水電站建筑物

一.壩式水電站1.河床式水電站：葛洲壩、富春江電站等2.壩后式水電站：三峽、丹江口、新安江電站等二.引水式水電站1.無壓引水式電站2.有壓引水式電站一：河床式水電站一般修建在河道中下游縱坡平緩的河段上，為避免大量淹沒，建低壩或閘適用水頭：大中型：25米以下，小型：8~10米以下特點(diǎn)：廠房和擋水壩并排建在河床中，共同擋水；引用流量大、水頭低廠房高度取決于水頭的高低注：廠房本身起擋水作用是河床式水電站的主要特征二：壩后式水電站當(dāng)水頭較大時(shí)，廠房本身抵抗不了水的推力，將廠房移到壩后，由大壩擋水水頭取決于壩高特點(diǎn)：壩后式水電站一般修建在河流的中上游；庫容較大，調(diào)節(jié)性能好舉世矚目的三峽水電站就是壩后式水電站，其裝機(jī)容量為1820萬千瓦三：混合式水電站由壩和引水道分別集中一部分水頭，電站的總水頭等于這兩部分之和適用于上游有優(yōu)良壩址，適宜建庫，而緊接水庫以下河道突然變陡或河流有較大的轉(zhuǎn)彎同時(shí)兼有壩式和引水式水電站的優(yōu)點(diǎn)在工程中多稱為引水式水電站四：水電站廠房的基本類型(一)根據(jù)廠房與擋水建筑物的相對位置及其結(jié)構(gòu)特征，可分為三種基本類型1．壩后式廠房特征：廠房位于攔河壩的下游，緊接壩后，在結(jié)構(gòu)上與大壩用永久縫分開，發(fā)電用水由壩內(nèi)高壓管道引入廠房。壩后式廠房還可以變化為：挑越式廠房、溢流式廠房、壩內(nèi)式廠房五、發(fā)電建筑物進(jìn)水建筑物：進(jìn)水口、沉沙池引水建筑物：引水道、壓力管道、尾水道平水建筑物：前池、調(diào)壓室廠區(qū)樞紐：主廠房、副廠房、變電站、開關(guān)站等第二節(jié)有壓進(jìn)水口的類型和適用條件洞式進(jìn)水口墻式進(jìn)水口塔式進(jìn)水口壩式進(jìn)水口一、隧洞式進(jìn)水口特征：在隧洞進(jìn)口附近的巖體中開挖豎井，井壁一般要進(jìn)行襯砌，閘門安置在豎井中，豎井的頂部布置啟閉機(jī)及操縱室，漸變段之后接隧洞洞身。適用：工程地質(zhì)條件較好，巖體比較完整，山坡坡度適宜，易于開挖平洞和豎井的情況二、墻式進(jìn)水口特征：進(jìn)口段、閘門段和閘門豎井均布置在山體之外，形成一個(gè)緊靠在山巖上的單獨(dú)墻式建筑物，承受水壓及山巖壓力。要有足夠的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。適用：地質(zhì)條件差，山坡較陡，不易挖井的情況三、塔式進(jìn)水口特征：進(jìn)口段、閘門段及其一部框架形成一個(gè)塔式結(jié)構(gòu)，聳立在水庫中，塔頂設(shè)操縱平臺和啟閉機(jī)室，用工作橋與岸邊或壩頂相連。塔式進(jìn)水口可一邊或四周進(jìn)水。適用：當(dāng)?shù)夭牧蠅?、進(jìn)口處山巖較差、岸坡又比較平緩二、閘門及啟閉設(shè)備1.工作閘門(事故閘門)(emergencygate)作用：緊急情況下切斷水流，以防事故擴(kuò)大。運(yùn)用要求：動(dòng)水中快速(1~2min)關(guān)閉，靜水中開啟。布置方式：一般為平板門。一口、一門、一機(jī)(固定卷揚(yáng)啟閉機(jī))，以便隨時(shí)操作。2.檢修閘門(bulkheadgate)：作用：設(shè)在工作閘門上游側(cè)，檢修事故閘門和及其門槽時(shí)用以堵水。運(yùn)用要求：靜水中啟閉。布置方式：平板閘門，幾個(gè)進(jìn)水口共用一套檢修閘門，啟閉可用移動(dòng)式或臨時(shí)啟閉設(shè)備，平時(shí)檢修閘門存放在儲門室內(nèi)。壓力管道作業(yè)壓力水管的供水方式、引進(jìn)方式、敷設(shè)方式有哪幾種?各自的特點(diǎn)是什么?鎮(zhèn)墩、支墩的作用是什么?各有幾種類型？簡述鎮(zhèn)墩、支墩的設(shè)計(jì)步驟。簡述露天壓力鋼管設(shè)計(jì)步驟。三、供水方式1．單元供水：一管一機(jī)。不設(shè)下閥門。