水电站建筑物.ppt

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1、第六章 水电站建筑物,考 试 大 纲,6.1 厂房熟练掌握地面厂房厂区及厂房布置设计。熟练掌握地面厂房整体稳定分析及地基处理设计。熟练掌握地下厂房位置选择及布置设计。掌握地面厂房结构设计及构造要求。掌握灯泡贯流式机组厂房厂区及厂房布置设计。了解地下洞室围岩稳定分析方法。,6.2 进水口熟练掌握电站进水口水力计算和结构设计。掌握电站进水口结构布置及防沙、防污、防冰设计要求。6.3 压力管道熟练掌握压力钢管的选型、安全稳定条件与构造要求。掌握压力钢管水力计算与结构设计。,考 试 大 纲,第六章 水电站建筑物,6.4 调压井了解调压井选型基本要求。6.5 边坡处理掌握边坡工程处理设计。,考 试 大

2、纲,第六章 水电站建筑物,第一节 水电站厂房设计,一、水电站厂房的组成,（1）主厂房,（3）主变压器场,（2）副厂房,（4）开关站,从设备布置、运行要求的空间可分为：,二、水电站厂房型式,水电站厂房按结构及布置特点可分为地面式（包括河床式、坝后式、岸边式）、地下式（包括地下式、半地下式、窑洞式）、坝内式、厂顶溢流式等型式。,（一）地面式厂房（1）河床式厂房（2）坝后式厂房（3）岸边式厂房,（二）地下式厂房（1）地下式厂房（2）窑洞式厂房,（三）其他型式厂房（1）坝内式厂房（2）厂顶溢流式厂房,地 下 厂 房,三、地面厂房厂区布置,（一）厂区布置原则（1）合理布置主厂房、副厂房、主变压器场地、开

3、关站、高低压引出线、进厂交通、发电引水及尾水建筑物等，使电站运行安全、管理和维护方便。（2）妥善解决厂房和其它建筑物（包括泄洪、排沙、通航、过竹木和过鱼等）布置及运用的相互协调，避免干扰，保证电站安全和正常运行。（3）考虑厂区消防、排水及检修的必要条件。（4）综合考虑施工程序、施工导流及首批机组发电投运的工期要求，优化各建筑物的布置。,（二）坝后式厂房的厂区布置（三）岸边式厂房的厂区布置（四）尾水渠布置（五）主变压器布置（六）开关站布置,四、主厂房主要尺寸的确定,（一）主长房长度的确定（1）机组间距L1（二）主厂房宽度的确定（三）主厂房高度的确定1）水轮机吸出高度Hs,五、厂房内部布置,（一）

4、发电机层布置（二）安装间布置（三）水轮机层布置（四）蜗壳层及蝴蝶阀的布置（五）检查（排水）廊道及水泵室的布置（六）副厂房布置,六、厂房结构布置,（一）伸缩缝布置（二）厂房水下结构布置（三）厂房水上结构布置,七、地面厂房整体稳定分析及地基应力计算,（一）荷载组合（二）荷载（三）整体稳定及地基应力计算（四）地面厂房的基础处理,八、地面厂房结构设计,（一）一般规定（二）尾水管结构设计（三）水轮发电机机墩设计（四）蜗壳设计（五）水电站厂房吊车梁设计（六）水电站厂房排架设计,九、灯泡贯流式机组厂房设计,（一）厂区布置（二）厂房布置（三）厂房结构计算,十、水电站地下厂房设计,（一）地下厂房布置特点（1）首

5、部式开发布置（2）中部式开发布置（3）尾部式开发布置（4）半地下式及窑洞式厂房布置的特点,（二）地下厂房枢纽布置1.厂房位置选择 厂房位置的选择原则2)厂房埋置深度3)洞口的选择4)洞室间岩体厚度,2.厂房纵轴线方向的选择1）洞室纵轴线走向，宜与围岩的主要构造弱面断层、节理、裂隙、层面等呈较大夹角。同时，应注意次要构造面对洞室稳定的不利影响。2）对于深埋的地下洞室，地应力往往较大，此时洞室纵轴线走向不仅要考虑与构造弱面的夹角，还应考虑与地层主应力的关系。3）洞室纵轴线走向还要考虑与上下游水道及调压室位置等因素，避免水道过多转弯甚至延长。,3.主、副厂房内部布置主厂房主机间的控制尺寸主阀布置副厂

