水电站建筑物复习

1、注：行楷字体为非要求掌握，可了解内容。第一章 绪论一、 水电站的类型按集中河段落差方式的不同，可分为坝式水电站、引水道式水电站和混合式水电站1） 坝式水电站坝式水电站是拦河筑坝，坝前壅水，在坝址处形成落差所建的水电站。其特点有：1、 水头取决于坝高，相对较低；2、 引用流量大，装机容量大，水能利用较充分，综合利用效率高；3、 投资大，工期长；4、 适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。根据厂房是否能承受上游水压力，又可分为河床式和坝后式。河床式适用于较低水头，如3040m。当水头较大时，坝后式水电站。坝后式水电站厂房又可分为：坝后式厂房、坝内式厂房、溢流式厂房、河岸式厂房、地下式厂

2、房等。采用混凝土坝坝后式厂房时，通常将厂房和坝用缝分开，分别受力。2） 引水道式水电站引水道式水电站是在河段上游筑闸或低坝（或无坝）取水，经人工引水道引水到河段下游来集中落差所建的水电站。其特点有：1、 水头大小取决于天然河道的落差，水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上；2、 引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用效率较低，综合利用价值较差；3、 电站库容很小，基本无水库淹没损失，不需建高坝4、 适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段3） 混合式水电站混合式水电站是在同一河段上用坝集中上游部分落差，再通过有压引水道集中坝下游部分落差而形成总水头所建的水电站。适用条件：坝上游

3、部分有良好筑坝建库条件，下游部分坡降大时。二、 抽水蓄能电站与常规电站的区别1、 功能不同：同时具有发电和抽水的功能；2、 机组不同：同时具有发电机和水泵；3、 结构组成不同：上下都有水库，进水口和出水口互为功能。三、 水电站的组成建筑物：挡水建筑物、引水建筑物、调水建筑物、发电建筑物第二章 进水口及引水道建筑物一、 进水口的分类（按水流条件分，即供水入无压水道/压力水道）1、 无压进水口：类似于水闸，水流为明流，引取表面水，适用于无压引水式水电站。无压进水口的分类：1）表面式 常设于凹岸（凹岸取水）2）底部拦污栅式 2、 有压进水口：进水口在最低水位以下，水流为有压流，以引深层水为主，适用于

4、坝式、有压引水式、混合式水电站。有压进水口的分类：1） 坝式进水口2） 岸式进水口，又分：A、竖井式特征：在隧洞进口附近的岩体中开挖竖井，井壁一般要进行衬砌，闸门安置在竖井中，竖井的顶部布置启闭机及操纵室，渐交段之后接隧洞洞身适用：工程地质条件较好，岩体比较完整，山坡坡度适宜，宜于开挖平洞和竖井的情况B、岸墙式特征：进口段、闸门段和闸门竖井的布置在山体之外，形成一个紧靠在山岩上的单独墙式建筑物，承受水压及山岩压力，要有足够的稳定性和强度适用：地质条件差，山坡较陡，不宜开挖竖井的情况3） 塔式进水口特征：进口段、闸门段及其一部框架形成一个塔式结构，耸立在水库中，塔顶设操纵平台和启闭机室，用工作桥

5、与岸边或坝顶相连，塔式进水口可一边或四周进水适用：当地材料坝，进口处山岩较差，岸坡又比较平缓问题：为什么常用进水喇叭口?其体形与孔口水流状态相适应，以避免在高速水流时产生不利的负压和空蚀破坏。还可减少局部水头损失，提高泄流能力。二、 进水口的要求：1） 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。2） 水质符合发电要求3） 水头损失要小4） 流量可按要求控制5） 施工、安装、运行和检修方便三、 闸门及启闭设备1、 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

6、口一检修引水系统适用要求：动水中快速关闭，静水中开启2、 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：静水中启闭四、 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五、 沉沙池和冲沙室（注意两者对水流流速要求相反）1、沉沙池位置：位于无压进水口之后，引水道之前原理：加大过水断面，降低水流流速从而减小其携沙能力，使其有害泥沙在沉沙池中逐渐沉积为此要求沉沙池应有必要的宽度、深度和长度，使流速变小并且均匀。2、冲沙室 流速大些排沙方式：水力冲沙、水力机械冲沙、机械排沙六、 引水道1） 引水道类型：1

7、、 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）2、 有压引水道特点：引水道内为压力流，承受的水头可以很大可适应河道或水库水位的大幅度变化常用结构形式：有压隧洞 明管 明钢管 2） 引水道要求：1、 符合要求的输水能力2、 减少水头损失3、 保证水质七、 隧洞分为有压和无压两种。无压时隧洞工作条件和水力计算与渠道相同。有压隧洞恒定流水力计算，目的是根据已定的设计流量来选定横断面积（或流速），确定水头损失注意：1、要注意避免在随洞中出现有压和无压频繁交替的不稳定水流状

