水电站复习提纲答案

1、水电站的类型按集中水头的方式，水电站可分为三类：
坝式水电站引水式水电站混合式水电站（抽水蓄能电站、潮汐电站）
2、潮汐电站使用的机组贯流式水轮机
3、水电站建筑物的组成
枢纽建筑
挡水建筑物，如坝或闸；
泄水泄沙建筑物，如泄洪孔、冲沙孔；
过坝建筑物，如取水口、筏道、渔道、航道。

发电建筑物
引水建筑物，如进口及其附属建筑物（栅、检修门、工作门）、压力管道，尾水建筑物；
发电厂房及附属建筑物，如主副厂房、变压器场、开关站
4、进水口的类型
A无压类似于水闸，明流，引表层水为主适用于无压引水式电站
B有压有压进水口按照结构特点，可分为以下六类:
1、闸门竖井式进水口
2、岸坡式进水口
3、塔式进水口
4、坝式进水口
5、河床式进水口
6、分层取水进水口
最低水位以下，有压流，引深层水为主适用于坝式、有压引水式、混合式水电站(增加:分层取水进水口两种方案：
1、水库不同高程分别设置进水口，通过闸门控制分层取水；
2、叠梁闸门控制分层取水进水口。

)
5、有压进水口的基本要求
要有足够的进水能力。

合理安排其位置和高程，水流平顺并有足够的断面尺寸。

水质要符合要求。

要设置拦污、防冰、拦沙、沉沙及冲沙设备。

水头损失小。

位置合理，轮廓平顺、流速较小，尽可能减小水头损失。

可控制流量。

进水口须设置闸门。

满足水工建筑物的一般要求。

稳定，运行检修方便
6、有压进水口的高程:顶部高程应低于最低死水位，并有一定的埋深，不出现吸气漩涡
7、有压进水口闸门、通气孔及充水阀的作用
为控制水流，进水口必须设置闸门。

闸门可分为事故闸门和检修闸门。

通气孔作用：是当引水道充水时用以排气，当事故闸门紧急关闭放空时用以补气，以防出现有害真空
充水阀作用：开启闸门前向引水道充水，平衡闸门前后水压，以便在静水中开启闸门，从而减小闸门起门力
8、无压进水口布置位置:河道弯曲段的凹岸,避免漂浮物聚集,防止泥沙淤积以及便于引进清
水
9、沉沙池的原理:加大过水断面，减小水流的流速及其挟沙能力，使有害泥沙沉淀在沉沙池
内，将清水引入引水道
沉砂池位置：无压进水口之后，引水道之前
作用：1、防止泥沙进入引水道；2、减少引水道泥沙淤积，减轻对水轮机的磨损
10.渠道的分类（自动调节、非自动调节）
非自动调节渠道：渠顶大致平行渠底，渠道的深度沿途不变，在渠道末端的压
力前池中设溢流堰。

自动调节渠道：渠道首部堤顶和尾部堤顶的高程基本相同，并高出上游最高水位，渠道断面向下游逐渐加大，渠末不设泄水建筑物。

11、压力前池的作用及组成建筑物
作用：（1）平稳水压，平衡水量；（2）均匀分配流量；（3）宣泄多余水量；
（4）拦阻污物和泥沙
组成建筑物：前室，进水口，泄水建筑物，冲沙、拦冰及排水建筑物。

12、设置日调节池的条件:当引水渠道较长，且水电站担任峰荷的水电站
13、压力钢管的分类
按布置方式分:明管：暴露在空气中(无压引水式电站)
地下埋管（隧洞埋管) :
埋入岩体。

(有压引水电站)
混凝土坝身埋管：依附于坝身(混凝土重力坝及重力拱坝)，包括：坝内
管道、坝上游面管、坝下游面管
按材料分:钢管(大中型水电站)
钢筋混凝土管(小型电站)
钢衬钢筋混凝土管
不衬砌、锚喷或混凝土衬砌、聚酯材料管、木管等
14、压力管道的供水方式分类及适用条件
1．单元供水：一管一机。

