水電站重點知識

第一章緒論1.簡述水力發(fā)電的基本原理。答：水力發(fā)電就是利用水力(具有水頭)推動水力機械(水輪機)轉(zhuǎn)動，將水的動能和重力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，如果在水輪機上接上另一種機械(發(fā)電機)隨著水輪機轉(zhuǎn)動便可發(fā)出電來，這時機械能又轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。水力發(fā)電在某種意義上講是水的勢能變成機械能，又變成電能的轉(zhuǎn)"換過程。壩式水電站有哪些常用類型，它們的適用條件是怎樣的？答：壩式、引水道式、混合式壩式：河道坡降較緩，流量較大，并有筑壩建庫的條件。引水道式：適合河道坡降較陡，流量較小的山區(qū)性河段。混合式：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。第二章進水口及引水道建筑物1、有壓進水口有哪些主要型式？有何特點？壩式進水口：位于混凝土壩或河床式電站廠房的上游壩體內(nèi)，成為統(tǒng)一體。岸式進水口：位于河岸上，用于連接隧洞，有豎井式和岸墻式塔式進水口：塔身位于水庫，可以從一邊或四周進水岸坡地質(zhì)條件差時用以連接隧洞，或在連接壩低埋管時采用。水電站進水口應該滿足哪些基本要求？要有足夠的進水能力：在任何工作水位下，進水口都能引進必須的流量。因此在樞紐布置中必須合理安排進水口的位置和高程；進水口要求水流平順并有足夠的斷面尺寸，一般按水電站的最大引用流量設計。(2)水質(zhì)要符合要求：不允許有害泥沙和各種有害污物進入引水道和水輪機。因此進水口要設置攔污、防冰、攔沙、沉沙及沖沙等設備。(3)水頭損失要?。哼M水口位置要合理，進口輪廓平順，流速較小，盡可能減小水頭損失?？煽刂屏髁浚哼M水口須設置閘門，以便在事故時緊急關閉，截斷水流，避免事故擴大，也為引水系統(tǒng)的檢修創(chuàng)造條件。對于無壓引水式電站，引用流量的大小也由進口閘門控制。(5)滿足水工建筑物的一般要求：進水口要有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，造型美觀，便于運行、維護和檢修。為什么要設沉沙池？其原理是怎樣的？答：防止已經(jīng)進入進水口的懸移質(zhì)泥沙中的有害顆粒進入引水道原理：位于無壓進水口之后，引水道之前，加大過水斷面，減小水流的流速及挾沙能力，使有害泥沙沉淀在沉淀池內(nèi)，而將清水引入引水道壓力前池的功用主要有哪些？電站正常運行時，把流量按要求分配給壓力管道，并使水頭損失最小水電站出力變化、事故時，與引水渠配合，調(diào)節(jié)流量；電站停止運行、壓力管道關閉時，供給下游必需的流量；在壓力管道事故時，緊急切斷水流；止引水道中雜物、冰凌與有害物泥沙進入壓力管道。第三章壓力管道總論及明鋼管1.壓力管道的功用、特點是什么?答：功用：從水庫或引水道末端的前池或調(diào)壓室，將水在有壓狀態(tài)下引入水輪機的輸水管。特點：坡度陡；承受電站的最大水頭，且受水錘動水壓力；靠近廠房；壓力管道的主要荷載是內(nèi)水壓力；壓力管道的類型有幾種?明管（暴露在空氣中）；地下埋管（埋藏于地層巖石之中的鋼管，可以是斜的、垂直的隧洞式壓力管道）混凝土壩身管道（依附于壩身，有壩內(nèi)埋管、壩上游面埋管、壩下游面埋管）。壓力管道的供水方式有哪幾種?適用條件是什么?單元供水適用：（1）混凝土壩身管道（2）單管流量很大或長度較短的地下埋管或明管聯(lián)合供水適用：廣泛用于地下埋管和明管，機組數(shù)較少時，單機流量較小，引水道較長時分組供水適用：廣泛用于地下埋管和明管，機組數(shù)多，單機流量不大，引水道較長時明鋼管線路選擇的布置原則是什么?（p25）管道路線應盡可能短而直，以降低造價，減少水頭損失，降低水錘壓力，改善機組運行條件。因此，地面壓力管道一般敷設在陡峻的山脊上。

