復(fù)習(xí)水電站1課件

1、第五章 水電站布置和組成一、 水電站的基本概念水電站：是水、機、電的綜合體，是將水能電能的場所。 組成：（七大部分）擋水建筑物集中落差，形成水頭泄水建筑物防洪保壩進水建筑物按發(fā)電要求引水引水建筑物引水、集中水頭平水建筑物調(diào)壓室、壓力前池發(fā)電建筑物水能電能其他過壩建筑物綜合利用（過船、過水、過魚、灌溉）二、 水電站布置型式為什么要分類？怎樣分類？原因：河流特性不同，開發(fā)型式不同，布置方式就不同。按位置方式分第六章： 進水建筑物一 、有壓進水口類型和要求功用和要求：1、功用：按負荷要求引水。2、要求：足夠進水能力，能調(diào)節(jié)流量，水流平順，水質(zhì)清潔，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定二、 有壓進水口的類型 1洞式進水口特點：山

2、體中挖豎井、安全、經(jīng)濟。適用：山體地質(zhì)條件較好。山體過平，不易成洞；山體過陡，不易開洞；2墻式（岸式）進水口特點：進口建筑為山體擋墻，岸式傾 斜依靠岸坡適用：山體條件較差，但坡較陡 3塔式進水口 特點：進水口位于水庫中塔式結(jié)構(gòu)。 適用：地質(zhì)條件較差，但坡又較緩。4 壩式進水口特點：進水口附于壩體上 應(yīng)用：壩后式采用 適用：砼壩三 有壓進水口設(shè)備1 攔污設(shè)備 2閘門和啟閉設(shè)備（1） 工作閘門（事故閘門）：事故時緊急關(guān)閉 要求：動水關(guān)閉，靜水開啟 啟閉設(shè)備：固定卷揚啟閉機或油壓啟閉機一門一機。（2） 檢修閘門：檢修工作門和門槽時堵水用要求：靜水啟閉啟閉設(shè)備：移動式門機或臨時啟閉設(shè)備多門一機 3通氣

3、孔作用：充水排氣，放水補氣位置：位于事故閘門之后。 4充水閥作用：閘門開啟前沖水，平壓。位置：位于閘門上，或采用旁通管。三 有壓進水口輪廓尺寸確定要求：水流平順，無漩渦，不出現(xiàn)淤積 1進口頂部高程：最低水位以下，并有一定淹沒深度S臨界淹沒深度 S=cv (2-1)其中：d閘門凈高 v閘門斷面的流速 c經(jīng)驗系數(shù)0.550.732進口底部高程：高于水庫的設(shè)計淤積高程。3進口的輪廓尺寸原則：使水流平順 減少水頭損失 四 無壓進水口1 工作條件和特點2 . 組成進水閘攔污柵攔污工作門、檢修門攔砂、排砂、沉砂池等 3.沉砂池位置：無壓進水口之后，引水道之前原理：加大過水?dāng)嗝?。減小流速，使泥沙下沉第七章：

4、 引水建筑物一、壓力前池前池：是無壓引水道和壓力管道的連接建筑物。作用：（1）平穩(wěn)水流，分配水量， 并起一定的調(diào)節(jié)作用。 （2）攔污清雜，保證水質(zhì)， 并瀉泄多余的水量。布置：盡可能靠近廠房，縮短壓力管道長度。要求：地質(zhì)條件要好，工程穩(wěn)定。組成：（1）擴散段：保證水流平順，減少水頭損失（2）前室：擴大、加深斷面，減緩水流，便于清雜布置有：攔污排、沖沙孔、尺寸：取決進水和沉沙要求。 （3）進水室：將水均勻引入壓力管道 （4）壓力墻：擋水 （5）池水道：渲泄多余流量二、日調(diào)節(jié)池作用：對擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰任務(wù)的電站起調(diào)節(jié)作用。布置：在壓力前池附近。三、 隧洞斷面形狀及尺寸因素：用途、流態(tài)、地質(zhì)條件、地應(yīng)力、