不设下阀门。

适用：(1) 单机流量大、长度短的地下埋管或明管；(2) 混凝土坝内管道2．集中供水：一根主管，向多台机组供水。

设下阀门。

适用：机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管和明管
3.分组供水：多根主管，每根主管向数台机组供水。

设下阀门。

适用：压力水管较长，机组台数多，单机流量较小的情况。

15、明钢管宜采用分段式布置，什么叫分段式？????????
16、露天钢管附件的名称及作用（镇墩、支墩、伸缩节）
镇墩：防止钢管位移
支墩：支承钢管（管身在其上可移动）
伸缩节：减小温度应力（可自由伸缩；适应少量不均匀变形）
17、支墩按其上支座与管身相对位移的特征分成3种类型: 滑动式、滚动式、摆动式
18、明钢管上阀门的分类及适用条件
(1)蝴蝶阀
优点：启闭力小，操作方便迅速，体积小,重量轻，造价低。

缺点：开启状态时，阀体对水流有扰动，水头损失较大；关闭状态止水不严。

适用：直径较大和水头不很高的情况
2) 球阀：球形外壳+可旋转的圆筒形阀体+附件。

优点：开启状态时没有水头损失，止水严密，能承受高压。

缺点：结构复杂，尺寸和重量大，造价高。

适用：高水头电站
明钢管的抗外压失稳的概念:机组运行过程中由于负荷变化产生负水击，而使管道内产生负压；管道放空时通气孔失灵，而在管道内产生真空。

20、明钢管在外压下不失稳的条件。

如果不满足不失稳的条件，可以采取什么措施满足抗外压失稳
21、锅炉公式确定计算壁厚，并校核明钢管的抗外压失稳
22、分岔管的分类:1、三梁岔管2、月牙肋岔管3、贴边式岔管4、无梁岔管5、球形岔管6、隔壁岔管
23、简述地下埋管的优缺点
优点：1、布置灵活方便
2、钢管与围岩共同承担内水压力，减小钢衬厚度
3、运行安全
缺点1．构造比较复杂，施工安装工序多，工艺要求较高，施工条件较差，会增加造价；
2．外压稳定问题突出。

国内外地下埋管破坏多数为外压失稳。

24、地下埋管中，围岩抗力系数及初始缝隙对钢管应力的影响
25、防止埋管钢衬受外压失稳的根本方法:降低地下水水压力是防止钢衬失稳的根本方法，
措施是排水廊道结合排水孔；
26、水击波传播一个周期的分析**************(超级重点)
27、水击波传播一个周期内，阀门断面、水库断面水击压力随时间的变化过程
28、简要叙述水电站水锤及调节保证计算的目的
A、水锤计算的目的：决定管道内的最大内水压力，作为射击或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；决定管道内最小内水压力，作为管线布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；研究水锤与机组运行的关系，如对机组转速变化的影响等。

B、调压保证计算的目的：通过调节保证计算和分析，正确合理地解决导叶启闭时间、水锤压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水锤压力和转速上升值在经济合理的允许范围内。

29、水击产生的根本原因:水锤压力实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力
减小水击压强的措施：(一) 缩短压力管道的长度(二) 减小压力管道中的流速
(三) 减小压力管道流速的变化梯度(四) 选择合理的调节规律
30、直接水锤，间接水锤的定义
直接水锤:如果水轮机调节时间Ts≤2L/a，则水库反射波回到阀门之前开度变化已经结束，阀门处只受开度变化直接引起的水锤波的影响
间接水锤:如果水轮机调节时间Ts>2L/a，则开度变化结束之前水库反射波已经回到阀门处，阀门处的水锤压力由向上游传播的F波和向下游传播的f波相叠加而成
31、连锁方程求解水击压强
32、开度依直线变化的水击压强的计算
33、关闭规律对水击压强的影响
A .在高水头电站中常发生第一相末水锤，所以可以采取先慢后快的非直线关闭规律
B.在低水头电站中常发生末相水锤，所以可以采取先快后慢的非直线关闭规律
34、反击式水轮机水击压强的计算
35、水锤计算条件的选择（最大水击压强，最大转速上升）
36、调压室的作用:
1.反射水锤波。

