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课题
水工图识读及绘制
课型
实践
教学
目的
熟悉水工图常见表示方法、 标注方法及绘图方法。
重点
难点
重点: 水工图表示方法 、 标注方法
难点: 水工图的识读
教学
媒体
多媒体 实物模型 挂图 其它媒体
教学
方法
讲授法 指导法 练习法

练习

水工图的分类与特点
一、 水工图的分类
图讲解:
水利工程的兴建一般需要经过5个阶段: 勘测、 规划、 设计、 施工、 竣工验收。各个阶段都绘制其相应的图样, 每一阶段对图样都有具体的图示内容和表示方法。
1．勘测图
勘探测量阶段绘制的图样称为勘测图, 其包括地质图和地形图。勘测阶段的地质图、 地形图以及相关的地质、 地形报告和有关的技术文件由勘探和测量人员提供, 是水工设计最原始的资料。水利工程技术人员利用这些图纸和资料来编制有关的技术文件。勘测图样常见专业图例和地质符号表示, 并根据图形的特点允许一个图上用两种比例表示。
2．规划图
在规划阶段绘制的图样称为规划图。其是表示水利资源综合开发全面规划的示意图。按照水利工程的范围大小, 规划图有流域规划图、 水利资源综合利用规划图、 灌区规划图、 行政区域规划图等。规划图是以勘测阶段的地形图为基础的, 采用符号图例示意的方式表明整个工程的布局、 位置和受益面积等项内容的图样。
3．枢纽布置图和建筑结构图
在设计阶段绘制的图包括: 枢纽布置图、 建筑结构图。一般在大型工程设计中分初步设计和技术设计, 小型工程中能够合二为一。初步设计是进行枢纽布置, 提供方案比较; 技术设计是在确定初步设计方案以后, 具体对建筑物结构和细部构造进行设计。
枢纽布置图。为了充分利用水资源, 由几个不同类型的水工建筑物有机地组合在一起, 协同工作的综合体称为水利枢纽, 表示水利枢纽布置的图样称为枢纽布置图。枢纽布置图是将整个水利枢纽的主要建筑物的平面图形, 按其平面位置画在地形图上。枢纽布置图反映出各建筑物的大致轮廓及其相对位置, 是各建筑物定位、 施工放样、 土石方施工以及绘制施工总平面图的依据。
建筑结构图。用于表示枢纽中某一建筑物形状、 大小、 材料以及与地基和其它建筑物连接方式的图样称为建筑结构图。对于建筑结构图中由于图形比例太小而表示不清楚的局部结构, 可采用大于原图形的比例将这些部位和结构单独画出。
4．施工图
施工图是表示水利工程施工过程中的施工组织、 施工程序、 施工方法等内容的图样, 包括施工总平面布置图、 建筑物基础开挖图、 混凝土分块浇筑图、 坝体温控布置图等。
5．竣工图
竣工图是指工程验收时根据建筑物建成后的实际情况所绘制的建筑物图样。水利工程在兴建过程中, 由于受气候、 地理、 水文、 地质、 国家政策等各种因素影响较大, 原设计图纸随着施工的进展要调整和修改, 竣工图应详细记载建筑物在施工过程中对设计图修改的情况, 以供存档查阅和工程管理之用。
二、 水工图的特点
水工图的绘制, 除遵循制图基本原理以外, 还根据水工建筑物的特点制定了一系列的表示方法, 综合起来水工图有以下特点:
水工建筑物形体庞大, 有时水平方向和铅垂方向相差较大, 水工图允许一个图样中纵横方向比例不一致。
水工图整体布局与局部结构尺寸相差大, 因此在水工图的图样中能够采用图例、 符号等特殊表示方法及文字说明。
水工建筑物总是与水密切相关, 因而处处都要考虑到水的问题。水工建筑物直接建筑在地面上, 因而水工图必须表示建筑物与地面的连接关系。
水工图的表示方法
一、 基本表示方法
图讲解:
1．视图的命名和作用
( 1) 平面图。建筑物的俯视图在水工图中称平面图。常见的平面图有枢纽布置图和单一建筑物的平面图。平面图主要用来表示水利工程的平面布置, 建筑物水平投影的形状、 大小及各组成部分的相互位置关系, 剖视、 断面的剖切位置、 投影方向和剖切面名称等。

