搜索
绪论1、水力发电：利用河流中蕴藏的水能来生产电能。2、水电站：将水能转变成电能的设备和建筑物的综合体，是生产电能的企业。3、水电站厂房：水电站厂房是水能转变为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的场所4、厂区枢纽：又称厂房枢纽，指水电站主厂房、副厂房、引水道、尾水道、主变压器场、交通道路及行政和生活区建筑等组成的综合体。5、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，抽水蓄能和潮汐电站也是水电站的重要形式。6、组成水电站的建筑物：枢纽建筑物包括挡水建筑物、泄水泄沙建筑物、过坝建筑物发电建筑物包括输水建筑物（引水建筑物、进水建筑物、平水建筑物）、厂房建筑物（厂房、厂房枢纽）第二章进水口及引水建筑物1、进水口的任务及要求任务：引进发电水流；要求：有必要的进水能力、水质符合发电要求、水头损失小、流量可按要求控制、施工安装运行检修方便。2、进水口是水电站水流的进口，按水流条件分为有压式进水口和无压式进水口3、无压式进水口（开敞式进水口）常设于凹岸，一般正面排沙，侧面进水，进水闸轴线与冲沙闸轴线交角宜在35~45之间。4、有压式进水口（深式进水口、潜没式进水口）有压进水口的位置、高程及轮廓尺寸原则运行时应能保证流向进水口的水流平顺、对称、不产生回流和漩涡、不产生淤积和聚集污物等，泄洪时仍能正常进水，进水口接压力隧道，应与洞线布置协调一致选择较好的地形地质水流条件。有压进水口顶部高程低于最低死水位，并有一定的淹没深度，底部应高于水库的设计淤积高程0、5~1、0m以上。有压进水口沿水流方向可分为进口段（链接拦污栅与闸门段）、闸门段（是进口段和渐变段的连接段，闸门及启闭设备在此布置）、渐变段（通常采用圆角布置，其长度一般为隧洞直径的1.5~2倍，测角收缩率6~8一般不超过10）三部分有压进水口的主要设备：拦污设备（布置：平面倾斜，倾角一般为60~70适用于压力式和隧洞式；平面直立适用于塔式、坝式；多边形适用于坝式进水口。结构：支撑结构、栅片结构尺寸为4.5*2.5m。设计：过栅流速V《1m/s；拦污栅与进水口的间距不小于洞径或管道直径；设计荷载按4~5m水头水压力设计超过自动停机。定期清污人工、机械）、闸门及启闭设备分为工作闸门（也叫事故闸门作用：紧急情况下切断水流，以防事故扩大。运行条件：动水中关闭，静水中开启。布置方式：一般为平板门，一孔一门一机固定卷扬启闭机）和检修闸门（作用：设在工作闸门上游侧，检修事故闸门和门槽堵水。运行要求：静水中启闭。布置方式：几个进水口共用一套检修闸门）、通气孔（位置：有压进水口事故闸门后。作用：排气补气，充水排气，排水补气）、充水阀（作用：在闸门开启前将压力引水系统充满水，使闸门能在静水压中开启以减小启闭门有压进水口的主要类型可分为隧洞式、压力墙式、塔式和坝式四种。（1）隧洞式进水口：坡度适中，地质好，易于开挖的平洞或竖井情况（2）压力墙式进水口：地形陡，地质差，不宜挖井的情况（3）塔式进水口：地形缓，地质差（4）坝式进水口：混凝土混凝土重力坝坝后式厂房，坝内式厂房和河床式厂房。沉沙池1、位置：无压进水口之后、引水道之前2、工作原理：加大过水断面，减小水流流速及其挟沙能力，使其有害泥沙沉淀，将清水引入引水到3、设计要点：池中平均流速0.25~0.7m/s4、排沙方式：连续排沙、定期排沙；排沙方法：水流冲沙、水力机械排沙或机械排沙引水道1、引水道形式可分为无压引水道和有压引水道2、引水道的设计要求：有足够的输水能力、水质符合要求、减少水头损失3、渠道（水电站的引水渠称为动力渠道）渠道的基本要求：有足够的输水能力、水质符合要求、运行安全可靠、结构经济合理便于施工及运行渠道的基本类型：非自动调节渠道（特征渠顶大致平行渠底，渠道的深度沿途不变，在渠道末端的压力前池中设溢流堰，适用于引水道较长坡度较缓的地形对下游有供水要求）、自动调节渠道（特征渠道首部与尾部堰顶高程基本相同，并高出上有最高水位，渠道断面向下游不断加大，渠末不设泄水建筑物适用于渠道不长底坡较缓上游水位变化不大的情况）当水电站引用流量发生变化时，由渠道末端的泄水建筑物控制渠内水位变化和宣泄水量，并运用渠首闸门控制流量的渠道称为非自动调节渠道。