水电站重点.doc

第一章 绪论1.简述水力发电的基本原理.答：水力发电就是利用水力(具有水头）推动水力机械(水轮机)转动，将水的动能和重力势能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械（发电机)随着水轮机转动便可发出电来,这时机械能又转变为电能.水力发电在某种意义上讲是水的势能变成机械能，又变成电能的转换过程.2. 坝式水电站有哪些常用类型,它们的适用条件是怎样的? 答:坝式、引水道式、混合式 坝式：河道坡降较缓,流量较大，并有筑坝建库的条件. 引水道式：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。 混合式：适用于上游有优良坝址,适宜建库,而紧接水库以下河道突然变陡或河流有较大的转弯。第二章 进水口及引水道建筑物1、有压进水口有哪些主要型式？有何特点？ 坝式进水口：位于混凝土坝或河床式电站厂房的上游坝体内,成为统一体. 岸式进水口：位于河岸上,用于连接隧洞，有竖井式和岸墙式 塔式进水口：塔身位于水库，可以从一边或四周进水岸坡地质条件差时用以连接隧洞，或在连接坝低埋管时采用。3、 水电站进水口应该满足哪些基本要求? (1) 要有足够的进水能力：在任何工作水位下，进水口都能引进必须的流量.因此在枢纽布置中必须合理安排进水口的位置和高程；进水口要求水流平顺并有足够的断面尺寸，一般按水电站的最大引用流量设计。 (2) 水质要符合要求：不允许有害泥沙和各种有害污物进入引水道和水轮机.因此进水口要设置拦污、防冰、拦沙、沉沙及冲沙等设备。 （3） 水头损失要小：进水口位置要合理，进口轮廓平顺，流速较小，尽可能减小水头损失。 (4) 可控制流量：进水口须设置闸门，以便在事故时紧急关闭，截断水流，避免事故扩大，也为引水系统的检修创造条件。对于无压引水式电站，引用流量的大小也由进口闸门控制。 （5） 满足水工建筑物的一般要求：进水口要有足够的强度、刚度和稳定性，结构简单，施工方便，造型美观，便于运行、维护和检修. 4、 为什么要设沉沙池？其原理是怎样的？ 答:防止已经进入进水口的悬移质泥沙中的有害颗粒进入引水道原理：位于无压进水口之后，引水道之前，加大过水断面,减小水流的流速及挟沙能力，使有害泥沙沉淀在沉淀池内，而将清水引入引水道5、 压力前池的功用主要有哪些？ 1) 电站正常运行时,把流量按要求分配给压力管道，并使水头损失最小2) 水电站出力变化、事故时，与引水渠配合,调节流量；电站停止运行、压力管道关闭时，供给下游必需的流量；在压力管道事故时,紧急切断水流;3) 止引水道中杂物、冰凌与有害物泥沙进入压力管道。第三章 压力管道总论及明钢管1。压力管道的功用、特点是什么? 答:功用：从水库或引水道末端的前池或调压室,将水在有压状态下引入水轮机的输水管。 特点：坡度陡;承受电站的最大水头，且受水锤动水压力;靠近厂房；压力管道的主要荷载是内水压力；2. 压力管道的类型有几种? 明管（暴露在空气中）； 地下埋管(埋藏于地层岩石之中的钢管,可以是斜的、垂直的隧洞式压力管道） 混凝土坝身管道（依附于坝身,有坝内埋管、坝上游面埋管、坝下游面埋管)。3. 压力管道的供水方式有哪几种?适用条件是什么? 单元供水 适用:（1）混凝土坝身管道 (2）单管流量很大或长度较短的地下埋管或明管联合供水 适用：广泛用于地下埋管和明管，机组数较少时，单机流量较小，引水道较长时分组供水 适用：广泛用于地下埋管和明管，机组数多，单机流量不大,引水道较长时4. 明钢管线路选择的布置原则是什么？ (p25）(1) 管道路线应尽可能短而直，以降低造价，减少水头损失，降低水锤压力，改善机组运行条件。