自考水电站建筑物

第一章一．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。原理：用坝集中水头的电站称为坝式水电站。分类：河床式（用于较低水头，如30—40m）坝后式。特点：1水头取决于坝高。2引用流量较大，装机容量大，水能利用较充分，综合利用效益高。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。二．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。原理：引水道集中落差的原理是人工引水道的糙率、流速和水面坡降均比原河段的小。分类：无压的有压的。特点：1闸或低坝（无坝）取水，用人工引水道集中落差，2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2Km以上，3引用流量小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较低，4电站库容小，基本无水库淹没损失，不需建高坝，工程量较小，造价较低，5适用条件：适合河道坡度较陡，流量较小的山区性河段三．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四．抽水蓄能电站是装设具有抽水及发电两种功能的机组，利用电力系统低谷负荷期间的剩余电能向上水库抽水储蓄水能，再在系统高峰负荷期间从上水库放水发电的水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五．潮汐电站利用涨潮和退潮时所形成的水头发电的水电站六．水电站的建筑物组成：1.枢纽建筑物挡水建筑物，为坝或闸；泄水泄沙建筑物，如溢洪道、泄水洞、泄水泄沙孔；过坝建筑物，如过船、过水、过鱼建筑物。2.发电建筑物引水建筑物，如进水口、沉沙池、引水道、前池或调压室、压力管道、尾水道等；发电厂房及其附属建筑物，如厂房、变电站、开关站等。第二章一．进水口的分类：（对其进行方案经济比较——进行选择）（1）无压进水口：类似于水闸，水流为明流，引取表层水，适用于无压引水式电站（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，适用于坝式，有压引水式，混合式水电站二．有压引水口的分类：1、坝式进水口：适用：混凝土重力坝的坝后式，坝内式和河床式厂房2、岸式进水口：竖井式岸墙式。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，渐变段之后接隧洞洞身适用：工程地质条件好，岩体比较完整，山坡坡度适宜，易于开挖平洞和竖井的情况。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，不易开挖竖井的情况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，用工作桥把岸边和坝顶相连，塔式进水口可一边或四边进水适用：当地材料坝，进口处山岩较差，岸坡又比较平缓三．进水口的功能与设施功能：1、要有必要的进水能力2、水质符合发点要求（防沙；防污物）3、水头损失要小4、流量可按要求控制5、施工、安装、运行和检修方便四．闸门及启闭设备（1）工作闸门（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以检修引水系统。要求：动水中快速（1—2min）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，要求：静水中启闭五．通气孔位置：有压进水口的工作闸门之后作用：1、工作闸门开启时，引水道充水时用以排气（开排）2、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（关补）六．沉砂池位置：位于无压进水口之后，引水道之前原理：加大过水断面，降低水流速度，从而减小其挟沙能力，使其有害泥沙在沉降池中逐渐沉积，设计要素：1、断面积2、长度3、流速均匀七．引水道要求：1.有符合要求的输水能力2.减少水头损失3.保证水质。渠道：渠道的水力设计的主要任务是根据已定的设计流量来选定渠道横断面尺寸、糙率、纵坡和水深。分类：1、恒定流计算：2、非恒定流计算：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）功用：1、电站正常运行时把流量按要求分配给压力管道，并使水头损失最小2、电站出力变化或事故时，调节流量，平稳水压，平衡水量，排泄多余水量3、防止引水道中杂物、冰凌与有害泥沙进入压力管道。组成：1、前室；2、压力管道的进水口及设备；3、泄水和排沙建筑物。布置：1、连接无压引水道和压力管道及厂房的建筑物，应统一考虑这几个建筑物合理的布置和相互关系，2、压力前池应尽可能接近厂房，以缩短用料而且对安全要求高的压力管道，3、必须选择良好的地质条件，池身尽量能建在挖方中第三章一．压力管道的功用和类型（1）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（2）特点：1、坡度陡；2、承受电站的最大水头，且受水锤动力压力；3、靠近厂房。管道内径D（m）和水压力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。二．供水方式（P22表3—2）（1）单元供水；（2）联合供水；（3）分组供水；三．压力管道直径选择：直径愈小，管道用材及造价愈低，但管中流速愈大，水头损失和发电量损失也愈大。应结合技术问题，综合分析，选定最优直径四．允许应力和强度校核第四强度理论（畸变能理论）——强度校核五．明管布置：（1）：管道与主厂房的关系：1、正向引进；2、纵向引进；3、斜向引进；（P26）（2）：管道高程：设计要求：1、应保证管内在运行情况下不出现负压2、钢管低与地面净距离不得小于0.6m六．明钢管敷设与支承方式（1）镇墩：1、封闭式：高水头小流量2、开敞式：低水头大流量（2）支墩：功用：承受水重和管重的法向分力，布置：间距L=5—8m。