8、态，因为这对机组的正常运行非常不利，也可能引起隧洞衬砌的破坏对其他引水道也是，设计为有压管道（无压引水道），实际使用亦为有压（无压引水道），不能有压无压（正负压）交替出现。2、有压隧洞水力计算的特点是隧洞过水能力仅取决于洞全长的水头损失，而与洞的纵坡无关，与洞的埋深在上游水位下的深度无关。3、水利工程施工时的导流隧洞在工程完工后改作永久隧洞取水时，进水口位置要提高，即“龙抬头”，为什么？1）为了防止泥沙淤泥进水口；2）减少闸门启闭力八、压力前池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、泄水和排沙建筑物作用：从水库、压力前池或调压室，将水

9、在有压状态下引入水轮机第三章 压力管道总论及明钢管一 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 2）地下埋管 埋入岩体中 3）混凝土坝身管道 依附于坝身二、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。三、 压力管道供水方式：单元供水；联合供水；分组供水四、 明钢管敷设和支撑方式1、 一般采用分段式敷设。钢管轴线拐弯处设镇墩，镇墩间管段用支墩支撑，两镇

10、墩间设有伸缩节。两镇墩之间，支墩宜等间距布置，设有伸缩节的一跨间距宜缩短以减少弯矩2、 伸缩节的作用：当温度变化时，管身可在轴向伸缩，从而减少温度应力；能适应少量的不均匀沉陷或变形。3、 支墩和镇墩受力及受力简化五、 受力镇墩：所有的轴向力、法向力，弯矩，弯管惯性离心力支墩：（水重+钢管重）法向分力，摩擦力B、简化 镇墩简化为固定端，支墩简化为活动铰支座六、 光滑管道尺寸设计：1）管道内径D；2）管壁厚度 其中为水的容重，H为所选计算截面管道中心水头，D为管道内径，为焊缝系数为钢材许用应力七、 强度校核和刚度校核1、 关于强度校核，我国采用第四强度理论（畸变能理论）2、 光滑管(即无刚性环的明

11、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）八、 明钢管的抗外压失稳1、 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；2、 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。九、 明钢管外压失稳的原因及失稳现象：1、 机组运行过程中由于负荷变化产生负水锤，而使管道内产生负压；2、 管道放空时

12、通气孔失灵，而在管道内产生真空；3、 管道在外部的大气压力作用下，可能丧失稳定，管壁被压扁；4、 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。第四章 地下埋管一、 地下埋管定义及施工工序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二、和明管相比，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、利用围岩承载，减少钢衬壁厚，可解决HD值很大的技术难关；3、运行安全，超载能力强缺点：1、构造较复杂，施工安装程序多，工艺要求较高而地下

13、施工条件又较差。这些因素使得造价增加，工程质量不易保证，且影响工期。2、在地下水压力较大的地方，钢衬可能承受甚大外压，造成失稳三、地下埋管承受内压基本原理：埋管承受内压后，钢衬发生径向位移，钢衬和混凝土衬圈间的缝隙消失后，继续向混凝土衬圈传递内压，混凝土内产生环向拉应力产生径向裂缝；内压通过混凝土楔块继续向围岩传递，围岩产生向外的径向位移并形成围岩抗力，使埋管在内压下得到平衡。（钢衬混凝土衬圈围岩，尽可能利用围岩抗力）二、围岩的抗力系数K，定义是围岩中某给定半径的圆形孔口受均匀内压作用下，孔周发生1径向位移值时所需的均匀内压值；工程上常使用单位抗力系数K。，即半径为100cm的孔口受均匀内压时

14、，孔周发生1cm径向位移值时均匀内压值。四、 地下埋管和明管抗外压失稳的外荷载区别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 混凝土坝体压力管道一、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。按其布置方式可分为：坝内埋管、坝上游面管道、坝下游面管道坝内埋管的三种典型布置型式：1、倾斜式布置；2、平式和平斜式布置；3、竖直式布置坝内埋管运行期的主要荷载有：内水压、坝体荷载和温差荷载二、为了减少坝体承担的内水压力，可以在钢管外设置软垫层

15、，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。第六章 分叉管（不要求）第七章 水轮机类型及其特点一、水轮机类型及其特点1）冲击式1、混流式 H=2700m 效率高（最大可达94%）2、轴流式 低水头、大流量。又可分为定桨式和转桨式3、斜流式 H=40200m4、贯流式 低、超低水头2）反击式 高水头、小流量二、气蚀2）气蚀原因低压区产生气泡高压区破碎频率高达23万次/秒+化学、电化作用三、安装高程及如何确定水轮机的吸出高程Hs：理论上，指轮叶压力最低点到下游水位的垂直高度。装设尾水管可多利用能量，但因为可能会发生气蚀，多利用的能量受到限制，