因此,地面压力管道一般敷设在陡峻的山脊上。 （2） 选择良好的地质条件，使钢管支承在坚固的地基上。 (3) 尽量减小管道线路的起伏和波折. (4) 水头高、线路长的管线，要满足钢管运输安装和运行管理、维修等交通要求。 此外，为了避免钢管一旦发生意外事故时,危机电站设备和人身安全，需要设置事故排水和和防冲工程设施。沿管线一般要设置交通道路，并有照明设施.根据工程具体情况，可在交通道路沿线设置休息平台、扶手栏杆、越过钢管的爬梯或管底通道等。5.明钢管引近厂房有哪三种方式?如何区分？ 答：正向引近:钢管轴线与厂房纵轴线垂直. 纵向引近：钢管轴线与厂房纵轴线平行. 斜向引近：介于正向引近与纵向引近两种方式之间，主管轴线与厂房轴线斜交6. 明钢管的支承方式通常有哪两种？分别起什么作用？ 答：镇墩：依靠本身重量固定钢管 支墩：支撑管身 7.简述明钢管的外压失稳现象.(p40）8。在压力管道中设置加劲环有何作用？ 答：明压力钢管的加劲环（又称刚性环)的主要作用是:节省压力钢管的钢材，提高压力钢管管壁的抗外压能力。改变压力钢管的径向自振频率，消除钢管的径向振动。提高压力钢管的刚度,防止运输、安装中变形。 设计规范要求压力钢管管壁厚度,必须满足结构的强度校核9. 在明钢管中设置伸缩节有何作用? 答：当温度变化时，管身可在轴向伸缩,从而消除或减少温度应力；能适应少量的不均匀沉陷或变形，同时为阀门拆装提供方便第四章 地下埋管1。与明管相比，地下埋管有何优缺点? 优点： 布置灵活方便 利用围岩承担内水压力，减少钢衬壁厚 运行安全缺点：首先，结构比较复杂，施工安装工序多，工艺要求高而地下施工条件又较差,这些因素会使造价增加，工程质量不易保证，而且影响工期,有时地下埋管会成为电站投产关键。其次，在地下水压力较高的地方，钢衬可能承受甚大外压，造成失稳。2. 地下埋管的布置应该注意什么? （1）线路尽量选择在地形地质条件优越的地区，并与调压室和厂房有良好的总体布置(2）应布置在坚固、完整、覆盖岩层厚的岩体中（3)管轴线尽量与岩层构造面垂直(4）布置在地下水位低的岩层中(5)地下埋管宜采用联合供水3. 地下埋管的施工程序包括哪四个主要步骤？ 答：包括开挖，钢衬安装，混凝土回填，灌浆。4. 地下埋管在内水压力作用下受力的基本原理是怎样的？ 答：埋管承受内压后，钢衬发生径向位移，钢衬和混凝土衬圈间的缝隙消失后，继续向混凝土衬圈传递内压，混凝土内产生环向拉应力产生径向裂缝；内压通过混凝土楔块继续向围岩传递，围岩产生向外的径向位移并形成围岩抗力，使埋管在内压下得到平衡。5. 地下埋管钢衬有哪些主要的外压荷载？答:地下水荷载，钢衬与混凝土直间接缝灌浆压力,回填混凝土时流态混凝土的压力. 6. 简述地下埋管钢衬在外压下失稳的特征？ 临界状态是屈曲波有n个，沿整个圆周同时发生，屈曲波紧贴混凝土; 在外压作用下，钢衬圆周上可能出现几个初始波，但随着荷载的增加，钢衬将首先在某个薄弱部位屈曲，从而减小了其他部位的管壁发生屈曲的可能.7. 为什么地下埋管也常需设加劲环？（1）埋管所受外压往往很大。光面钢衬常常难于满足抗外压失稳要求(2）用加大壁厚或提高钢材强度的办法是不经济不合理的（3）有利于运输和施工时增加钢衬的刚性 8。防止埋管钢衬受外压失稳的主要措施有哪些？ 答：1、采取有效措施，降低地下水压力. 2、精心施工并做钢衬与混凝土之间的接缝灌浆. 3、可以控制浇筑层的高度和采取临时支撑的措施。第五章 混凝土坝体压力管道1。坝内埋管有哪三种布置形式？有何优缺点?(p69) 答：倾斜式布置 平式和平斜式布置 竖直式布置2. 坝内埋管有哪些基本的布置原则？ 答：尽量缩短管道的长度；减少管道空腔对坝体应力的不利影响，特别减小因管道引起的坝体内拉应力区的范围和拉应力值；还应减小管道对坝体施工的干扰并有利于管道本身的安装、施工。 