水電站建筑物-第二章-引水道.ppt

第三章,水電站的引水道渠道及隧洞,引水道,功用： 集中落差，形成水頭，輸送水量到水輪機(jī)。 用作尾水渠，將發(fā)電以后的水排到下游河道。 類型: 無壓引水道：渠道(channel)、無壓隧洞(free flow tunnel)。具有自由水面，引水道承受的水壓力不大。適用于無壓引水電站。 有壓引水道：有壓隧洞(pressure tunnel)。洞中水流為壓力流，隧洞承受內(nèi)水壓力很大。適用有壓引水電站,渠 道,一、渠道的要求和類型,水電站的引水渠道稱為動(dòng)力渠道（為適應(yīng)負(fù)荷變化，Q、H在不斷變化非恒定流) 1、要求： 有一定的輸水能力。按水電站的Qmax設(shè)計(jì)。 水質(zhì)要符合要求。渠道進(jìn)口、沿線及渠道末端都要采取攔污、防沙、排沙措施。,一、渠道的要求和類型,運(yùn)行安全可靠 防沖、防淤：渠道內(nèi)水流速度要小于不沖流速而大于不淤流速，即：V淤V設(shè)V沖； 對渠道加設(shè)護(hù)面，減小糙率、防滲、防沖、防草、維護(hù)邊坡穩(wěn)定，保證電站出力 ； 防草：維持渠道中的水深大于1.5m及流速大于0.6m/s可抑制水草的生長； 防凌:尤其是北方地區(qū) 結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理，便于施工及運(yùn)行,一、渠道的要求和類型,2、類型（水力特性） 非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道 渠頂大致平行渠底，渠道的深度沿途不變，在渠道末端的壓力前池中設(shè)溢流堰。 適用：引水道較長，對下游有供水要求。 溢流堰作用：限制渠末水位；保證向下游供水。 當(dāng)水電站引用流量Q =Qmax，壓力前池水位低于堰頂；QQmax, 水位超過堰頂, 開始溢流；Q =0時(shí)，通過渠道的全部流量泄向下游。,一、渠道的要求和類型,自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道 渠道首部和尾部堤頂?shù)母叱袒鞠嗤⒏叱錾嫌巫罡咚?，渠道斷面向下游逐漸加大，渠末不設(shè)泄水建筑物。 適用：渠道不長，底坡較緩，上游水位變化不大的情況。 水電站引用流量Q = 0時(shí)，渠道水位是水平的，渠道不會(huì)發(fā)生漫流和棄水現(xiàn)象；QQmax為降水曲線。,二、渠道的水力計(jì)算,主要任務(wù)：根據(jù)設(shè)計(jì)流量，選定斷面尺寸、糙率、縱坡、和水深。 (1) 恒定流計(jì)算：確定底坡、橫斷面尺寸等（P129） 對于給定的渠道斷面形狀、底坡及糙率，利用謝才公式可求出均勻流下正常水深hn與流量Q之間的關(guān)系曲線，即圖7-2中曲線。 根據(jù)給定的斷面，假定一系列臨界水深hc，可算得與其相對應(yīng)的流量Q，從而作出hcQ 曲線，即曲線。 對于給定的渠首設(shè)計(jì)水深h1，利用水力學(xué)中非均勻流水面曲線的計(jì)算方法，可求出渠道通過不同流量時(shí)渠道末的水深h2 ，從而繪出h2Q曲線。,二、渠道的水力計(jì)算,根據(jù)渠末溢流堰的實(shí)際尺寸，按堰流公式可以得出渠末水深h2與溢流流量Qw的關(guān)系，即曲線。 這些曲線的關(guān)系及意義： 曲線與曲線 的交點(diǎn)N表示hn = h2 ，渠內(nèi)發(fā)生均勻流。此時(shí)的流量相應(yīng)于渠道的設(shè)計(jì)流量Qd。 若水電站引用流量大于Qd ，h2 hn ，渠中出現(xiàn)降水曲線,且隨著引用流量的增加， h2迅速減小。 h2的極限值是臨界水深hc，即曲線與曲線的交點(diǎn)C。此時(shí)的流量Qc為給定渠道渠首水深h1下渠道的極限過水能力。但是一般情況下，水電站的最大引用流量Qmax并不取Qc而是取Qd ，原因見P130。,二、渠道的水力計(jì)算,水電站引用流量小于Qmax （即Qd）時(shí)，h2 hd ，渠中出現(xiàn)雍水曲線,渠末水位隨流量減小而上升。當(dāng)水電站引用流量等于QA時(shí)，即曲線與堰頂高程線的交點(diǎn)A處，h2 = hw ，剛好不溢流。此時(shí)給出無棄水下的渠末最高水位。 引用流量更小時(shí)， h2 hw ，發(fā)生溢流。令通過水輪機(jī)的流量為Qt ，溢流流量為Qw ，通過渠道的流量為Qt + Qw ，渠末水位h2可由圖中曲線查出。 當(dāng)水電站停止運(yùn)行（即Qt =0 ）時(shí)，通過渠道的流量全部由溢流堰溢走，相應(yīng)于曲線與曲線的交點(diǎn)B，這就是溢流堰在恒定流情況下的最大溢流流量Qwmax ，相應(yīng)水位為恒定流下渠末最高水位。,二、渠道的水力計(jì)算,(2) 非恒定流計(jì)算(計(jì)算過程參考相關(guān)資料) 目的：研究水電站負(fù)荷變化因而引起流量改變引起的渠中水位和流速的變化。 