(2)選擇良好的地質(zhì)條件，使鋼管支承在堅固的地基上。

(3)盡量減小管道線路的起伏和波折。(4)水頭高、線路長的管線，要滿足鋼管運輸安裝和運行管理、維修等交通要求。此外，為了避免鋼管一旦發(fā)生意外事故時，危機電站設備和人身安全，需要設置事故排水和和防沖工程設施。沿管線一般要設置交通道路，并有照明設施。根據(jù)工程具體情況，可在交通道路沿線設置休息平臺、扶手欄桿、越過鋼管的爬梯或管底通道等。5.明鋼管引近廠房有哪三種方式？如何區(qū)分？答：正向引近：鋼管軸線與廠房縱軸線垂直?？v向引近：鋼管軸線與廠房縱軸線平行。斜向引近：介于正向引近與縱向引近兩種方式之間，主管軸線與廠房軸線斜交明鋼管的支承方式通常有哪兩種？分別起什么作用？答：鎮(zhèn)墩：依靠本身重量固定鋼管支墩：支撐管身7.簡述明鋼管的外壓失穩(wěn)現(xiàn)象。（p40）8.在壓力管道中設置加勁環(huán)有何作用？答：明壓力鋼管的加勁環(huán)(又稱剛性環(huán))的主要作用是:①節(jié)省壓力鋼管的鋼材,提高壓力鋼管管壁的抗外壓能力。②改變壓力鋼管的徑向自振頻率,消除鋼管的徑向振動。③提高壓力鋼管的剛度,防止運輸、安裝中變形。設計規(guī)范要求壓力鋼管管壁厚度,必須滿足結(jié)構(gòu)的強度校核在明鋼管中設置伸縮節(jié)有何作用？答：當溫度變化時，管身可在軸向伸縮，從而消除或減少溫度應力；能適應少量的不均勻沉陷或變形，同時為閥門拆裝提供方便第四章地下埋管1.與明管相比，地下埋管有何優(yōu)缺點？優(yōu)點：布置靈活方便利用圍巖承擔內(nèi)水壓力，減少鋼襯壁厚運行安全缺點：首先，結(jié)構(gòu)比較復雜，施工安裝工序多，工藝要求高而地下施工條件又較差，這些因素會使造價增加，工程質(zhì)量不易保證，而且影響工期，有時地下埋管會成為電站投產(chǎn)關鍵。其次，在地下水壓力較高的地方，鋼襯可能承受甚大外壓，造成失穩(wěn)。地下埋管的布置應該注意什么？（1）線路盡量選擇在地形地質(zhì)條件優(yōu)越的地區(qū)，并與調(diào)壓室和廠房有良好的總體布置（2）應布置在堅固、完整、覆蓋巖層厚的巖體中（3）管軸線盡量與巖層構(gòu)造面垂直（4）布置在地下水位低的巖層中（5）地下埋管宜采用聯(lián)合供水地下埋管的施工程序包括哪四個主要步驟？答：包括開挖，鋼襯安裝，混凝土回填，灌漿。地下埋管在內(nèi)水壓力作用下受力的基本原理是怎樣的？答：埋管承受內(nèi)壓后，鋼襯發(fā)生徑向位移，鋼襯和混凝土襯圈間的縫隙消失后，繼續(xù)向混凝土襯圈傳遞內(nèi)壓，混凝土內(nèi)產(chǎn)生環(huán)向拉應力產(chǎn)生徑向裂縫；內(nèi)壓通過混凝土楔塊繼續(xù)向圍巖傳遞，圍巖產(chǎn)生向外的徑向位移并形成圍巖抗力，使埋管在內(nèi)壓下得到平衡。地下埋管鋼襯有哪些主要的外壓荷載？答：地下水荷載，鋼襯與混凝土直間接縫灌漿壓力，回填混凝土時流態(tài)混凝土的壓力。簡述地下埋管鋼襯在外壓下失穩(wěn)的特征？臨界狀態(tài)是屈曲波有n個，沿整個圓周同時發(fā)生，屈曲波緊貼混凝土；在外壓作用下，鋼襯圓周上可能出現(xiàn)幾個初始波，但隨著荷載的增加，鋼襯將首先在某個薄弱部位屈曲，從而減小了其他部位的管壁發(fā)生屈曲的可能。為什么地下埋管也常需設加勁環(huán)？（1）埋管所受外壓往往很大。光面鋼襯常常難于滿足抗外壓失穩(wěn)要求（2）用加大壁厚或提高鋼材強度的辦法是不經(jīng)濟不合理的（3）有利于運輸和施工時增加鋼襯的剛性8.防止埋管鋼襯受外壓失穩(wěn)的主要措施有哪些？