6、房布置安装间布置,4.主变压器和开关站的布置变电站布置在地面主阀布置主变压器布置在地下，开关站布置在地面主变压器及开关站都布置在地下主变压器布置在地下的型式,5.尾水布置尾水系统设计应满足SL266-2001水电站厂房设计规范的有关要求。抽水蓄能电站的尾水洞一般较长，常用多机一洞布置，各机组后面设尾水闸门或阀门。,6.其它附属洞室的布置附属通道布置交通运输洞的布置竖井布置出线洞安全交通道排水廊道,7.通风、防潮和排水布置地下厂房通风系统的布置应遵循的原则地下厂房、主变压器室及高压开关站等洞室的防渗、排水、防潮措施，应根据工程地质、水文地质和工程布置情况确定。,（三）地下厂房洞室围岩稳定分析,1

7、.围岩地质条件2.地下洞室形状3.地下洞室尺寸4.地下洞群间距5.地下洞室开挖与临时支护6.围岩稳定分析7.地下洞室支护,（四）岩壁吊车梁设计,地下厂房中除可采用常规的吊车梁、柱外，还可根据具体条件选用能缩小厂房开挖跨度的吊车梁。岩壁式、岩台式吊车梁的设计与施工应满足的要求。,第二节 进水口设计,一、进水口类型及结构布置,1.坝式进水口2.河床式进水口3.岸塔式进水口,（一）进水口类型,4.竖井式进水口5.岸坡式进水口6.开敞式进水口7.塔式进水口,（二）进水口布置 在各级水位下，进水口应水流平顺、流态平稳、进流匀称和尽量减少水头损失，并按运行需要引进所需流量或中断进水。进水口应避免产生贯通式

8、漏斗漩涡。否则，应采取消涡措施。进水口所需的设备应齐全，闸门和启闭机应操纵灵活可靠，充水、通气和交通设施应畅通无阻。多泥沙河流上的进水口，应设置有效的防沙措施，防止泥沙淤堵进水口，避免推移质进入引水系统。多污物河流上的进水口，应设置有效的导污、排污和清污措施，防止大量污物汇集于进水口前缘堵塞拦污栅，影响电站运行。,（三）进水口防沙、防污、防冰 1.防沙 2.防污 3.防冰,二、进水口水力计算,水电站进水口的水力计算应根据进水口型式进行相应的水力计算，计算内容包括：各式进水口的水头损失；开敞式进水口的引水流量；有压进水口的通气面积；有压进水口的管道充水时间；竖井式进水口竖井上游管道的水锤压力。,

9、（一）水头损失计算（1）有压进水口喇叭段最小断面水头损失（2）拦污栅损失（3）闸门槽水头损失（4）渐变段（矩形断面变圆）水头损失（5）沿程损失,（二）有压进水口的最小淹没深度（1）从防止产生贯通式漏斗漩涡考虑，建议按戈登公式估算。（2）从防止产生负压考虑，建议按式（）估算。（三）开敞式进水口流量开敞式进水口流量按式(6.2.2-9)计算。,三、进水口结构设计,（一）开敞式进水口布置及孔口尺寸拟定 1.开敞式进水口布置 从防沙考虑，应充分利用河流弯道的环流作用，将进水口设在凹岸，引进河流表层清水，将底沙挟带到凸岸，以减轻泥沙对进水口的威胁，减少入渠泥沙，同时避免回流引起漂浮物的堆积。进水口位置应

10、设在弯道顶点以下水最深、单宽流量最大、环流作用最强的地方。这个地点距弯道起点的距离L可由式(6.2.3-1)初步确定。,2.开敞式进水口的尺寸拟定1)进水口底板顶面高程2）开敞式进水口孔口尺寸,（二）深式进水口高程选择及尺寸拟定 1.深式进水口高程选择时需考虑的因素 1）进水口顶部高程应在水电站运行中可能出现的最低水位以下，并有一定的淹没深度，以免产生漩涡而吸入空气和漂浮物，引起振动和噪音，减少流量，降低水轮机的出力。2）进口底板高程必须在水库设计淤沙高程以上，以免堵塞进水口。如无法满足此项要求时，应设置冲沙设施，保证进口门前不被淤积。3）考虑闸门结构、启闭设备及引水道的造价，进口高程应尽可能

