水电站思考题.docx

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水电站思考题

水电站思考题

一、管道部分

1.水电站有哪些类型（以取得水头方式划分）？

各适用于什么条件？

答案：

按取得水头分有坝式，河床式，引水式三种典型布置（还有混合式，抽水蓄能，潮汐式等等）。

1、坝式水电站适用于建在河流中上游得高山峡谷中，集中的落差为中，高水头。

2、河床式水电站常一般见于河流中下游，水头较低，流量大，适用于水头低，流量大的河流。

3、引水式水电站适用于流量小，坡降大的河流中下游或跨流域开发方案。

2.电站一般由哪些建筑物组成？

各种建筑物的作用如何？

答案：

枢纽建筑物：

挡水建筑物、泄水建筑物、过坝建筑物、发电建筑物等。

发电建筑物：

进水口、引水道、调压室、压力管道、主厂房、副厂房、主变压器、开关站、尾水道等。

（1）水电站进水建筑物：

按发电要求将水引入引水道，分有压和无压进水口。

（2）水电站引水及尾水建筑物：

将水引入水轮机，常见的建筑物为渠道、隧洞、管道等。

（3）水电站平水建筑物：

用以平稳水电站负荷变化在引水或尾水建筑物中造成的流量及压力变化，如调压室、压力前池等。

（4）发电、变电和配电建筑物：

包括水电站厂房、变压器场、高压开关站。

3.进水口有哪几种类型？

各适用于什么条件？

答案：

按水流条件可分为有压式进水口，开敞式进水口，抽水蓄能进水口。

开敞式也称无压进水口，适用于天然河道或水位变化不大的水库中取水，有压式进水口适用于从水位变化幅度较大的水库中取水，抽水蓄能进水口适用于抽水蓄能电站。

4.有压进水口有哪几种类型？

各适用于什么条件？

答案：

按照结构特点，有压进水口可分为以下四种，1、洞式进水口：

适用于隧洞进水口的地质条件较好，便于对外交通，地形坡度适中，易于开挖平洞和竖井的情况。

2、墙式进水口：

适用于地质条件差，山坡较陡，不易挖井的情况。

3、塔式进水口：

适用于当地材料坝，进口处山岩较差，岸坡又比较平缓。

4、坝式进水口：

适用于混凝土重力坝的坝后式厂房，坝内式厂房和河床式厂房。

5.根据对进水口要求，如何选择确定进水口位置与高程？

水电站有压式进水口的位置：

应尽量使入流平顺、对称，不发生回流和漩涡，不出现淤积，不汇聚污物，泄洪时仍然正常进水。

进水口后接引水隧洞，还应与洞线布置协调一致，选择地形，地质及水流条件都适宜的位置。

有压式进水口的高程，顶部高程应低于最低水位，并具有一定的埋深S=CVd1/2其中d为闸门口高度。

底部高程应高于设计淤积高程，当有冲沙设备时，应根据排沙情况而定。

6.在靠近进水口工作闸门的下游必须设置通气孔，它的作用是什么？

作用：

引水道充水时用以排气，事故闸门紧急关闭放空引水道时，用以补齐以防出现有害真空。

7.水电站进水口工作闸门和检修闸门的作用是什么？

它们在运行上有什么要求？

工作闸门（事故闸门）作用：

紧急情况下切断水流，以防事故扩大，不起调节流量的作用。

运行要求：

动水中快速关闭，静水中开启。

检修闸门作用：

设在工作闸门上游侧，检修事故闸门和其门槽时用以堵水。

运行要求：

在静水中开启和关闭。

特殊情况下进口仅设检修门，而在调压室设事故闸门。

8.有压进水口包括哪些设备？

其作用是什么？

有压进水口包括以下几种设备：

1、拦污栅：

防止漂目、树枝、树叶、杂草、垃圾、浮冰等漂浮物随水流带入进水口，同时不让这些漂浮物堵塞进水口，影响进水能力。

2、闸门及启闭设备：

作用见第7题。

3、通气孔及冲水阀：

通气孔作用见前面。