答：1、采取有效措施，降低地下水壓力。2、精心施工并做鋼襯與混凝土之間的接縫灌漿。3、可以控制澆筑層的高度和采取臨時支撐的措施。第五章混凝土壩體壓力管道1.壩內(nèi)埋管有哪三種布置形式？有何優(yōu)缺點？(p69)答：傾斜式布置平式和平斜式布置豎直式布置壩內(nèi)埋管有哪些基本的布置原則？答：盡量縮短管道的長度；減少管道空腔對壩體應力的不利影響，特別減小因管道引起的壩體內(nèi)拉應力區(qū)的范圍和拉應力值；還應減小管道對壩體施工的干擾并有利于管道本身的安裝、施工。壩內(nèi)埋管所受的主要荷載有哪些？答：內(nèi)水壓力、壩體荷載、溫度變化引起的力、壩體滲流水壓力、施工荷載簡述壩內(nèi)埋管的工作原理。壩內(nèi)埋管結(jié)構(gòu)設計的基本要求有哪些？鋼襯和鋼筋的應力小于鋼材允許值壩體混凝土不開裂，至少裂縫的規(guī)模和范圍受到限制，不伸展到壩面。鋼襯在外壓作用下不失穩(wěn)。在壩內(nèi)鋼管管身設置軟墊層有什么作用？答：可以使鋼管比較充分地發(fā)揮承受內(nèi)壓作用，大大減少壩體混凝土內(nèi)的拉應力，增加抗裂安全性，減少配筋量，而且可以充分允許鋼管淺埋，以減少壩體施工與鋼管安裝的干擾。混凝土壩下游面管道與壩內(nèi)埋管相比，有何優(yōu)缺點？(p83)混凝土壩下游面管道有哪兩種結(jié)構(gòu)型式？有什么優(yōu)缺點？（p85）答：壩下游面明鋼管，壩下游面鋼襯鋼筋混凝土管道第六章分岔管1.分岔管的功用是什么？有什么要求？答：功用：分配水流要求1、水流平順，水頭損失小，避免渦流和振流；2、結(jié)構(gòu)簡單合理，受力條件好，不產(chǎn)生過大的應力集中和變形；3、制作、運輸、安裝方便岔管的布置主要有哪些形式？答：卜形布置、對稱Y形布置、三岔形布置明鋼岔管有哪些主要的結(jié)構(gòu)形式？答：三梁岔管、內(nèi)加強月牙肋岔管、貼邊岔管、無梁岔管、球形岔管、隔壁岔管第七章有壓引水系統(tǒng)非恒定流的物理現(xiàn)象基本方程1.水輪機導葉快速關閉或開啟時，會引起哪兩種現(xiàn)象？答：引起機組轉(zhuǎn)速的較大變化、在有壓管道中出現(xiàn)水錘現(xiàn)象。水錘計算的目的是什么？答：決定管道內(nèi)的最大內(nèi)水壓力，作為設計或校核壓力管道、蝸殼和水輪機強度的依據(jù)；決定管道內(nèi)最小內(nèi)水壓力，作為管線布置，防止壓力管道中產(chǎn)生負壓和校核尾水管內(nèi)真空度的依據(jù)；研究水錘與機組運行的關系，如對機組轉(zhuǎn)速變化的影響等。調(diào)節(jié)保證計算的目的是什么？答：通過調(diào)節(jié)保證計算和分析，正確合理地解決導葉啟閉時間、水錘壓力和機組轉(zhuǎn)速上升值三者之間的關系，最后選擇適當?shù)膶~啟閉時間和方式，使水錘壓力和轉(zhuǎn)速上升值均在經(jīng)濟合理的允許范圍內(nèi)。簡述鋼管內(nèi)壓爆裂、外壓失穩(wěn)及水錘的關系。5.什么是水錘波？有何特性？（p103）6.壓力管道水錘過程與引水道－調(diào)壓室系統(tǒng)中的水位波動現(xiàn)象的特點是什么？第九章水錘及調(diào)節(jié)保證計算的解析法1.如何利用水輪機開度變化規(guī)律對水錘壓力進行調(diào)節(jié)？答：可以通過調(diào)節(jié)水輪機的的操作過程來改變水錘值的大小復雜管道通常有哪三種類型？進行相應的水錘計算的主要思路是什么？一種是管壁厚度隨水頭增加而逐漸加厚，而直徑隨水頭增加而逐漸減小，這種復雜管有時稱為串聯(lián)管，采用等價管法計算，串聯(lián)管轉(zhuǎn)化為簡單管后應滿管長、相長和管中水體動能等與原管相同；另一種是分岔管，這在分組供水和聯(lián)合供水中經(jīng)常遇到．