基本上避免或减小压力管道传来的水锤波进入压力引水道；
2.短压力管道的长度。

减小水锤压力；及时蓄水和供水
3.改善机组在负荷变化时的运行条件及系统供电质量
37、调压室应满足的基本要
1应有自由水表面和足够的底面积，以保证水锤波的充分反射，以减少管道水锤压力；
2调压室的工作必须是稳定的。

调压室内水体的波动应该逐渐衰减，并且越快越好；
3水流经过调压室与引水道连接处的水头损失要小。

4尽量靠近厂房，以缩短压力管道的长度
5结构安全可靠，施工简单方便，造价经济合理。

38、调压室的连续方程
39、调压室的基本结构型式1、简单式调压室2、阻抗式调压室3、双室式调压室(4) 溢流式
调压室(5) 差动式调压室(6)气垫式或半气垫式调压室
40、“引水道－调压室”水位波动现象（大、小波动）
大波动，即电站发生大幅度的负荷变化，调压室中将发生较大的水位波动；
小波动，即电站微小的负荷变化所造成的水位小幅度波动。

41、调压室水位波动的稳定条件 1.必要条件是调压室断面F 大于临界断面 2.引水道和压力管道水头损失之和必须小于水电站静水头的1/3，即 42、调压室水力计算的内容及条件（详述）
①由调压室水位波动的稳定条件，确定调压室的断面积（水位波动的稳定性
计算），引水道应选用可能的最小糙率（α），而压力管道则应选用可能的最大糙
率（使H1小）
②计算调压室最高涌波水位，从而确定调压室的顶部高程（最高涌波水位的
计算），上游水库水位应取正常发电可能出现的最高水位，一般按设计洪水位计
算。

引水道的糙率应取可能的最小值（能耗少、涌波高）。

计算工况应按丢弃全
负荷考虑。

③计算调压室最低涌水位，从而确定调压室底部和压力管道进口的高程（最
低涌波水位的计算），上游水库水位应取可能的最低水位，引水道糙率则取可
能的最大值（阻力大、供水慢）
0002(3)
k w wT Lf F F g H h h α>=--00013w wT h h H +<
43、水电站厂房的五大系统(1) 水流系统(2) 电流系统(3) 电气控制设备系统(4) 机械控制
设备系统(5) 辅助设备系统
44、水电站厂房建筑物的组成：主厂房、副厂房、主变压器场、开关站
45、水电站厂房的结构组成划分（垂直上分，以发电机层楼板为界，分为上部结构）
1．水平面上可分为主机室和安装间。

主机室是运行和管理的主要场所，水轮发电机组及辅助设备布置在主机室；安装间是水电站机电设备卸货、拆箱、组装、检修时使
用的场地。

2．垂直面上，根据工程习惯主厂房以发电机层楼板面为界，分为上部结构和下部结构。

(1) 上部结构。

与工业厂房相似，基本上是板、梁、柱结构系统。

(2) 下部结构。

为大体积混凝土整体结构，主要布置过流系统，是厂房的基础。

46、水电站副厂房位置的布置方案及适用于什么类型的厂房
47、水电站厂房的控制高程：水轮机的安装高程是控制高程
48、水电站油系统的分类
油系统分为透平油系统（润滑、冷却、提供压力）和绝缘油系统
49、调速系统的组成
50、地下式厂房的优缺点（详述）
优点:1有利于整体布置,尤其是深峡谷,大流量的河道上
2可选择地质条件较好的区域，布置较灵活
3可有效降低工程造价
4施工不受严寒、酷热和多雨影响
5有利于保持地面景观
在河道比较狭窄、洪水流量较大的情况下，可减少与泄洪建筑物的矛盾
厂房免受泄洪挑流、雾化的影响
厂房不受下游高水位淹没
便于施工导流
与其它建筑物施工干扰少，有利于快速施工，提前发电
缺点: 1．开挖量大，增加了工程费用
2．通风、防潮、照明条件较差
3．地质条件较差时，支护费用高
51、地下式厂房的布置类型 1. 首部式布置2. 中部式布置3. 尾部式布置
计算题：
1、基本资料：某电站简单压力管道，设计水头160m ，管道中最大流速为4m/s ，管道长600m ，水锤波速1200m/s ，阀门全部开启。

