水电站建筑物复习题

第一章 概论

一、 坝式水电站

用坝集中水头的电站成为坝式水电站，其特点有：

1、 2、 3、 4、 二、1、 2、 上；

3、 4、 5、 水头取决于坝高，相对较低；

引用流量较大，装机容量大，谁能利用较充分，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。

引水道式水电站

闸或低坝（无坝）取水，用人工引水道集中落差的电站称为引水道式水电站；

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，不需建高坝，综合利用价值较差

适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。

三、 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。

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）

1、 无压：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：进水口在最低水位一下，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。

采用有压还是无压通过方案经济比较选择。

二、 有压进水口的分类：

1、坝式进水口；

2、岸式进水口，又分：1）竖井式；2）岸墙式

3、塔式进水口

2.1竖井式进水口

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，竖井的顶部不知启闭机及操纵室，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，易于开挖平洞和竖井的情况。

2.2岸墙式进水口

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。

3.1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。

三、 闸门及启闭设备

A、 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；

适用要求：动水中快速（1~2min）关闭，静水中开启。

B、 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，引水道充水时用以排气；

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

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，使其有害泥沙在沉沙池中逐渐沉积。

六、 引水道

渠道非恒定流：当电站突然丢弃负荷和增加负荷时，水轮机的引用流量突然发生改变，渠道末端的流量也瞬时发生变化，但沿渠道中的水流却只能逐渐变化，这就是渠道的非恒定流；

渠道非恒定流计算的目的：研究水电站负荷变化时渠道中最高水位和最低水位。

有压隧洞水力计算为恒定流计算，目的时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。

七、 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，其功用：

1、 正常运行时把流量按要求均匀分配给压力管道，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；

3、 电站出力变化或事故时，排泄多余水量；

4、 防止引水道中杂物，冰凌与有害泥沙进入引水道。

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。

特点：1、坡度陡，内水压力大；2、承受水锤动水压力。

供水方式：1、单元供水；2、联合供水；3、分组供水。

第三章 压力管道总论及明钢管

一、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、 管道放空时通气孔失灵，而在管道内产生真空；

3、 管壁在外部的大气压力作用下，可能丧失稳定，管壁被压扁；

4、 厚度。

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

二、伸缩节的作用：

1、 使钢管沿轴线方向可以伸缩，以消除或者减少温度应力；

2、 可以适应微量的不均匀沉陷引起的钢管角变位；

3、 方便闸门拆装。

第四章 地下埋管

一、地下埋管的抗外压失稳 钢衬的外压失稳

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妥的，但常会使设计值过高，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，地下水位线一般不应超过地面；

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 分岔管

一、岔管按其加强方式和受力特点，可以分为以下结构形式：

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。

二、三梁岔管的基本原理：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无法平衡。设置加强结构来承受被切割掉的不平衡力。

第七章 有压引水系统非恒定流的物理现象及基本方程

水锤定义：当管道末端流量发生变化时，管道中压力也随之变化。

特点：随着流量的变化，压力有着显著变化。

水锤特性：

1） 水锤压力实际上使由于水流速度变化而产生的惯性力；

2） 管道传播；

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的形式沿

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）均要发生波的反射。

第九章 水锤及调节保证计算的解析方法

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≤2L/a,则水库发射波回到阀门之

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。

直接水锤产生的压力升高是相当巨大的，采取各种措施避免。

2、 间接水锤：如果水轮机调节时间Ts≥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波相叠加而成—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。

2.1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：

2.1.1第一项水锤:最大水锤压力出现在第一相末，称第一相水锤，常发生在管道较长的高水头电站。

2.1.2末项水锤 :最大水锤压力发生在阀门关闭终了的末项，也称为极限水锤，常发生在管道较短的低水头电站。

3、水锤类型的判断见P132图9-4.

4、水锤压力沿管长的分布见P139图9-12.

二、极限水锤无论是正、负水锤，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。

三、减小水锤压力的措施

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、减小压力管道中的流速

减低流速势必要加大管径，增加管道造价。

3、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）

4、选择合理的调节规律

中低水头电站，先快后慢；

高水头电站 ，先慢后快。

第十章 调压室

调压室是有压引水系统的平水建筑物

一、调压室的功用可归纳为：

1、反射水锤波，基本上避免了（或减小）压力管道传来的水锤波进入压力引水道。

2、减小了水锤压力（压力管道及厂房国税部分），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、水锤波和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。

三、调压室的基本类型和特点：P147图10-3

四、互动式调压室丢弃负荷时的水位变化过程。

五、求解调压室基本方程的方法

1、解析法

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、逐步积分法

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。

六、调压室水位波动稳定的两个条件

1、调压室断面F大于临界断面（式10-34 P157）

2、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（即式10-35）。调压室大波动稳定式以小波动稳定为条件的，小波动稳定不能保证，大波动必然不衰减。

七、尾水调压室的工作原理（图10-9 P161）

其水位波动和上游调压室相反

1、尾水调压室和上游调压室的比较：

1.1调压室工作原理相同；

1.2计算方法相同；

1.3设置位置不同；

1.4水位波动过程不同。

第十一章 厂房总论

水电站厂房从设备组成的系统可划分为：

1、水流系统：

水轮机及其进出水设备，包括压力管道，水轮机前的进水闸、蜗壳、水轮机、尾水管和尾水闸门等；

2、主机组及其附属设备系统，包括：1）主机组；2）机械控制设备系统；3）辅助设备系统；

3、电气控制设备系统：

3.1一次回路输变电设备：包括从水轮发电机引出线到输电线路之前的隔离开关、断路器、电流电压互感器和主变压器等。

3.2二次回路控制设备：机旁盘、励磁设备系统、控制室、各种互感器、表计、继电器、控制电缆、自动及运动装置、通讯即调度设备和直流系统设备等。

从书店站厂房的结构组成划分：

1、水平面上可分为主机室和装配厂；

2、垂直面上根据工程习惯，主厂房以发电机层楼板为界，分为上部结构和下部结构两部分。