5、施工方式等。1 斷面形狀受力條件：希望園形施工條件：希望平底、直墻常用的斷面形式（1） 園形（2） 城門洞型（3） 馬蹄形斷面四、地質(zhì)條件對選線的影響原則：選擇好巖體在無法避開的巖體構(gòu)造時，應(yīng)注意： 1 洞線方位與地質(zhì)構(gòu)造面的交角應(yīng)盡量大于3002 洞線方位與第一主應(yīng)力方向平行3 洞線方位最好與斷層走向垂直第八章 水電站壓力管道§8-1 壓力管道的類型和功用1 壓力管道類型按材料分（1）鋼管：強度高，防滲好，抗外壓較差 （2）鋼筋砼管：造價低、節(jié)省鋼才，抗外壓好，經(jīng)久耐用。 （3）鋼襯鋼筋砼管：鋼襯和混凝土聯(lián)合工作，綜合上述優(yōu)點，可以綜合發(fā)揮鋼襯防滲、混凝土抗外壓、混凝土內(nèi)鋼筋承壓的

6、作用。 2 按布置分：壓力管道類型：明管、地下埋管、壩內(nèi)管§8-2 壓力管道的布置和供水方式 一、管線選擇原則：管線短、；轉(zhuǎn)彎少、安全經(jīng)濟因素：1. 水流條件：直線布置。減少損失 2地質(zhì)條件：布置在穩(wěn)定的巖基上，防止基礎(chǔ)開裂 3地形條件：沿山脊布置，防止水流沖刷 二、供水方式1 單元供水：一機一管優(yōu)：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。運行靈活缺：造價大適用：低水頭，大流量，線路短2 聯(lián)合供水：總管向全部機組供水優(yōu)：經(jīng)濟缺：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈活性差適：高水頭，小流量3 分組供水一管向數(shù)臺機組供水介于上述兩者之間適：管線長、機組臺數(shù)較多§8-4 明管的敷設(shè)方式和支承結(jié)構(gòu)及附件明管：是敷設(shè)在一系列支

7、墩和鎮(zhèn)墩上的管道高出地面0.6m特點：受力明確，易于維護 一、敷設(shè)方式 1分段式：在兩鎮(zhèn)墩間設(shè)有伸縮節(jié) 2連續(xù)式：在兩鎮(zhèn)墩之間是連續(xù)的，無伸縮節(jié) 二、支承結(jié)構(gòu) 1支墩位于鎮(zhèn)墩之間的支承結(jié)構(gòu) 作用：承擔(dān)法向分力，減小撓度特點：相當(dāng)滾動支承（允許軸位移）布置：按管身與支墩間相對位移的特征可分為三種： （1）滑動支墩：從鞍型支承環(huán)式（接觸面?。┨卣鳎汗艿郎炜s時，沿頂部滑動結(jié)構(gòu)：管子放在一個鞍型支座上特點：結(jié)構(gòu)簡單，但摩阻大，受力不均適用：D1m（支承環(huán)式D2m） （2）滾動支墩特征：管道伸縮時，沿滾軸滾動結(jié)構(gòu)：支承環(huán)與墩子之間加園柱輥軸特點：摩阻較小，但輥軸承力不大適用：D>2m （3）擺動支

8、墩特征：管道伸縮時，沿墩鉸擺動結(jié)構(gòu)：支承環(huán)與墩之間設(shè)短柱并鉸結(jié)于墩上特點：摩阻小，承壓大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜適用：大管徑小結(jié)：滑動滾動擺動支墩 摩阻：從大小，變位從難到易 承力：從小大，布置從不均均 結(jié)構(gòu)：從簡難，造價從小大 管徑：從小大，技術(shù)從簡難2鎮(zhèn)墩作用：起固定作用，承受軸、剪、彎短特點：相當(dāng)于固定端，限制任何位移布置：管道彎段，和水平段超過100150m處型式：按水管被固定的方式分為兩種 （1）開敞式特征：通過錨定環(huán)固定管道，管道外露結(jié)構(gòu)：由砼墩、錨定環(huán)和錨栓組成特點：易于檢修、但受力不均適用：作用力較小處（2） 封閉式特征：用砼將管道全部封閉結(jié)構(gòu)：砼墩特點：結(jié)構(gòu)簡單、受力條件好，不宜檢修適用：

9、運用較廣三、 鋼管上的設(shè)備附件 1閥門 （1）位置：壓力管道進口和水輪機進口處一般要求設(shè)置閥門 引水進口閘門：控制流量，隧道檢修，調(diào)壓井檢修 壓力管進口閘門：當(dāng)水輪機進口蝶閥事故時，緊急關(guān)閉，檢修、蝶閥水輪機進口閘門：當(dāng)水輪機導(dǎo)葉被卡，事故時，緊急關(guān)閉，機組檢修 （2）設(shè)置要求：在下列情況下水輪機進口可不設(shè)閥門（a）壩內(nèi)埋管：因為進口設(shè)有閘門，管較短，可以不設(shè)（b）上游設(shè)有調(diào)壓室或前池，壓力管道閥門視情而定。*當(dāng)為單元供水時，水頭不高，容量不大時，可以不設(shè)。因為調(diào)壓室或前池的管道進口一般設(shè)有閘門。小結(jié):單元供水: 一般在進口設(shè)置工作閥門，水輪機進口可不設(shè)閥門，但水頭高，容量較大，或管道較長時，