無論是串聯(lián)管或分岔管，水錘波在水管特性變化處都將會發(fā)生反射和透射，從而使水錘現(xiàn)象和計算大為復雜，采用截肢法計算；裝有反擊式水輪機的管道系統(tǒng)，應考慮蝸殼和尾水管的影響，而且其過流特性與孔口出流不一樣，流量不僅與作用水頭有關，而且與水輪機的機型和轉(zhuǎn)速有關，將蝸殼視作壓力水管的延續(xù)部分，并假想把導葉移至尾水管的末端，成為壓力管道的一部分，水錘壓力為管道末端和尾水管中水錘壓力之和（關閉時均取正，開啟時取負值）。減小水錘壓力的常用措施有哪些？1）縮短壓力管道的長度，在較長的引水系統(tǒng)中設置調(diào)壓室，是縮短壓力管道的常用措施延長有效的關閉時間；反擊式水輪機設置減壓閥（空放閥），沖擊式水輪機設置折流、減小壓力管道中的流速，但是減小了水體動能，從而減小水錘壓力，流量一定的情況下，需要增加斷面，增加管道造價，要和設調(diào)壓室比較。采用合理的閥門調(diào)節(jié)規(guī)律；設置水阻器。第十章調(diào)壓室1.調(diào)壓室的功用是什么？答：為了改善水錘現(xiàn)象，常在有壓引水隧洞（或水管）與壓力管道銜接處建造的反射水錘波、降低水錘壓力而設置的建筑物。調(diào)壓室有哪些基本要求？（1）調(diào)壓室的位置應盡量靠近廠房，以縮短壓力管道的長度。（2）能較充分地反射壓力管道傳來的水錘波。（3）調(diào)壓室的工作必須是穩(wěn)定的。在負荷變化時，引水道及調(diào)壓室水體的波動應該迅速衰減，達到新的恒定狀態(tài)。（4）正常運行時，水頭損失要小。（5）工程安全可靠，施工簡單方便，造價經(jīng)濟合理。3.調(diào)壓室位置的選擇應該注意什么？（p146）4.調(diào)壓室有哪些基本的布置方式？（p146）調(diào)壓室有哪些基本類型？答：1）簡單圓筒調(diào)壓室2）阻抗式調(diào)壓室3）水室式調(diào)壓室4）溢流式調(diào)壓室5）差動式調(diào)壓室6）氣墊式或半氣墊式調(diào)壓室調(diào)壓室水位波動計算的目的和內(nèi)容是什么？（p148）7.為什么要研究調(diào)壓室水位波動的穩(wěn)定問題？（p155）8.調(diào)壓室小波動穩(wěn)定條件的基本假設有哪些？（p155）9.為什么要設置尾水調(diào)壓室？尾水調(diào)壓室有何特點？（p160）10.調(diào)壓室水力計算的主要內(nèi)容是什么？（p159）答：由調(diào)壓室水位波動的穩(wěn)定條件．確定調(diào)壓室的斷面積；計算調(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口的高程。第十一章廠房總論1.水電站廠房設計的主要任務是什么？答：滿足主、輔設備及其聯(lián)絡的線、統(tǒng)和管道布置的要求與安裝、運行、維修的需要；保證發(fā)電的質(zhì)量；為運行人員創(chuàng)造良好的工作條件；以美觀的建筑造型協(xié)調(diào)與美化自然環(huán)境。從設備布置、運行要求的空間劃分的角度，水電站廠房分為哪四部分？答：主廠房、副廠房、主變壓器場、開關站3.水電站廠房的水機輔助設備主要有哪些？答：油系統(tǒng)設備、壓縮空氣系統(tǒng)設備、技術供水系統(tǒng)設備、排水系統(tǒng)設備。4.地面式廠房有哪些常用類型？答：河床式廠房：與其它建筑物如擋水壩、泄水建筑物等一起并排建在河床當中，廠房本身也起擋水作用。適用于水頭較低、單機容量較大的情況。壩后式廠房：位于擋水的下游側(cè)，發(fā)電用水由通過壩體的壓力管道引入廠房。廠房本身不起擋水作用。溢流式廠房：位于溢流壩挑坎下面的混凝土中，水流從廠房頂部流過。適用于河谷狹窄、泄洪量較大、機組臺數(shù)多、沒有合適位置布