3. 坝内埋管所受的主要荷载有哪些？ 答:内水压力、坝体荷载、温度变化引起的力、坝体渗流水压力、施工荷载4. 简述坝内埋管的工作原理。5. 坝内埋管结构设计的基本要求有哪些？ l 钢衬和钢筋的应力小于钢材允许值l 坝体混凝土不开裂，至少裂缝的规模和范围受到限制，不伸展到坝面。l 钢衬在外压作用下不失稳。6. 在坝内钢管管身设置软垫层有什么作用? 答:可以使钢管比较充分地发挥承受内压作用，大大减少坝体混凝土内的拉应力，增加抗裂安全性，减少配筋量，而且可以充分允许钢管浅埋，以减少坝体施工与钢管安装的干扰。7. 混凝土坝下游面管道与坝内埋管相比，有何优缺点？ (p83）8. 混凝土坝下游面管道有哪两种结构型式？有什么优缺点？（p85） 答：坝下游面明钢管，坝下游面钢衬钢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、水流平顺，水头损失小，避免涡流和振流; 2、结构简单合理，受力条件好，不产生过大的应力集中和变形; 3、制作、运输、安装方便 2. 岔管的布置主要有哪些形式?答：卜形布置、对称Y形布置、三岔形布置3. 明钢岔管有哪些主要的结构形式? 答：三梁岔管、内加强月牙肋岔管、贴边岔管、无梁岔管、球形岔管、隔壁岔管第七章 有压引水系统非恒定流的物理现象基本方程1. 水轮机导叶快速关闭或开启时,会引起哪两种现象？ 答:引起机组转速的较大变化、在有压管道中出现水锤现象。2. 水锤计算的目的是什么？ 答：决定管道内的最大内水压力，作为设计或校核压力管道、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。3. 调节保证计算的目的是什么? 答：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均在经济合理的允许范围内。4. 简述钢管内压爆裂、外压失稳及水锤的关系。5。 什么是水锤波？有何特性？(p103) 6。 压力管道水锤过程与引水道调压室系统中的水位波动现象的特点是什么？ 第九章 水锤及调节保证计算的解析法1.如何利用水轮机开度变化规律对水锤压力进行调节？ 答：可以通过调节水轮机的的操作过程来改变水锤值的大小2. 复杂管道通常有哪三种类型？进行相应的水锤计算的主要思路是什么？ 1） 一种是管壁厚度随水头增加而逐渐加厚，而直径随水头增加而逐渐减小，这种复杂管有时称为串联管，采用等价管法计算，串联管转化为简单管后应满管长、相长和管中水体动能等与原管相同;2） 另一种是分岔管，这在分组供水和联合供水中经常遇到无论是串联管或分岔管，水锤波在水管特性变化处都将会发生反射和透射,从而使水锤现象和计算大为复杂，采用截肢法计算；3） 装有反击式水轮机的管道系统，应考虑蜗壳和尾水管的影响，而且其过流特性与孔口出流不一样，流量不仅与作用水头有关,而且与水轮机的机型和转速有关,将蜗壳视作压力水管的延续部分,并假想把导叶移至尾水管的末端,成为压力管道的一部分，水锤压力为管道末端和尾水管中水锤压力之和（关闭时均取正，开启时取负值）.3. 减小水锤压力的常用措施有哪些？1）缩短压力管道的长度，在较长的引水系统中设置调压室,是缩短压力管道的常用措施2） 延长有效的关闭时间；反击式水轮机设置减压阀（空放阀），冲击式水轮机设置折流、3） 减小压力管道中的流速，但是减小了水体动能，从而减小水锤压力，流量一定的情况下，需要增加断面，增加管道造价，要和设调压室比较.4） 采用合理的阀门调节规律；5） 设置水阻器。第十章 调压室1.调压室的功用是什么？