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單(無岔管)、工作可靠、靈活性好，易于制作，無岔管缺點(diǎn)：造價(jià)高適用：(1)單機(jī)流量大、長度短的地下埋管或明管；(2)混凝土壩內(nèi)管道和明管道2．聯(lián)合供水：一根主管，向多臺機(jī)組供水。設(shè)下閥門。優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜（岔管）、靈活性差適用：機(jī)組少、單機(jī)流量小、引水道長的地下埋管和明管3.分組供水：設(shè)多根主管，每根主管向數(shù)臺機(jī)組供水。設(shè)下閥門。適用：壓力水管較長，機(jī)組臺數(shù)多，單機(jī)流量較小的情況。地下埋管和明管.二、壓力管道引進(jìn)廠房的方式正向引近：低水頭電站。水流平順、水頭損失小，開挖量小、交通方便。鋼管發(fā)生事故時(shí)直接危機(jī)廠房安全。縱向引近：高、中水頭電站。避免水流直沖廠房。斜向引近：分組供水和聯(lián)合供水。(a)、(b)正向引進(jìn)(c)、(d)縱向引進(jìn)(e)斜向引進(jìn)二、壓力管道直徑的選擇動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較法：基本原理與渠道相同(要考慮流速、水擊壓力的影響)，擬定幾個(gè)直徑，進(jìn)行動(dòng)能經(jīng)濟(jì)計(jì)算，比較確定最優(yōu)經(jīng)濟(jì)直徑。經(jīng)驗(yàn)公式法：簡化條件推導(dǎo)公式。精度較低，初步設(shè)計(jì)時(shí)采用Qmax——壓力管道設(shè)計(jì)流量，H—設(shè)計(jì)水頭經(jīng)濟(jì)流速法：壓力管道的經(jīng)濟(jì)流速一般為4~6m/s，最大不超過7m/s，Ae=Qmax/Ve二、鎮(zhèn)墩(anchorblock)功用：固定鋼管，承受因水管改變方向而產(chǎn)生的軸向不平衡力。水管在此處不產(chǎn)生任何位移。布置：在水管轉(zhuǎn)彎處，直線段不超過150m。類型：一般由混凝土澆制，靠自重維持穩(wěn)定。封閉式：應(yīng)用廣泛。結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約鋼村，固定效果好。開敞式：采用較少。易于檢修，但受力不均勻。三、支墩(support)功用：承受水重和管重的法向分力。相當(dāng)于連續(xù)梁的滾動(dòng)支承，允許水管在軸向自由移動(dòng)(溫度變化時(shí))。布置：間距L=6~12m，D特別大時(shí)，L取3m。L小→M、Q小→支墩造價(jià)高。類型：滑動(dòng)式、滾動(dòng)式、擺動(dòng)式(1)蝴蝶閥(ButterflyValve)優(yōu)點(diǎn)：啟閉力小，操作方便迅速，體積小,重量輕，造價(jià)低。缺點(diǎn)：開啟狀態(tài)時(shí)，閥體對水流有擾動(dòng)，水頭損失較大；關(guān)閉狀態(tài)止水不嚴(yán)。動(dòng)水中關(guān)閉，在靜水中開啟第七節(jié)管身應(yīng)力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼管管壁厚度估算鍋爐公式初擬管壁厚度根據(jù)規(guī)范要求，焊縫系數(shù)φ一般取為0.9~0.95，允許應(yīng)力取鋼管材料允許應(yīng)力的75%~85%?？紤]鋼管運(yùn)行期間的銹蝕、磨損及鋼板厚度誤差，δ實(shí)際=δ+2mm（銹蝕厚度）在實(shí)際工程中，考慮到制造、運(yùn)輸、安裝等條件，必須保持一定的剛度，因而需要限制管壁的最小厚度δmin。δmin一般取為D/800+4(mm)，且不宜小于6mm例：某水電站裝機(jī)容量為4000KW，單機(jī)容量為2000KW，明鋼管布置方式為單元供水，鋼管最大流量為10m3/s，水電站的設(shè)計(jì)水頭為235.5m（包括水錘壓力）。