10、需在水輪機進口設(shè)閥門。聯(lián)合供水，分組供水：一般在進口設(shè)置檢修閥門，水輪機進口需設(shè)工作閥門。當(dāng)分岔管處設(shè)有調(diào)壓井，調(diào)壓井后設(shè)有工作閥門，水輪機進口可不設(shè)工作閥門，但容量較大，或壓力管道較長，需設(shè)工作閥門。但在進口設(shè)有事故閘時，且壓力管道較短時可以不設(shè)閥門（3） 閥門類型 平板閥：與平板閘相似 蝴蝶閥：由閥殼和閥體組成 球 閥：由球形外殼，可旋轉(zhuǎn)的園筒體構(gòu)成小結(jié)：平板閥蝴蝶閥球閥 結(jié)構(gòu)：從簡難， 啟閉力：從大小 運用：從差好， 適用水頭：從低高 造價：從低高2伸縮節(jié) 位置：一般布置在鎮(zhèn)墩的下游側(cè) 作用：消除溫度應(yīng)力，適用不均勻沉陷 型式： 3進人孔 位置：最好設(shè)在鎮(zhèn)墩附近作用：為了檢修、進人用的4

11、 通氣閥位置：設(shè)在閥門后作用：閥門關(guān)閉和充水中，通氣和排氣§8-5 鎮(zhèn)墩設(shè)計二、鎮(zhèn)圢設(shè)計要求 鎮(zhèn)圢自身重量要求原則：要求滿足抗滑穩(wěn)定根據(jù)穩(wěn)定要求：ke 即：鎮(zhèn)圢自重： 2 應(yīng)力要求斷面型式要求原則：最小應(yīng)力不許出現(xiàn)拉應(yīng)力， 最大應(yīng)力小于容許承載應(yīng)力即： min>0 max討論：（1） 要求min> 0 即min= e<即：合力的作用點必須在鎮(zhèn)墩底寬的三分點之內(nèi)（2） 要求max 既：max= （3） 為不產(chǎn)生不均勻沉陷。要求基礎(chǔ)應(yīng)力分布盡可能均勻。一般要求 max/min<2§86 明管的應(yīng)力分析一、四個典型斷面各斷面特點及應(yīng)力計算公式公式 11 特

12、點 M大，Q=0 M大，Q大 M，Q，M，Q M，Q，M，Q，MK，QK，NK，應(yīng)力 4個 5個 7個 10個1. r=-Hp 2. t= /3. 4. 5. =NK/FK 6. =A/F 7. X2=M/W 8. X3=M/W 9. xt=QS1/Jb 10. xr= 11. tr=QKSK/JKa 二、抗外壓失穩(wěn)結(jié)論：當(dāng)pcr<p外時，應(yīng)加密剛性環(huán)，而不加厚。小結(jié)：（） 明管失穩(wěn)的外因是管道放空，通氣孔失靈，造成管內(nèi)負壓（） 明管失穩(wěn)的內(nèi)因是管壁為薄壁園環(huán)結(jié)構(gòu)，抗拉強，抗彎剛度低，在很小的外壓作用下，容易造成彎曲失穩(wěn)。（） 抗外壓失穩(wěn)的主要結(jié)構(gòu)措施是：加密剛性環(huán)，增加變形的約束力 &

13、#167;8-7 分岔管一、六種岔管的型式、特點、適用條件1貼邊岔管 型式：用補強板加固相貫線 特點：補強板剛度小，變形大，板殼共同承擔(dān)水壓 適用：中低水頭地下埋管，HD可達990m2受力分析：無合適理論，一般憑經(jīng)驗 壁厚近似公式 2三梁岔管型式：三根首尾相接的曲梁作為相貫線的加固梁特點：不平衡力由梁全部承擔(dān)，梁殼剛度相差大，局部應(yīng)力大適用：高水頭，小流量的明管受力特征：管壁受梁約束，有較大的局部應(yīng)力，梁中的應(yīng)力主要是彎曲應(yīng)力，材料強度未得充分發(fā)揮 3月牙肋岔管月牙肋是三梁岔管的一種改進和發(fā)展。型式：一個倒錐管，兩個順錐管組成，三者有一個公切球。特點：不平衡力之合力作用在月牙肋斷面形心上，成為