16、故要确定安装高程。确定安装高程的目的：徐泽合理的安装高程，既充分利用转轮出口的能量，又使之气蚀性能好。如何确定：根据吸出高度Hs确定。Hs()问题：冲击式水轮机是否需要根据吸出高度Hs确定安装高程？不需要。第八章 水轮机特性一、三大相似及其关系几何相似同一系列 运动相似工况相似 动力相似二、比转速定义：比转速=单位转速三、水轮机的特性曲线对于原型机，第九章 水锤及调保计算一、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：1） 水锤压力实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力；2） 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

17、沿管道传播；3） 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。二、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”1、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，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。2、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

18、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。三、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：1） 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。2） 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（200m以下）电站。四、减少水锤压力的措施1、缩短压力管道的长度在较长的引水系统中设置调压室，是缩短压力管道的常用措施；2、延长有效的关闭时间1） 反击式水轮机设置减压阀（空放阀）2） 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减

19、小流速势必要加大管径，增加管道造价4、 改变调速器调节顺序中低水头电站，先慢后快；高水头电站，先慢后快。五、 管道压力升高值，式中为管道中起始流速，a为水锤波传播速度。六、 简单管的水锤计算水锤连锁方程 式中，称为管道特征系数。为水锤压力相对值，。下角标表示时间，上角标表示位置。七、调保计算：水击和机组转速变化的计算第十章 调压室一、调压室的原理及作用调压室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。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

20、，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：1、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。 2、减小了水锤压力，缩短了压力管道的长度。 3、改善了机组在负荷变化时的运行条件。二、调压室的基本类型及其特点和适用情况1.简单圆筒调压室特点：a、自上而下具有相同的断面，结构简单反射水锤波好，但波动幅度较大，衰减慢，b、挖方大，不经济； C、正常运行时水流的水头损失较大。适用：多用于低水头小容量电站2.阻抗式调压室特点：底部收缩，能有效的减小调

21、压室的水位升高值和降低值，从而减小调压室的尺寸，其波动振幅小但反射水锤波较差适用：中水头和引水道长度不大的电站3.水室式调压室特点：由一个断面较小的竖井和两个断面较大的储水室组成，能够储水，调压能力很大，而其比较稳定。适用于高水头、要求稳定断面小而水库的工作深度较大的水电站4.溢流式调压室：上部有溢流堰，水流流动情况较大。容积小，挖方小。水位下降的波动无法限制，常与双室式结合使用。5、差动式水电站特点：由两个不同半径的同心圆组成。综合地吸取了阻抗式和溢流式的优点。但结构复杂，升管易受侧向水压而不稳。造价高。适用：地形地质条件不允许大断面及距离地面较深的调压室时的中高水头水电站6、气垫式或半气垫

22、式水电站优点：不受地形限制，可尽量靠近厂房，大大减小水锤压力缺点：水波动稳定性差，需空气压缩机定期补气适用：深埋于地下的引水道式地下水电站三、双室式、溢流式、互动式共同点：升管或竖管面积小，水位变化快原理：弃荷水位升得快，使引水道首位压差减小的快，流量减慢得快 弃荷水位升的慢，使引水道首位压差增加得快，流量增加得快第十一章 厂房总论一、厂房的组成1、主厂房：主机室（立轴4层）+安装间（2层）2、副厂房：辅助机电设备+生产间+必要的生活间用房3、主变压场：低压高压4、开关站二、设备的组成主厂房：发电机层、水轮机层、蜗壳层、尾水管层 机墩、蝶阀孔、阀层面板、排架柱、轨道、吊车（主、副钩）副厂房：中

23、控室、电缆层三、机组及辅助设备主机组： 水轮机 + 发电机辅助设备: 自动调速器 励磁机、冷却系统1、 调速器作用：1）供电质量 n C 2）开、停机，增减负荷 3）安全运行，H、h不超过允许范围 4）分配机组间的负荷，使机组高效运行分类：手动和自动组成：1）调速柜 2）接力器：活塞调节导叶3)油压装置2、 发电机分类：悬式、伞式（低转速大容量）3、 励磁系统四、安装间（装配场） 高x宽与主厂房一样；装配场楼板高程主要取决于对外交通道路高程和发电机层楼板高程五、水轮机安装高程1、竖轴混流式水轮机水轮机允许吸出高程Hs=10.3-式中，水轮机建成后下游设计最低水位；b。导水叶高度； 气蚀模数，根据水轮机特性曲线确定由模型转换到