答：为了改善水锤现象，常在有压引水隧洞（或水管)与压力管道衔接处建造的反射水锤波、降低水锤压力而设置的建筑物。2. 调压室有哪些基本要求？（1）调压室的位置应尽量靠近厂房，以缩短压力管道的长度。（2) 能较充分地反射压力管道传来的水锤波。（3） 调压室的工作必须是稳定的。在负荷变化时，引水道及调压室水体的波动应该迅速衰减，达到新的恒定状态。（4） 正常运行时，水头损失要小。(5） 工程安全可靠，施工简单方便，造价经济合理。3。调压室位置的选择应该注意什么？（p146）4。调压室有哪些基本的布置方式？（p146)5. 调压室有哪些基本类型？ 答： 1）简单圆筒调压室 2）阻抗式调压室 3)水室式调压室 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6. 调压室水位波动计算的目的和内容是什么？（p148)7。为什么要研究调压室水位波动的稳定问题?(p155） 8。调压室小波动稳定条件的基本假设有哪些？(p155) 9.为什么要设置尾水调压室?尾水调压室有何特点？（p160)10。调压室水力计算的主要内容是什么？(p159） 答：由调压室水位波动的稳定条件确定调压室的断面积；计算调压室最高涌波水位,从而确定调压室的顶部高程；计算调压室最低涌波水位，从而确定调压室底部和压力管道进口的高程。第十一章 厂房总论1。水电站厂房设计的主要任务是什么？ 答:满足主、辅设备及其联络的线、统和管道布置的要求与安装、运行、维修的需要；保证发电的质量;为运行人员创造良好的工作条件；以美观的建筑造型协调与美化自然环境。2. 从设备布置、运行要求的空间划分的角度,水电站厂房分为哪四部分？ 答:主厂房、副厂房、主变压器场、开关站3。水电站厂房的水机辅助设备主要有哪些? 答:油系统设备、压缩空气系统设备、技术供水系统设备、排水系统设备。4.地面式厂房有哪些常用类型？ 答:河床式厂房：与其它建筑物如挡水坝、泄水建筑物等一起并排建在河床当中，厂房本身也起挡水作用。适用于水头较低、单机容量较大的情况。 坝后式厂房:位于挡水的下游侧，发电用水由通过坝体的压力管道引入厂房。厂房本身不起挡水作用。 溢流式厂房：位于溢流坝挑坎下面的混凝土中,水流从厂房顶部流过。适用于河谷狭窄、泄洪量较大、机组台数多、没有合适位置布置厂房的情况。新安江水电站即采用了溢流式厂房。 挑越式厂房：位于溢流坝的挑坎下面,泄洪时高速水流挑越过厂房顶，落到下游的河床中.适用于在峡谷中建高坝，高水头大流量的情况.乌江渡水电站的厂房采用了这种方式。 坝内式厂房：将厂房布置在混凝土重力坝或拱坝的内部，压力管道穿过坝体进入厂房。适用于在峡谷中建坝，在坝轴线上不容易布置水电站厂房和溢流坝的情况。江西的犹江和湖南凤滩水电站均采用了坝内式厂房的布置方式. 岸边式厂房：在河岸内布置引水道，将厂房设在与坝有一定距离的岸边，长距离引水式水电站厂房多采用这种方式。第十二章 厂房的布置设计1。水电站厂房布置设计一般分几个阶段，各个阶段的主要任务是什么？ （p180) 答：一般分为初步设计和施工图纸设计两个阶段，对于大型的采用初步设计、技术设计和施工图纸设计。2.水电站厂房布置设计需要哪些基本资料？（1）地形地质资料 （2)工程地质和水文地质资料 （3）水文资料（4)气象资料 （5)水能规划资料（6）主机组和机电设备资料： （7）厂房德玛设计标准及对厂房的特殊要求（8）建筑材料供应和交通运输情况3. 主厂房下部结构通常包括哪些部分?（1）水轮机层 (2）蜗壳层 （3）尾水管层 (4)装配场下层 (5）尾水平台4.水电站厂区枢纽有哪些主要建筑物组成？ 答：水电站主厂房、副厂房、引水道、尾水道、主变压器场和高压开关站、厂区对外交通和行政及生活区建筑9