14、軸心受拉構(gòu)件，能充分發(fā)揮材料的作用。優(yōu)點：（1）改善了受力條件：軸心受拉，受力均勻，材料能充分發(fā)揮作用。（2）改善了水流條件：倒錐管，A點轉(zhuǎn)角小，水流平順，過水?dāng)嗝娲螅^損失小，但在非設(shè)計工況，水流條件仍較差。 （3）改善了制作條件，取消u梁，尺寸減小，制作方便。適合：中、低水頭電站 4球型岔管型式：由球殼、補強板、導(dǎo)流板組成 球殼：主要承擔(dān)內(nèi)水壓力、約束力 補強板：主要承擔(dān)球殼的作用力及內(nèi)水壓力 導(dǎo)流板：設(shè)有平壓孔，不受力，主要起導(dǎo)流作用。特點：受力條件好，容易布置，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜適用：高水頭電站5無梁岔管無梁岔是在球岔基礎(chǔ)上改進和發(fā)展起來的。型式：由球殼、錐殼和柱殼組成的空間殼體結(jié)構(gòu)特點：省

15、去了加強結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)連續(xù)光滑，受力條件好，但分岔處斷面急劇增大，水流易產(chǎn)生渦流，制造復(fù)雜。適用：高水頭埋管6隔壁岔管型式：由擴散段、隔壁段、變形段組成特點：為完整的封閉殼體，除隔壁外，無其他加強結(jié)構(gòu)。應(yīng)用較少。小結(jié)：貼邊三梁月牙球岔無梁受力：從差好； 承載：從小大結(jié)構(gòu)：從簡復(fù)雜；技術(shù)：從易難造價：從小大二、比較三梁岔和月牙肋的受力特點1三梁岔 垂直荷載使梁產(chǎn)業(yè)彎應(yīng)力，是不利荷載大彎應(yīng)力大抗彎戴面大浪費材料 改進措施 采用型中性軸外移慣性矩加大彎應(yīng)力減小省材 U梁內(nèi)嵌跨度減小彎應(yīng)力減小軸心受拉改為月牙肋2、月牙肋的工作特點（1）肋板軸心受拉，應(yīng)力均勻，能充分發(fā)揮材料作用（2）肋板內(nèi)嵌，岔管尺寸小，

16、減少開挖，有利發(fā)揮圍巖作用（3）水力損失小，但偏離設(shè)計工藝，肋板阻力增加（4）岔管外壁轉(zhuǎn)折處，有應(yīng)力集中，需在（處）增加貼邊8-8 地下埋管一、埋管的工作原理結(jié)構(gòu)特征：由鋼襯、回填砼、圍巖組成的多層結(jié)構(gòu) 工作原理：鋼襯受內(nèi)力變形，密實縫隙后與砼接觸，通過砼將內(nèi)水壓傳給圍巖，使圍巖產(chǎn)生徑向變形形成圍巖抗力，以此保持與內(nèi)水壓力平衡。二、埋管的影響因素討論： （1）已知鋼襯允許應(yīng)力，則按下式確定厚度 * 當(dāng)=0時， 越大，越??；* 當(dāng)，越大，越大，說明縫隙過大，此時圍巖已不起作用，上述公式不適用。（2）彈性抗力k0對鋼襯厚度和應(yīng)力有較大影響 （3）減小縫隙措施接觸灌漿減小施工縫，固結(jié)灌漿減小巖體蠕變

17、 控制施工溫度減小冷縮縫三、外壓失穩(wěn)的原因和機理 外壓失穩(wěn)的外因外荷載 （1）地下水外壓失穩(wěn)的主要荷載 措施：采取排水措施，減小滲透水壓 （2）灌漿壓力鋼襯和砼之間的接觸灌漿 措施：控制灌漿壓力，即密實又不失穩(wěn) （3）流態(tài)砼壓力澆筑時的臨時壓力措施：控制澆灌高度h 2外壓失穩(wěn)的內(nèi)因材料性能 鋼材：抗拉性能好，但抗彎剛度底，易受壓失穩(wěn) 砼： 抗壓性能好，但抗拉性能差，易受拉開裂機理：鋼襯在外壓作用下，臨界平衡狀態(tài)遭到破壞，使鋼材產(chǎn)生過大變形，造成彎矩過大使鋼襯局部纖維應(yīng)力達到屈服，喪失承載能力。埋管失穩(wěn)特點：埋管受圍巖約束，失穩(wěn)曲波增多，抗外壓失穩(wěn)能力增大，但機理復(fù)雜，因縫隙難定，失穩(wěn)時的形狀也