试计算：
(1) 当阀门在1秒中全部关闭，求最大水锤压力。

(2) 当阀门在8秒中按直线规律全部关闭，求最大水锤压力值。

解： (1)相长t r =2L /a =2×600/1200=1s
T s =1s=t r ，发生直接水锤
12004489.89.8
a H v m g ∆=∆=⨯= (2) T s =8s ＞t r ，发生间接水锤
水管特性常数ρ=(av max )/(2g H 0 ) =(1200×4)/(2×9.8×160)=1.53
ρτ0=1.53×1=1.53>1
判断为极限水锤
管道特性系数σ=(Lv max )/(g H 0T s )=(600×4)/(9.8×160×8)=0.191
最大水锤压力相对值ξm =2σ/（2-σ）=2×0.191/（2-0.191）=0.211
2、基本资料：某电站引水管道长600m ，管道直径4m ，引用流量50m 3/s ，设计水头120m ，最大水头150m ，最小水头60m 。

求：(1) 试用水流加速时间公式判断是否需设调压室。

(T w <1.5~6s 时可不设)
(2) 如设，求托马断面(α=0.19)。

，压力管道水头损失1.3m 。

解：(1) s m D F Q v /457.12504
4
5045022==⨯===ππ s gH v L T p i i w 03.2120
8.94600=⨯⨯==∑ 介于1.5s 与6s 之间，是否设调压室应根据电站在电力系统中所占的比例 来确定。

(2)调压室托马断面为：
2200117.38)
3.13419.060(8.919.0257.12600)
3(220m h h H g Lf gH Lf F wT w th =⨯-⨯-⨯⨯⨯⨯=--==
αα
3、基本资料：某地面压力钢管H P =90m ，V max =4.5m/s ，水锤压力按30%H P 计算，求管壁计算厚度与结构厚度并进行抗外压稳定校核。

(用彭德舒公式计算D ，[σ]=130000kPa ，φ=0.95)。

解：(1)计算管道直径：732max 73max )4(2.52.5p p
H D V H Q D π⨯⨯== 3
33
3max 333.145.2 5.2 4.544 2.54790p V D m H π⨯⨯⨯=== (2)管壁计算厚度：38(130%)1109.8 1.390 2.5472[]2[]2 1.3100.95
p H D PD γδσφσφ+⨯⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯ 0.0118211.82m mm ==
12mm δ=计
(3)管壁结构厚度：212214mm δδ=+=+=计结构
(4)抗外压稳定校核：
抗外压稳定校核不满足要求。

4.某水电站H0=250m ，管长L=500m ，正常运行时的速度v0=4m/s ，水击波在该管中
的传播速度C=1000m/s 。

若压力管道后接冲击式水轮机，阀门依线性开度规律丢弃满负荷，阀门操作时间Ts = 4s ，试求阀门处的最大水击压力ΔH 。

（ σρτσξ-+=0112， σρτση++=0112， σσξ-=22m ， σ
ση+=
22m ） 解：1s 1000
5002C 2L Tr =⨯==＜Ts = 4s ，产生间接水击。

丢弃满负荷，τ0=1，为正水击。

82.02508.92410002gh v c ρ00=⨯⨯⨯== ，ρτ0=0.82＜1，为一相水击。

204.042508.94500T gH v L σs 00=⨯⨯⨯==
252.0204
.082.01204.021201=-+⨯=-+=σρτσξ
阀门处的最大水击压力ΔH=ξ1H0=0.252×250=63m。