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。 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力渠道（為適應負荷變化，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設計。 水質要符合要求。渠道進口、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,運行安全可靠 防沖、防淤：渠道內水流速度要小于不沖流速而大于不淤流速，即：V淤V設V沖； 對渠道加設護面，減小糙率、防滲、防沖、防草、維護邊坡穩(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) 結構經濟合理，便于施工及運行,一、渠道的要求和類型,2、類型（水力特性） 非自動調節(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，通過渠道的全部流量泄向下游。,一、渠道的要求和類型,自動調節(jié)渠道 渠道首部和尾部堤頂?shù)母叱袒鞠嗤?，并高出上游最高水位，渠道斷面向下游逐漸加大，渠末不設泄水建筑物。 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，渠道水位是水平的，渠道不會發(fā)生漫流和棄水現(xiàn)象；QQmax為降水曲線。,二、渠道的水力計算,主要任務：根據(jù)設計流量，選定斷面尺寸、糙率、縱坡、和水深。 (1) 恒定流計算：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，可算得與其相對應的流量Q，從而作出hcQ 曲線，即曲線。 對于給定的渠首設計水深h1，利用水力學中非均勻流水面曲線的計算方法，可求出渠道通過不同流量時渠道末的水深h2 ，從而繪出h2Q曲線。,二、渠道的水力計算,根據(jù)渠末溢流堰的實際尺寸，按堰流公式可以得出渠末水深h2與溢流流量Qw的關系，即曲線。 這些曲線的關系及意義： 曲線與曲線 的交點N表示hn = h2 ，渠內發(fā)生均勻流。此時的流量相應于渠道的設計流量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C。此時的流量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、渠道的水力計算,水電站引用流量小于Qmax （即Qd）時，h2 hd ，渠中出現(xiàn)雍水曲線,渠末水位隨流量減小而上升。當水電站引用流量等于QA時，即曲線與堰頂高程線的交點A處，h2 = hw ，剛好不溢流。此時給出無棄水下的渠末最高水位。 引用流量更小時， h2 hw ，發(fā)生溢流。令通過水輪機的流量為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。 當水電站停止運行（即Qt =0 ）時，通過渠道的流量全部由溢流堰溢走，相應于曲線與曲線的交點B，這就是溢流堰在恒定流情況下的最大溢流流量Qwmax ，相應水位為恒定流下渠末最高水位。,二、渠道的水力計算,(2) 非恒定流計算(計算過程參考相關資料) 目的：研究水電站負荷變化因而引起流量改變引起的渠中水位和流速的變化。 內容： 計算水電站丟棄負荷時渠道涌波(最高水位),確定堤頂高程。 計算水電站增加負荷時渠道消落波(最低水位)，確定壓力管道進口高程。 水電站按日負荷圖工作時，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： 動能經濟計算方法?；驹恚?F(D)C水hwEEC火 F(D)C水hwEEC火 C水+C火=CminFe(D)為經濟斷面。 經濟流速法：初估計算時用。 渠道：1.52.0m/s；隧洞：4m/s左右； 壓力管道：57m/s。 Fe=Qmax/Ve,壓力前池與日調節(jié)池,壓力前池,壓力管道,一、壓力前池,壓力前池設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(池身及擴散段)：P131 (2) 進水室及其設備：與引水道的進水口類似，一般為墻式。P132 (3) 泄水建筑物：P132 (4) 排污、排冰、排冰設備：P132,壓力前池組成建筑物,一、壓力前池,3、布置 結合整個引水系統(tǒng)及廠房布置進行全面和綜合考慮。 前池整體布置時，應使水流平順，水頭損失最少，以提高水電站的出力和電能。 前池應盡可能靠近廠房，以縮短壓力管道的長度 前池應建在天然地基的挖方中。 注：選擇其位置時應特別注意地基穩(wěn)定與滲漏條件,二、日調節(jié)池,當引水渠道較長，且水電站擔任峰荷時（一日之內流量變化較大），常設日調節(jié)池。P133 日調節(jié)池與壓力前池之間的渠道按Qmax設計。日調節(jié)池以上的渠道可以按照較小的流量設計。 日調節(jié)池的運行：P133 日調節(jié)池應盡量靠近壓力前池。,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：P133,隧洞,三、發(fā)電隧洞路線選擇 隧洞線路直接影響其造價大小、施工難易、安全可靠程度以及工程效益。 線路選擇應綜合考慮進水口、調壓室、壓力管道以及廠房的位置，在認真勘測的基礎上擬定不同的方案，進行技術經濟比較后確定。 隧洞布置的總原則：洞線短、彎道少，沿線的工程地質、水文地質條件要好，并便于布置施工平洞。需要考慮以下因素：P133 (1) 地形條件 (2) 地質條件 (3) 施工條件 (4) 水力條件,隧洞,四、發(fā)電隧洞水力計算 恒定流計算（有壓）：研究隧洞斷面、引用流量及水頭損失之間的關系，以便確定隧洞尺寸，有壓按照曼寧公式計算。 非恒定流計算（有壓） 1) 求隧洞沿線最大內水壓力值，以確定襯砌的設計水頭； 2) 求隧洞沿線最小內水壓力線，洞頂各點高程應在最低壓坡線之下，并有1.52.0m壓力余幅，保證洞內不出現(xiàn)負壓。 注：有壓隧洞要避免出現(xiàn)時而無壓時而有壓的工作狀態(tài)； 無壓隧洞工作條件與渠道相似，水力計算內容也相同。,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-地質條件良好時； 馬蹄形-洞頂和兩側圍巖不穩(wěn)時； 高拱形-洞頂巖石很不穩(wěn)定時采用。 2斷面尺寸：動能經濟比較法和經濟流速法。原理與渠道相同。,隧洞照片,小 結,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。 渠道主要內容是布置要求、水力計算和斷面設計 有壓引水道主要是有壓隧洞，要了