鋼管屈服極限強(qiáng)度為請初步確定壓力鋼管的管徑和厚度，并判斷是否加剛性環(huán)。四、地面壓力鋼管的設(shè)計(jì)步驟1、線路選擇：選擇幾個(gè)方案，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。2、管徑確定：通過動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較，確定經(jīng)濟(jì)直徑。3、管道布置及附件設(shè)計(jì)：鎮(zhèn)墩、支墩、伸縮節(jié)、進(jìn)人孔、閥門4、水力計(jì)算：(1)恒定流：確定鋼管在不同流量下的水頭損失(2)非恒定流：水電站在工況發(fā)生變化時(shí)，鋼管的水擊壓力。5、壓力鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)初步擬定管壁厚度(考慮銹蝕厚度)；(2)根據(jù)管壁厚度用光滑管外壓穩(wěn)定計(jì)算公式進(jìn)行外壓穩(wěn)定校核，如果不穩(wěn)定設(shè)置加勁環(huán)(也可用支承環(huán)代替)，并選定其間距；(3)根據(jù)加勁環(huán)抗外壓穩(wěn)定和橫斷面壓應(yīng)力小于允許值的要求，確定加勁環(huán)的尺寸；(4)進(jìn)行強(qiáng)度校核，如果不滿足要求則增加管壁厚度或縮小加勁環(huán)間距。在重復(fù)上面的步驟，直到滿足要求。6、校核鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定及地基應(yīng)力。第九節(jié)混凝土壩體壓力管道按布置方式可以分為三種：壩內(nèi)埋管，壩體下游面管道，壩上游面管道作業(yè)題1、什么叫直接水擊?其計(jì)算公式是什么?直接水擊壓強(qiáng)的大小與哪些因素有關(guān)?2、什么叫間接水擊?什么叫第一相水擊和末相水擊?第一相水擊和末相水擊各適用什么樣水頭的電站？它們簡單判別的方法是什么?它們各采用什么樣的閥門關(guān)閉規(guī)律？它們沿管長分布規(guī)律是怎樣的?3、有一長400m的水輪機(jī)管道，直接自水庫引水，閥門原為全開，管道流速4.5m/s，若H0=150m，C=1000m/s。（1）閥門在0.5s中全部關(guān)閉，求最大水擊壓力。（2）閥門在3.2s中按直線關(guān)閉，求最大水擊壓力1、直接水錘如果水輪機(jī)調(diào)節(jié)時(shí)間Ts≤2L/c，則水庫反射波回到閥門之前開度變化已經(jīng)結(jié)束，閥門處只受開度變化直接引起的水錘波的影響——稱為直接水錘計(jì)算直接水錘壓力的公式：二、水錘特性水錘壓力實(shí)際上是由于水流速度變化而產(chǎn)生的慣性力。當(dāng)突然啟閉閥門時(shí)，由于啟閉時(shí)間短、流量變化快，因而水錘壓力往往較大，而且整個(gè)變化過程是較快的。由于管壁具有彈性和水體的壓縮性，水錘壓力將以彈性波的形式沿管道傳播。摩擦阻力的存在造成能量損耗，水錘波將逐漸衰減水錘波同其它彈性波一樣，在波的傳播過程中，在外部條件發(fā)生變化處(即邊界處)均要發(fā)生波的反射。其反射特性(指反射波的數(shù)值及方向)決定于邊界處的物理特性。注：水錘波在管中傳播一個(gè)來回的時(shí)間tr=2L/c，稱之為“相”，兩個(gè)相為一個(gè)周期2tr=T。3.開度依直線變化的水錘簡化計(jì)算第一相水錘計(jì)算的簡化公式關(guān)閉閥門時(shí) 開啟閥門時(shí)極限水錘計(jì)算簡化公式當(dāng)水錘壓強(qiáng)≤0.5時(shí)，可得到更為簡化的近似公式水錘壓強(qiáng)的上升速度與閥門的關(guān)閉速度成正比，最大壓強(qiáng)出現(xiàn)在關(guān)閉速度較快的那一時(shí)段末尾。從圖中可以看出，關(guān)閉規(guī)律Ⅰ較為合理，最不利的是規(guī)律Ⅲ。在高水頭電站中常發(fā)生第一相水錘，可以采取先慢后快的非直線關(guān)閉規(guī)律，以降低第一相水錘值；在低水頭水電站中常發(fā)生極限水錘，可采取先快后慢的非直線關(guān)閉規(guī)律，以降低末相水錘值。