当水电站引用流量发生变化时，可由渠道自身调节渠道内水深和水面比降，不必运用渠首闸门控制流量的渠道成为自动调节渠道。渠道的线路选择：渠线尽量短而直（转弯时有衬砌渠道的转弯半径不宜小于渠道水面宽的2.5倍，无衬砌的土渠不宜小于水面宽的5倍）、选择低质量好的地段、渠线应尽量提高，以获得较大落差。4、隧洞隧洞的类型从功用上分为引水隧洞和尾水隧洞，从工作条件上分为有压隧洞和无压隧洞隧洞布置的总原则：洞线断弯道少、地形条件好、地质条件好、施工条件好、水利条件好隧洞的设计：非恒定流洞顶个高程应在最低压坡线之下，并有1.5~2m压力余幅。转弯半径不得小于5倍开挖宽，高度不小于1.5m，直径不小于1.8m隧洞的断面形式：有压隧洞采用圆形断面、无压隧洞（城门形、马蹄形、蛋形、高拱形）5、压力前池1.压力前池的作用：平稳水压平衡水量、均匀分配水量、宣泄多余水量、拦阻污物和泥沙2.压力前池的组成建筑物：前室、进水室、泄水建筑物、放水和冲砂设备、拦冰和排冰设备3.压力前池的布置原则：结合整个引水系统及厂房综合考虑、应使水流平顺水头损失最小、尽可能靠近厂房、尽可能建在天然地基的挖方中第三章压力管道及明钢管压力管道1、压力管道的功用：从水库或压力前池或调压室向水轮机输送水量2、压力管道的分类：按材料分（钢管、钢筋混凝土管、钢衬钢筋混凝土管）、按构造分（明管、地下埋管、坝内埋管、回填管、坝后背管）3、压力管道的供水方式：单元供水（一管一机不设下阀门。优点：结构简单工作可靠灵活性好易于制作。缺点：造价高。适用于：单机流量大长度短的地下埋管或明管，混凝土坝内管道和明管道）、联合供水（一根主管向多台机组供水设下阀门。优点：造价低。缺点：结构复杂灵活性差。适用于：机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管或明管。一根压力水管供水的机组台数不超过四台）、分组供水（设多跟主管每根主管向数台机组供水设下阀门。适用于压力水管较长、机组台数多、单机流量小的情况多为地下埋管和明管）4、压力管道的直径选择：动能经济法、经验公式法、经济流速法5~7m/s5、压力钢管的机械性能要求：强度高、塑性好、可焊性好6、压力钢管的加工性能要求：焊接性能好、冷加工塑性变形小、加工后无残余应力、焊缝和热影响去不产生裂纹压力钢管的设施和构造1、压力钢管的闸门及阀门一般应考虑管线的长短和供水方式2、主阀的形式：闸阀、蝴蝶阀（优点：启闭力小操作方便迅速体积小重量轻造价低。缺点：开启状态时阀体对水流有扰动水头损失大关阀状态止水不严。只能在完全开启的状态下工作，动水中关闭，静水中开启）、球阀（优点：开启状态时没有水头损失止水严密能承受高压。缺点：结构复杂尺寸重量大造价高。适用于：高水头电站）3、压力钢管的管身构造分为：无缝钢管（国内D《60cm国外D《120cm适用于高水头小流量电站）、焊接管（焊缝交错排列避开两个中心轴，相邻管壁厚差《2mm。适用于各种直径水头造价低）、箍管（最小壁厚r》D/800+4mm或r》6mm）4、压力管道布置的基本原则：尽量选择短而直的路线转弯半径不小于3倍的洞直径、尽量选择良好的地质条件、尽量减少管道的起伏波折避免出现反破（管道的任何地方的顶部应在最低压力线至少2m以下，管底高于地面至少0.6m）、明钢管首部应设置事故闸门并考虑设置事故排水和防冲设施5、明管布置的管道与主厂房的关系：正向进水、斜向进水、纵向进水6、明钢管的敷设方式：分段式：在相邻两镇墩之间设置伸缩节，当温度变化时，管段可沿管轴线方向移动，因而消除了管壁中的温度应力。明钢管大都采用此种敷设方式。连续式：两镇墩间的管身连续敷设，中间不设伸缩节，不能移动，温度应力大。这种方式在一定条件下可能是经济合理的。但我国很少采用。