冲水阀作用是开启闸门前向引水道冲水，平衡闸门前后水压，以便闸门在静水中开启。

9.压力前池的作用？

组成？

在进行压力前池布置时，需特别引起注意的是什么问题？

压力前池的作用：

①分配水量：

正常运行时把流量平顺的分配给各压力管道。

②平稳水压：

荷载突然变化时或事故时，能起反射水击波的作用，（与调压室同）。

③防污、防沙、防冰：

保护管道、水轮机。

④电站停机时，渲泄多余水量，保证下游用水。

组成：

①池身及扩散段：

渠道末端加宽、加深的过渡段以满足进水口布置需要。

②压力管道进水口：

其构成与有压进水口同，常采用挡水墙式。

③泄水建筑物：

溢流堰等，在严寒地区可用来排冰。

④排污、排沙、排冰设备：

压力前池布置时，需要注意的问题：

1、前池整体布置时，影视水流平顺，水头损失最小，以提高水电站的出力和电能。

2、前池应尽可能靠近厂房，以缩短压力管道的长度3、前池应建在地基的挖方中，选择压力前池的位置应特别注意地基稳定与渗漏条件。

（简单的说就是水头损失要小，渗漏问题，挖方中稳定问题）

布置要求：

①安全：

地质条件好、地基稳定、一定要置于挖方中。

（由于紧靠陡坡，渗径短，易于失稳、沉陷、滑坡）

②经济：

尽量靠近厂房（缩短压力管道），开挖工程量少。

③水流平顺：

以减小水头损失。

④便于施工、运行、检修。

10.压力水管的类型及其适用条件是什么？

压力水管的类型：

按布置方式分：

露天式（明管），地下式（地下埋管），坝身管，回填管。

按材料分：

钢管、钢筋混凝土管、钢衬钢筋混凝土管。

适用条件：

1、露天式明钢管由钢材卷制而成,其强度很高,可以承受较大的内水压力,适用于中高水头电站。

多为引水式地面厂房采用。

一般在其上设置镇墩、支墩、加劲环、伸缩节、阀门、进人孔、通气阀等。

2、地下埋管布置在岩体中,钢管与围岩之间用混凝土回填。

多为引水式地面厂房或地下厂房采用。

地下埋管可以是钢筋混凝土管或钢衬混凝土管。

3、坝身管布置在坝体内部或坝上、下游面,多为坝后式或坝内式厂房采用。

4、钢筋混凝土管具有造价低、可节约钢材、能承受较大外压和经久耐用等优点，通常用于内压不高的中小型水电站。

5、在内水压力作用下钢衬与外包钢筋混凝土联合受力，从而可以减小钢衬的厚度，该管适用于大HD值的情况。

11.水电站压力水管的供水方式主要有哪几种方式？

它们优缺点和适用条件如何？

答：

供水方式可归纳为以下三类：

（1）单元供水：

每台机组由一根专用水管供水；优点：

结构简单，运行灵活，可靠性好缺点：

钢材用量大，经济性较差；适用条件：

单机流量大，压力管道较短的情况；

（2）集中供水：

全部由一根管道供水；优点：

钢材用量最省，经济性好；缺点：

运行灵活性和可靠性差，需设置结构复杂的分岔管；适用条件：

单机流量不大，管道较长的情况；

（3）分组供水：

采用数根管道，每根管道向几台机组供水；其特点介于单元供水和集中供水之间；适用条件：

压力管道较长，机组台数较多和容量较大的情况。

12.地面明钢管的支墩型式有哪几种类型？

答：

支墩的作用：

承受水管和管道自重在法向的分力；

按管身与墩座间相对位移的特征，可将支墩分为滑动式，滚动式和摆动式3种；

滑动式:

鞍形滑动式支座：

将钢管直接支承在一个鞍形的混凝土支座上，包角为90o-120o。

其结构简单，但管身受力不均匀，摩擦力大，适用于直径小于1m的钢管;

有支承环的滑动支墩：

钢管通过支承环放置在支墩上，改善了管壁的受力不均匀现象，适用于直径小于2m的钢管。

滚动式:

特点是在支承环与支承面之间设置圆柱形辊轴，摩擦系数小，常用于垂直荷载较小而管径大于２米的钢管;

摆动式:

支承环和支承面之间设一个可以摆动的短柱，其下端与支承板铰接，上端以圆弧面与支承环的上托板接触，钢管变形时，短柱前后摆动，摩擦力很小，用于管径大于２米的钢管。

13.地面明钢管上镇墩的作用是什么？

镇墩的型式有哪几类？

答：

作用：

将钢管固定在山坡上，主要承受因管道转弯而产生的轴向不平衡力，不允许管道在镇墩处发生任何位移。

型式：

镇墩依靠本身重量固定钢管，一般用混凝土浇制，按钢管在镇墩上的固定方式，分为封闭式和开敞式两种形式；

封闭式：

将弯管段整个埋在混凝土中，固定管道较好，结构简单，镇墩处管道受力均匀。

开敞式：

将弯管段用锚环锚在管道下部的混凝土墩上，镇墩处管道受力不均匀，但易于管道检修。

14.为什么压力水管上要设伸缩节？

设在什么位置？

为什么？

答：

原因：

使钢管可轴向伸缩，消除大部分温度应力，且可适应少量不均匀沉陷；

位置：

装设在两镇墩间或厂房蝶阀前；用于适应钢管因受温度影响产生轴向位移和因建筑物不均匀沉陷等原因发生的角位移，并便于安装钢管。

有单向套筒伸缩节，双向套筒伸缩节，波纹管伸缩节，波纹密封套筒式伸缩节。

15.地面明钢管承受的最主要荷载是什么？

它主要引起什么应力？

（1）答：

地面明钢管承受的主要荷载：

内水压力（包括静水压力、动水压力、水重等）。

（2）钢管自重。

（3）温度变化引起的力。

（4）镇墩和支墩不均匀沉陷引起的力。

（5）风荷载和雪荷载。

（6）施工荷载。

（7）地震荷载。

（8）管道放空时通气设备造成的气压。

地面明钢管承受的最主要荷载是内水压力；其主要引起：

环向正应力，径向应力。

16.地面明钢管设计时应选择哪几个控制断面？

用图表示各控制断面的位置？

受力特点？

答：

跨中1-1断面：

特点：

支承环附近2-2断面：

特点：

2.由支承环（加劲环）约束所产生的局部弯矩和局部剪力M’和Q’。

3.由支承反力R在管壁中所产生的弯矩、剪力和轴力

17.导致地下埋管抗外压失稳的主要原因是什么？

改善地下埋管抗外压稳定的措施有哪些？

答：

明管失稳的原因：

管道放空时通气孔失灵在管内形成负压，而管外为大气压造成的。

地下埋管抗外压失稳的主要原因是承受：

1，外部地下水压力；2，浇筑混凝土垫层时未凝固混凝土的压力；3，灌浆压力的作用；

措施：

1，多采用排水管，降低外水压力；2，在钢衬外壁加加劲环，或用锚件将钢衬固定在混凝土上（增加管壁厚度或加劲措施）；3，减小初始缝隙，精心施工和接缝灌浆。

18.地下埋管现行设计理论主要存在哪些问题？

有哪些改进措施？

答：

存在问题：

①由上面分析可知，围岩承担内水压力q的大小与单位抗力系数K0、缝隙Δ关系密切，但K0、Δ不易确定。

单位抗力系数K0：

与岩石弹模，岩体的节理、裂缝等结构面有关。

只能通过现场试验，根据经验慎重选用。

公式一般不宜采用。

②上述设计理论只考虑了围岩抗力（计算出的围岩所分担的内水压力），与其承载力无必然联系。

一旦实际承载力超过计算中它所分担的内水压力时，围岩的承载力没有得到充分利用。

③对于高HD值埋管，所需钢衬厚度δ仍太大，加工困难，质量难于保证。

④限制钢衬在弹性范围内工作，没有利用材料塑性。

⑤目前的灌浆技术还很难适应各种各样的围岩地质条件。

灌浆代价高，费工期，可能造成钢衬质量问题。

采用灌浆措施来减少钢材用量在技术经济上不一定合理。

改进途径：

由于以上问题，埋管现行设计理论很难适应水电工程发展的需要，急需改进，改进途径也是我们值得进一步研究的问题有两方面：

1、提高钢衬承载能力：

①研究高强度钢——在保证塑性、韧性、冷加工性、可焊性基础上提高强度。

②新的结构型式：

双层管、箍管（用箍给管壁施加预应力）。

2、改进设计思想、设计理论：

充分利用围岩承载，在围岩条件较好时，少衬或不衬，已成为国内外的一种趋势。

①塑性设计理论：

利用材料塑性，按明管计算；

②柔性管：

由围岩承担全部内水压力。

柔性钢衬（或其他防渗材料）起防渗作用。

③预应力混凝土衬砌：

压力灌浆—围岩承载

高强钢丝—钢丝承载

④完全取消衬砌，需围岩有足够承载力及抗渗性能。

指导思想：

当围岩有较好的防渗性能时，而且有足够的初始应力可以防止围岩在内水压力下发生水力劈裂，则可不作衬砌。

19.坝内埋管主要有哪几种结构型式？

其受力特点有什么不同？

答：

倾斜式，平斜式，竖直式；倾斜式其轴线与下游坝坡平行，基本上与坝体最大主应力的方向一致，这样可以减少坝体荷载在孔口边缘引起的应力。

20.与坝内埋管相比，坝下游面管有什么优缺点？

其适用条件如何？

答：

优点：

（1）管道结构简单、受力明确；

（2）施工简便，现场安装工作量小，进度快，与坝体施工干扰小。

缺点：

（1）但当钢管直径和水头很大时，用钢量大，可能引起钢管材料和工艺上的技术困难。

（2）敷设在下游坝面上的明钢管一旦失事，水流直冲厂房，后果严重。

适用