11、提高。4）进口高程应考虑综合利用要求，如满足灌溉、渔业、航运、供水等要求。,2.进口高程的选择1）进口底部高程进口底部高程通常应在水库设计淤沙高程以上0.51.0m。当设有冲沙设施时，应根据排沙条件决定。2）进口顶部高程 避免进水口前出现吸气漏斗和漩涡的临界淹没深度Sk，Sk可按式(6.2.3-3)计算。避免压力管道出现负压，进口闸门顶部在水库最低水位下的最小安全距离s，可按式(6.2.3-4)计算，,3.深式进水口尺寸拟定 深式进水口轮廓尺寸拟定时，要保证最优的水流条件，减少水头损失，并满足设备布置要求。此外，还要简化结构，便于施工。1）进口段 2）闸门段 3）渐变段 4）通气孔 5）进人孔

12、,（三）深孔式进水口的结构设计（1）进水口应进行沿建基面整体抗滑稳定与地基应力计算。（2）隧洞式进水口是在河岸岩石中开挖而成的，闸门设置在开挖竖井之中，故结构设计时可完全按地下结构（隧洞和竖井）考虑。（3）岸坡式进水口紧靠在山岩之上，因进水口长期浸在水中，进水口背坡的稳定性需要充分论证（包括地震力作用）。（4）塔式进水口承受着冰压力、风浪压力的作用，在地震区还要承受地震惯性力和地震动水压力的作用。（5）布置在混凝土重力坝上的坝式进水口，结构计算主要是计算坝体开孔的孔口应力和配置孔口的加强钢筋，以及按空间刚架计算拦污栅支撑结构等。,第三节 压力钢管设计,一、概况,（一）压力钢管的分类,（二）压力

13、钢管的附件及其他设备,（三）材料,（四）压力管道设计原则,（五）压力钢管设计的一般步骤,二、管线布置,（一）压力管道根数确定（二）管道线路（三）压力钢管的经济直径,三、压力钢管选型,（一）地下埋管与明管的选择（二）坝内埋管与坝后背管的选择,四、水力计算,（一）压力钢管的水头损失（二）水锤计算,压力钢管的水力计算包括钢管的水头损失计算和水锤压力计算。计算成果应包括（1）最高压力线；（2）最低压力线；（3）水头损失。,五、压力钢管构造要求,（一）管壁厚度（二）焊缝布置（三）消除应力要求（四）伸缩节、预留环缝和凑合节（五）其他要求,六、明管,（一）布置特点1.地形、地质条件2.事故溢洪道3.镇、支墩

14、（二）结构计算（三）构造特点1.镇、支墩2.伸缩节3.其他要求,七、明管,（一）布置特点（1）地形地质条件（2）管线布置（3）排水系统（4）压力钢管失稳,（二）结构计算（1）地下埋管承受内水压力计算原则1）钢衬与管外混凝土之间以及混凝土与岩石之间有缝隙。2）缝隙的存在，使钢衬的工作分为两个阶段。3）认为钢衬与围岩之间的混凝土已经出现径向裂缝。4）认为所有材料（钢、混凝土和围岩）都在弹性阶段内工作，岩石被当作各向同性材料。（2）结构分析,（三）构造特点（1）灌浆 地下埋管灌浆包括回填灌浆、接触灌浆和固结灌浆，可在同一孔中分序进行，但在进行固结灌浆时，必须设置封堵栓塞。钢管壁上宜预留灌浆孔，并在管