18、難定。四、防止鋼襯外壓失穩(wěn)的措施 結(jié)構(gòu)措施從結(jié)構(gòu)本身提高抗外壓能力 （1）提高s，但很不經(jīng)濟 （2）加剛性環(huán)和錨環(huán)，增加曲波數(shù)，提高Pcr值 2工程措施提高外部環(huán)境 （1）設(shè)排水孔，降低地下水 （2）固結(jié)灌漿，減小各向異性影響，提高承載能力 3施工措施減少人為影響因素 （1）保證開挖質(zhì)量，減少超挖，保持圍巖的完整性 （2）保證鋼管制造質(zhì)量，減少應(yīng)力集中 （3）保證砼澆筑質(zhì)量，減少初始縫隙和流態(tài)砼影響 （4）做好各種灌漿，防止過壓失穩(wěn) 頂拱回填灌漿減小頂拱形成的空洞 巖石與砼接觸灌漿減小砼冷縮縫隙 鋼襯與砼接觸灌漿減小砼冷縮縫隙巖石固結(jié)灌漿提高巖石承載能力，防止局部失穩(wěn)五 地下埋管的改進途徑（一

19、） 問題設(shè)計理論不完善，存在以下問題：1 初始縫隙值人為假定。2 按內(nèi)水分擔(dān)圍巖荷載，理論化設(shè)計，不能充分發(fā)揮圍巖作用。 實際情況圍巖承擔(dān)能力很大，設(shè)計偏于保守。3 假定圍巖各向同性，不能反應(yīng)實際。 實際情況圍巖各向異性，節(jié)理裂隙發(fā)育，導(dǎo)致襯砌受力不均。4 設(shè)計理論假定鋼襯、圍巖在彈性范圍工作（取屈服強度），不能充分發(fā)揮鋼材作用。5 當(dāng)K0較小，HD很大時，鋼襯厚度很大，鋼襯和圍巖不能完全聯(lián)合受力。6 設(shè)計理論要求灌漿，減小初始縫隙，施工代價高，技術(shù)難道大，很難達到設(shè)計要求。（二）、改進措施1 提高鋼襯材料性能和承載能力 a）采用高強鋼，提高，可以減小襯砌厚度。 小，鋼襯砌容易變形，能充分發(fā)揮

20、圍巖抗力作用。 成本較高，施工時熱處理難度高。 b）采用雙層鋼管，減小襯砌厚度，減小焊接難度，保證施工質(zhì)量，提高抗外壓能力。 c）采用箍管，產(chǎn)生予應(yīng)力，減小襯砌厚度，提高抗外壓能力。 d）采用柔性鋼襯，增加變形，鋼襯防水，圍巖承擔(dān)內(nèi)水壓力。 總之，減小，增加鋼襯變形，充分發(fā)揮圍巖作用。2 改進設(shè)計理論 a）采用彈塑性理論設(shè)計，提高鋼材使用平臺，增加鋼襯變形，發(fā)揮圍巖作用。 b）采用予應(yīng)力設(shè)計理論： 硬巖：高壓灌漿 軟巖：予應(yīng)力張拉管道 c）采用不襯砌或鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)。 沒有抗外壓問題，設(shè)計簡單 d）采用明管設(shè)計。 對于軟巖采用明鋼管，受力明確、可靠。§8-9 砼壩體壓力管道壩內(nèi)管：穿過壩體的壓力管道特點：穿過壩體，管道應(yīng)力與壩體結(jié)構(gòu)密切相聯(lián)類型：主要按布置和受力特點分 一、按布置方式分為三類： 壩內(nèi)埋管管道全部埋在壩體內(nèi)(三峽) 壩上游面管道管道的大部分位于上游壩面壩體外 壩下游面管道進口小部分穿過壩，大部分位于壩下游二、按受力結(jié)構(gòu)形式分為二類 1彈性墊層管 管道與外圍砼用彈性墊層分開受力明確 鋼管承擔(dān)全部內(nèi)水壓力，按明管設(shè)計鋼材較多外圍砼按壩內(nèi)孔口應(yīng)力計算配筋較少 2聯(lián)合受力管鋼管和砼結(jié)合為整體聯(lián)合受力按埋管考慮要求：（A）鋼襯和砼之間進行接觸灌漿 （B）外圍砼不能小于一倍管徑三、壩內(nèi)管布置方