=400m，阀门全开时，管道流速，水锤波速a=1000m/s，(1)阀门有效关闭时间，求最大水锤压力；(2)如果阀门的有效关闭时间延长到，求阀门由全开到全关的最大水锤压力；（3）阀门有效关闭时间，求阀门由部分开启()到全关的最大水锤压力。(开度依直线规律变化，用近似公式)。解：(1)(a)判断水锤类型 因为，故发生直接水锤。 (b)计算最大水锤值 m(2)(a)判断水锤类型 因为，故发生间接水锤。 (b)判断是第一相水锤还是末相水锤 故产生末相水锤。(c)计算末相水锤值 (3)(a)判断水锤类型因为阀门按线性规律关闭，关闭时间，故发生间接水锤。(b)判断是第一相水锤还是末相水锤 故产生第一相水锤。(c)计算第一相水锤值启示：（1）由前两问可知，直接水锤压力一般很大，发生间接水锤比发生直接水锤的水锤压力小，电站设计要避免发生直接水锤；（2）由后两问可知，管道特性系数和的值没有变化，它们的取值与初始开度无关；（3