15、外焊接补强板。灌浆过程中，应进行检测，防止钢管发生失稳事故。灌浆后，全部灌浆孔均应严密封堵。（2）加劲环与阻水环（3）其它要求,八、坝内埋管,（一）布置特点（二）结构分析计算原则与混凝土开裂情况判别（1）结构分析计算原则（2）混凝土开裂情况的判别（三）构造特点（1）坝内埋管安装（2）阻水环（3）接触灌浆,九、坝后背管,（一）布置特点（二）构造特点（1）结构分析计算原则（2）混凝土开裂情况的判别（三）构造特点（1）坝内埋管安装（2）阻水环（3）接触灌浆,十、岔管,（一）岔管的种类与选型（1）三梁岔管（2）月牙肋岔管（3）球形岔管（4）无梁岔管（5）贴边岔管（6）外包钢筋混凝土岔管（7）钢筋混凝土

16、岔管,（二）布置特点（1）岔管布置原则（2）布置型式（3）管底排水（4）体形参数（三）构造特点 三梁岔管、月牙肋岔管和无梁岔管在锥管与锥管之间、锥管与球壳之间应布置虚拟的公切球，使其相贯线成为平面曲线，简化体型。,第四节 调压室设计,一、水电站不稳定工况,当水电站的负荷发生变化时，水轮机的转动力矩与发电机的阻力矩失去平衡，引起机组转速变化，调速器为了保持机组转速恒定，必相应地改变水轮机的流量，从而在水电站的过水系统中引起非恒定流现象。,（一）水锤及调节保证计算的任务,（二）水锤基本方程,（三）水锤计算,（四）减小水锤压强的措施,二、水锤及调节保证计算,水锤由流量变化引起，引起流量改变的原因很多

17、，归纳起来有两类：第一类：正常运行情况下的负荷变化。第二类：事故引起的负荷变化。,（一）调压室的功能,三、调压室的功能、要求和设置调压室的条件,(1)由调压室自由水面反射水锤波，限制水锤波进入引水道，减少压力管道及水轮机的水锤压力。(2)改善水轮机在负荷变化时的运行条件及系统供电质量。,（二）调压室的基本要求,(1)调压室的布置应尽量靠近厂房，以缩短压力水管的长度。(2)能较充分地反射压力管道传来的水锤波。(3)调压室的顶部，应满足水库最高设计水位当电站在瞬时丢弃全部负荷时，水涌入调压室所需的容积及高度。(4)调压室的工作必须满足稳定条件，即在任何情况下负荷变化时，引水道和调压室中水体的波动必

18、须是逐渐衰减的。(5)结构安全可靠，施工简单方便，造价经济合理。,（三）调压室的设置条件,（四）调压室的基本类型,根据DL/T5058-1996水电站调压室设计规范设置调压室，应在机组调节保证计算和运行条件分析的基础上，考虑水电站在电力系统中的作用、地形地质条件和压力管道布置等因素，进行技术经济比较后确定。,引水调压室(上游调压室)尾水调压室(下游调压室)上下游双调压室系统上游双调压室系统,（五）调压室的基本结构型式,(1)简单圆筒式调压室。(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)气垫式调压井。,（一）调压室水力计算的基本原理,四、调压室水力计算,

19、进行调压室水力计算的目的，主要解决两个问题：(1)求出调压室中可能出现的最高和最低水位及水位变化过程，从而确定引水道的设计压力和布置高程，并确定调压室的高度；(2)根据波动衰减的要求，求出调压室所需的最小稳定面积。,（二）水位波动计算,调压室水位波动计算常用的方法有解析法与逐步积分法。解析法较为简便，可直接求出最高和最低水位，但精度较差，不能求出波动的全过程，常用以初步决定调压室的尺寸。逐步积分法必须通过逐步计算才能求出最高和最低水位，此法的最大优点是可以求出波动的全过程。逐步积分法又分为图解法和数值积分法(列表法)，两者原理相同。图解法简便、醒目；数值积分法则较精确；逐步积分法一般用于最后尺寸校核。,（三）调压室稳定断面的分析计算,因为调压室的波动衰减问题，主要是保证水电站发电机组的稳定运行问题，在机组的稳定运行有可靠的论证和措施时，调速室断面的改进或减小才有可能 调压室的稳定断面面积计算可采用现行规范中有关公式计算。从上述稳定断面的计算公式中可以看出：(1)水电站的水头H愈高，要求的稳定断面愈小，即波动的衰减条件愈易满足。(2)引水道的糙率愈大，水头损失系数愈大，因此稳定断面面积愈小。,谢 谢,