內(nèi)容： 計(jì)算水電站丟棄負(fù)荷時(shí)渠道涌波(最高水位),確定堤頂高程。 計(jì)算水電站增加負(fù)荷時(shí)渠道消落波(最低水位)，確定壓力管道進(jìn)口高程。 水電站按日負(fù)荷圖工作時(shí)，渠道中水位及流速變化過程，以研究水電站的工作情況。,三、渠道的斷面尺寸,(1) 斷面型式：一般為梯形。 (2) 斷面尺寸： 動(dòng)能經(jīng)濟(jì)計(jì)算方法。基本原理： F(D)C水hwEEC火 F(D)C水hwEEC火 C水+C火=CminFe(D)為經(jīng)濟(jì)斷面。 經(jīng)濟(jì)流速法：初估計(jì)算時(shí)用。 渠道：1.52.0m/s；隧洞：4m/s左右； 壓力管道：57m/s。 Fe=Qmax/Ve,壓力前池與日調(diào)節(jié)池,壓力前池,壓力管道,一、壓力前池,壓力前池設(shè)置在引水渠道或無壓隧洞的末端，是水電站引水建筑物與壓力管道的連接建筑物。 1、作用： (1) 平穩(wěn)水壓、平衡水量。 (2) 均勻分配流量。 (3) 渲泄多余水量。 (4) 攔阻污物和泥沙。,一、壓力前池,2、組成： (1) 前室(池身及擴(kuò)散段)：P131 (2) 進(jìn)水室及其設(shè)備：與引水道的進(jìn)水口類似，一般為墻式。P132 (3) 泄水建筑物：P132 (4) 排污、排冰、排冰設(shè)備：P132,壓力前池組成建筑物,一、壓力前池,3、布置 結(jié)合整個(gè)引水系統(tǒng)及廠房布置進(jìn)行全面和綜合考慮。 前池整體布置時(shí)，應(yīng)使水流平順，水頭損失最少，以提高水電站的出力和電能。 前池應(yīng)盡可能靠近廠房，以縮短壓力管道的長度 前池應(yīng)建在天然地基的挖方中。 注：選擇其位置時(shí)應(yīng)特別注意地基穩(wěn)定與滲漏條件,二、日調(diào)節(jié)池,當(dāng)引水渠道較長，且水電站擔(dān)任峰荷時(shí)（一日之內(nèi)流量變化較大），常設(shè)日調(diào)節(jié)池。P133 日調(diào)節(jié)池與壓力前池之間的渠道按Qmax設(shè)計(jì)。日調(diào)節(jié)池以上的渠道可以按照較小的流量設(shè)計(jì)。 日調(diào)節(jié)池的運(yùn)行：P133 日調(diào)節(jié)池應(yīng)盡量靠近壓力前池。,隧洞,一、發(fā)電隧洞類型 (1) 從功用上劃分： 分為引水隧洞和尾水隧洞； (2) 從工作條件劃分： 分為有壓隧洞和無壓隧洞。 發(fā)電引水隧洞多數(shù)是有壓的，尾水隧洞則以無壓洞居多。 二、發(fā)電隧洞具有的優(yōu)點(diǎn)：P133,隧洞,三、發(fā)電隧洞路線選擇 隧洞線路直接影響其造價(jià)大小、施工難易、安全可靠程度以及工程效益。 線路選擇應(yīng)綜合考慮進(jìn)水口、調(diào)壓室、壓力管道以及廠房的位置，在認(rèn)真勘測的基礎(chǔ)上擬定不同的方案，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。 隧洞布置的總原則：洞線短、彎道少，沿線的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件要好，并便于布置施工平洞。需要考慮以下因素：P133 (1) 地形條件 (2) 地質(zhì)條件 (3) 施工條件 (4) 水力條件,隧洞,四、發(fā)電隧洞水力計(jì)算 恒定流計(jì)算（有壓）：研究隧洞斷面、引用流量及水頭損失之間的關(guān)系，以便確定隧洞尺寸，有壓按照曼寧公式計(jì)算。 非恒定流計(jì)算（有壓） 1) 求隧洞沿線最大內(nèi)水壓力值，以確定襯砌的設(shè)計(jì)水頭； 2) 求隧洞沿線最小內(nèi)水壓力線，洞頂各點(diǎn)高程應(yīng)在最低壓坡線之下，并有1.52.0m壓力余幅，保證洞內(nèi)不出現(xiàn)負(fù)壓。 注：有壓隧洞要避免出現(xiàn)時(shí)而無壓時(shí)而有壓的工作狀態(tài)； 無壓隧洞工作條件與渠道相似，水力計(jì)算內(nèi)容也相同。,隧洞,五、發(fā)電隧洞的斷面尺寸 1斷面型式 有壓隧洞：圓形斷面。 無壓隧洞：城門洞形-地質(zhì)條件良好時(shí)； 馬蹄形-洞頂和兩側(cè)圍巖不穩(wěn)時(shí)； 高拱形-洞頂巖石很不穩(wěn)定時(shí)采用。 2斷面尺寸：動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較法和經(jīng)濟(jì)流速法。原理與渠道相同。,隧洞照片,小 結(jié),1水電站引水道的功用是集中落差，形成水頭，輸送水流。 引水道分無壓和有壓兩類。無壓引水道常用渠道或無壓隧洞，適用于無壓引水電站。 渠道主要內(nèi)容是布置要求、水力計(jì)算和斷面設(shè)計(jì) 有壓引水道主要是有壓隧洞，要了