7、明钢管的支撑方式：镇墩（作用：固定钢管，承受因水管改变方向而产生的轴向不平衡力。布置在水管转弯处，直线段不超过150m。在此处不产生任何位移。类型分为封闭式（应用广泛结构简单节约钢材固定效果好、开敞式（采用较少易于检修受力不均）。）支墩（作用：承受水重和管重的法向应力，容许水管轴向自由移动。布置间距6~10m当D特别大时取3m。类型：滑动式支座（形鞍包角在90~120之间，摩擦力大支撑部位受力不均匀适用于D《1m。支承环形摩擦力小受力均匀适用于D《2m）、滚动式（摩擦力小适用于D》2m）、摆动式（摩擦力很小适用于D》2m）镇墩和支墩结构分析1、镇墩的外包混凝土不宜小于管径的0.4~0.8倍，埋深应在冰冻线以下1m，对于岩基不少于0.5m。承受明管传递来的轴向力（主要外荷载）、剪力、弯矩。抗滑、抗倾覆稳定和地基承载能力计算。2、支墩同上。抗滑、抗倾覆稳定和地基承载能力校核3、伸缩节的作用减少温度应力，适应少量的不均匀沉陷或变形。位于上支墩的下游侧。有套筒式、波纹密封套筒式、压盖式限拉、波纹管作用在钢管及镇墩上的力1、作用在钢管及镇墩上的荷载种类：轴向力、径向力（内水压力）、法向力（水重+管重的法向分力）2、明钢管应力分析的四个基本断面：跨中断面（只有弯矩作用，弯矩最大）、支承环附近断面（弯矩剪力共同作用算最大值）、加劲环及其旁管壁（局部应力）、支承环及其旁管壁（存在弯矩和剪力作用有局部应力）明钢管的外压失稳1、现象：管道内部产生真空或负压时，管壁在大气压的作用下丧失稳定关闭被压瘪2、原因：机组运行过程中因负荷变化产生的负击、管道放空时通气孔失灵产生真空3、措施：在管壁上增加加劲环提高管壁的刚度、增加管壁厚度。4、加劲环断面的外压失稳的要求：加劲环断面本身不失稳、加劲环断面的压应力小于材料的容许值通气阀作用当阀门紧急关闭时向管内充气以消除管中负压，水管充水时排出管中空气，位于进水阀门之后进人孔作用检修闸门，位于钢管上方或侧面，直径不小于45cm孔径的元或45*50cm的椭圆，间距100m旁通阀作用：阀门前后平压后开启，减少启闭力，设在水轮机进水阀门处排水管作用：在检修闸门时用于排出管中积水和渗漏水，设在压力钢管的最低处压力钢管的设计步骤：线路选择、管径确定、管道布置及附件设计、水力计算、压力钢管结构设计、校核地基稳定及地基应力第四章地下埋管优点：1布置灵活方便;2钢管与围岩共同承担内水压力；3运行安全（维护简单，超能力大）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；2、外压稳定问题突出。供水方式：多采用联合供水地质条件：保证上覆岩层稳定，留有足够的岩石厚度布置方式：竖井：首部式开发的地下电站，竖井开挖、钢管安装、混凝土回填自下而上进行。斜井：地面和地下厂房，采用最多，倾角大于45度或不小于35度（自上而下）平洞：作为过渡段适用。影响钢衬应力因素：围岩的弹性模量、初始缝隙、总缝隙钢衬的外压荷载：地下水压力、钢衬与混凝土之间接缝灌浆压力、回填混凝土时流态混凝土压力埋管与明钢管外压下失稳的重要区别：埋管钢衬的临界压力与材料的屈服强度和初始缝隙值直接有关防止埋管钢衬受外压失稳措施：1、降低地下水压力，是根本办法。排水廊道结合排水孔。2、精心施工做好钢衬和混凝土之间的灌浆，减小缝隙。3、常采用增加加劲环或锚片的方法提高稳定性和在运输施工时增加钢衬的刚度。第五章混凝土坝体压力管道1、混凝土坝体压力管道的优点：结构紧凑，引水长度最短，水头损失小，机组调节保证好造价低运行管理及集中方便；缺点：管道安装会干扰坝体施工，坝内埋管空腔削弱坝体，使坝体应力恶化。适用于混凝土坝坝式水电站2、混凝土坝体压力管道的布置方式：坝内埋管、坝体上游面钢管、坝体下游面钢管3、坝内埋管的特点：管道穿过混凝土坝体，全部埋在坝体内。坝内埋管的布置原则：尽量缩短管道长度、减少管道空腔对坝体应力的不利影响、减少管道对坝体施工的干扰并有利于管道的安装和施工坝内埋管的布置形式：1立面上采用倾斜式布置（管轴线与下游坝面近于平行并尽量靠近下游坝面。优点