三大类型：（1）滑动式支座：摩擦力大。1、无支承环鞍形支座2、有支承环鞍形支座3有支承环滑动支座（2）滚动式支座：摩擦系数小（3）摆动式支座：摩擦力很小七．钢管应力分析：（四大断面；应力特点与概念）1、跨中断面1—1的管壁应力2、支承环旁管壁应力区边缘，断面2—2的管壁应力3、加颈环及其旁管壁应力，断面3—3的管壁应力4、支承环及其旁管壁，断面4—4的管壁应力八．明钢管的抗外压失稳失稳的原因：（及其失稳的现象）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、管道放空时通气孔失灵，而在管道内产生真空3、管壁在外部大气压力作用下，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九．伸缩节作用：1、在温度升高或降低时使钢管沿轴线方向可以伸缩，从而消除或减小温度应力2、可以适应微量的不均匀沉降引起的钢管角变位3、为阀门拆装提供方便第四章一．地下埋管的特点和构造（1）工作特点及适用条件：1、布置灵活方便2、利用围岩承担内水压力，减少钢衬壁厚3、运行安全（2）构造与施工方式施工：1、洞井开挖2、钢管衬砌3、回填混凝土4、灌浆：1、回填灌浆；2、接缝灌浆；3、固结灌浆。三种灌浆的适用条件及范围：1、回填灌浆：2、接缝灌浆：3、固结灌浆：二．钢衬的外压荷载（1）地下水压力：钢衬所受地下水压力值，可根据勘测资料选定，根据最高地下水位线来确定外水压力值是稳定的，但常回事设计值过高，同时要分析水库蓄水和引水系统渗漏等对地下水位的影响，地下水位线一般不超过地面（2）钢衬与混凝土之间接缝灌浆压力：接缝灌浆压力一般为0.2MPa（3）回填混凝土时流态混凝土的压力：其值决定于混凝土一次浇筑的高度，最大可能值等于混凝土容重乘以浇筑高度第六章一．岔管的布置形式（1）卜形布置（2）对称Y形布置（3）三岔形布置二．岔管的结构形式（1）明钢岔管：1、三梁岔管2、内加强月牙肋岔管3、贴边岔管4、无梁岔管5、球形岔管6、隔壁岔管三．岔管的基本原理（1）三梁岔管（分为：Y型；卜型；三岔型）：在压力水管的分岔处，管壁互相切割，不再是一个完整的圆形，在内水压力的作用下，原被切割掉的管壁所承担的环拉应力使其无法平衡，设计加强结构来承受被切割的不平衡力。（2）内加强月牙肋岔管：具体的设计要点是：先求出C点的轨迹，在定肋的宽度。四大特点：1、肋板主要受轴拉力，应力比较均匀，能充分发挥材料的作用。2、月牙肋插在管壳内，岔管尺寸小，管壳外表面光滑3、水力损失较小4、岔管外侧管壁转折处和管壁与肋板相交处有应力集中，是薄弱环节第七章一．·进行水锤及调节保证计算的目的水锤的概念：当管道末端流量急剧变化时，随着管道中流速的变化，压力也随之变化，亦即发生所谓“水锤”。水锤的特点：随着流量的变化，压力有着显著变化调节保证计算的目的：1、正确合理的解决导叶启闭时间，水锤压力和机组转速上升值三者之间的关系2、最后选着适当的导叶启闭时间和方式3、使水锤压力和转速上升值均在经济合理的允许范围内二．水锤的特征（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）由于管道具有弹性和水体有压缩性，过水锤压力将以弹性波的形式沿管道传播（3）水锤波同其他弹性波一样，在波的传播过程中，在外部条件发生变化处均要发生波的反射第九章一．直接水锤和间接水锤（1）直接水锤：如果水轮机调节时间Ts小于等于2L/a，则水库反射波回到阀门之前开度变化已经结束，阀门处只受开度变化直接引起的水锤波的影响—称为直接水锤。（2）如果水轮机调节时间Ts大于等于2L/a，则开度变化结束之前水库反射波已经回到阀门处，阀门处的水锤压力由向上游传播的F波和向下游传播的f波叠加而成—称为间接水锤。间接水槽是水电站经常发生的水锤现象，也是主要研究对象。二．间接水锤两大类型（1）第一相水锤：最大水锤压力出现在第一末相，称为第一相水锤，常发生在管道较长的高水头电站。（2）末相水锤：最大水锤压力发生在阀门关闭终了的末相，也称为极限水锤，常发生在管道较短的低水头电站。三．水锤压力的近似公式第一相水锤值：公式（9—14），末相水锤（极限水锤）值：（9—15）2 四．减小水锤压力的措施：（1）缩短压力管道的长度设置调压室（2）延长有效的关闭时间：1、反击式水轮机的机组装置减压阀2、冲击式水轮机的机组装置偏流器（3）减小压力管道中的流速扩大管径（4）改变调速器调节程序（选择合理的调节规律：中低水头电站，先快后满；高水头电站，线慢后快）五．分布规律极限水锤无论正负，沿管长均按直线规律分布。第一相水锤压力沿管长分布，正水锤压力分布曲线是向上凸的，负水锤压力分布曲线是向下凹的。直接水锤沿管长的分布规律是直线，不变化。第十章一．调压室的三大作用：（1）反射水锤波（2）减小水锤压力（3）改善机组在负荷变化时的运营条件二．调压室的基本类型（1）简单圆筒式调压室（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）气垫式或半气垫式调压室三．调压室水位波动计算（3大方法）（1）解析法：（精确度较低）简单，可直接求出最高和最低涌波水位，但是简化方程使用假设条件，精度差，不能求出全部过程（2）图解法：（3）逐步分析法：即差分法，精度高不但求出最高和最低涌波水位还能求出波动全过程四．水位波动稳定条件（1）m>0，即（10—34）这是保证波动稳定所要的最小断面，通常称为托马断面，用Fth表示（2）w*w>0，即（10—35）即要求引水道和压力管道水头损失之和必须小于水电站静水头的1/3五．尾水调压室：（其水位波动和上游调压室相反）工作原理：计算方法：（10—43）异同之处：1、调压室工作原理相同2、计算方法相同3、位置设置不同4、水位波动过程不同六．水锤波河调压室水位波动的比较1、管道水锤过程是波的传播，是水锤波以水体为介质进行传播，振幅大，变化快，往往在短时间内即消失。2、调压室水位波动主要是震荡波，是大量的水体在“水库—引水道—调压室”中做往复运动，特点是振幅小，变化慢，周期长往往长达几十秒到几百秒甚至更长时间。2