(一)極限水錘壓力的分布規(guī)律理論研究證明，極限水錘無論是正、負(fù)水錘，管道沿線的最大水錘壓強(qiáng)均按直線規(guī)律分布，如圖中紅線所示。若管道末端A點(diǎn)的最大水錘為和，則任意點(diǎn)C點(diǎn)的最大水錘為二、減小水錘壓強(qiáng)的措施縮短壓力管道的長度縮短壓力管道長度，使從進(jìn)水口反射回來的水錘波能夠較早地回到壓力管道末端，從而減小水錘值。從管道特性系數(shù)σ＝LVmax/gH0Ts中可看出，減小L可以減小，在較長的引水系統(tǒng)中，設(shè)置調(diào)壓室，是縮短壓力管道的常用措施。四：選擇合理的調(diào)節(jié)規(guī)律采用合理的關(guān)閉規(guī)律能有效地降低水錘壓力值。中低水頭電站：最大水錘壓強(qiáng)常出現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程終了，水輪機(jī)導(dǎo)葉可采取先快后慢的關(guān)閉規(guī)律，以提高開始階段的水錘壓強(qiáng)，降低終了階段的水錘值；高水頭電站：最大水錘壓強(qiáng)通常出現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程開始階段，可采用先慢后快的調(diào)節(jié)規(guī)律。注：采用合理的關(guān)閉規(guī)律減小水錘壓強(qiáng)，簡單易行，又比較經(jīng)濟(jì)，應(yīng)優(yōu)先考慮。1.高水頭水電站容易發(fā)生（）水錘，低水頭水電站容易發(fā)生（）水錘，因此，對于高水頭水電站常采用（）啟閉方式，而低水頭常采用（）啟閉方式。2.簡述簡單管路水錘壓力的計(jì)算步驟思考題調(diào)壓室的作用是什么?設(shè)置調(diào)壓室的條件是什么?調(diào)壓室有那幾種基本結(jié)構(gòu)類型，各適用于什么情況？設(shè)計(jì)調(diào)壓室有哪些基本要求?影響調(diào)壓室水位波動(dòng)穩(wěn)定的因素有哪些？如何影響？一、調(diào)壓室的功用調(diào)壓室的功用可歸納為：反射水錘波?；旧媳苊饬?或減小)壓力管道傳來的水錘波進(jìn)入壓力引水道。減小了水錘壓力(壓力管道及廠房過水部分)?？s短了壓力管道的長度改善機(jī)組在負(fù)荷變化時(shí)的運(yùn)行條件。二、調(diào)壓室的基本要求盡量靠近廠房，以縮短壓力管道的長度。應(yīng)有自由水表面和足夠的底面積，以保證水錘波的充分反射； 調(diào)壓室的工作必須是穩(wěn)定的。負(fù)荷變化時(shí)，引水道及調(diào)壓室水體的波動(dòng)應(yīng)該迅速衰減；正常運(yùn)行時(shí)，水流經(jīng)過調(diào)壓室底部造成的水頭損失要小。結(jié)構(gòu)安全可靠，施工簡單方便，經(jīng)濟(jì)合理。保證調(diào)壓室穩(wěn)定的兩個(gè)條件必要條件是調(diào)壓室斷面F大于臨界斷面：引水道和壓力管道水頭損失之和必須小于水電站靜水頭的1/3，即Fk—調(diào)壓室波動(dòng)穩(wěn)定的臨界面積，稱托馬穩(wěn)定斷面；，ξ為引水道水頭損失系數(shù)。注：水電站水頭愈低，要求的調(diào)壓室斷面積愈大。第六節(jié)調(diào)壓室水力計(jì)算條件的選擇調(diào)壓室的水力計(jì)算內(nèi)容應(yīng)包括：由調(diào)壓室水位波動(dòng)的穩(wěn)定條件，確定調(diào)壓室的斷面積；計(jì)算調(diào)壓室最高涌波水位，從而確定調(diào)壓室的頂部高程；計(jì)算調(diào)壓室最低涌波水位，從而確定調(diào)壓室底部和壓力管道進(jìn)口的高程。水電站廠房的組成1.從設(shè)備布置和運(yùn)行要求的空間劃分主廠房。安裝水輪發(fā)電機(jī)組和各種輔助設(shè)備，是水電站廠房的主要組成部分。副廠房。安置各種運(yùn)行