( 2) 立面图。建筑物的主视图、 后视图、 左视图、 右视图既反映高度的视图, 在水工图中称为立面图。立面图的名称与水流方向有关, 观察者顺水流方向观察建筑物所得到的视图, 称为上游立面图﹔观察者逆水流方向观察建筑物得到的视图, 称为下游立面图。上、 下游立面图均为水工图中常见的立面图, 其主要表示建筑物的外部形状。
( 3) 剖视图、 断面图。剖切平面平行于建筑物轴线剖切的剖视图或断面图, 在水工图中称为纵剖视图或纵断面图; 剖切平面垂直于建筑物轴线剖切的剖视图或断面图, 在水工图中称为横剖视图或横断面图。剖视图主要用来表示建筑物的内部结构形状和各组成部分的相互位置关系, 建筑物主要高程和主要水位, 地形、 地质和建筑材料及工作情况等。断面图的作用主要是表示建筑物某一组成部分的断面形状、 尺寸、 构造及其所采用的材料。
( 4) 详图。将物体的部分结构用大于原图的比例画出的图样称为详图。其主要用来表示建筑物的某些细部结构形状、 大小及所用材料。详图能够根据需要画成视图、 剖视图或断面图, 它与放大部分的表示方式无关。详图一般应标注图名代号, 其标注的形式为: 把被放大部分在原图上用细实线小圆圈圈住, 并标注字母, 在相应的详图下面用相同字母标注图名、 比例。

2．视图的配置
水工图的视图应尽量按照投影关系配置在一张图纸上。为了合理的利用图纸, 也允许将某些视图配置在图幅的适当位置。当建筑物过大或图形复杂时, 根据图形的大小, 也可将同一建筑物的各视图分别画在单独的图纸上。
水工图的配置还应考虑水流方向, 对于挡水建筑物, 如挡水坝、 水电站等应使水流方向在图样中呈现自上而下; 对于输水建筑物, 如水闸、 隧洞、 渡槽等应使水流方向在图中呈现自左向右。
3．视图的标注
( 1) 水流方向的标注。在水工图中一般应用水流方向符号注明水流方向。水流方向符号应根据需要按GB规定的3种形式之一绘制, 图中”B”值根据需要自定。

演示讲解画法规定:

为了区分河流的左右岸, 制图标准规定: 视向顺水流方向( 面向下游) , 左边为左岸, 右边为右岸。
( 2) 地理方位的标注。在水工图的规划图和枢纽布置图中应用指北针符号注明建筑物的地理方位。指北针符号应根据需要按GB规定的3种形式之一绘制, 图中”B”值根据需要自定。指北针一般画在图纸的左上角, 必要时也可画在图纸的右上角, 箭头指向正北。
演示讲解画法规定:

( 3) 视图名称和比例的标注。为了明确各视图之间的关系, 水工图中各个视图都要标注名称, 名称一律注在图形的正下方, 并在名称的下面绘一粗实线, 其长度应以图名所占长度为标准。当整张图只用一种比例时, 比例是统一注写在图纸标题栏内, 否则, 应逐一标注。比例的字高应比图名的字高小1～2号。
演示讲解名称和比例的标注:

二、 特殊表示方法
1．合成视图
演示讲解:
对称或基本对称的图形, 可将两个视向相反的视图或剖视图或断面图各画一半, 并以对称线为界合成一个图形, 这样形成的图形称为合成视图, 图中的B-B和C-Cu是合成剖视图。

2．拆卸画法
图讲解:
当视图、 剖视图中所要表示的结构被另外的次要结构或填土遮挡时, 可假想将其拆卸或掀掉, 然后再进行投影, 上图所示平面图中对称线后半部分桥面板及胸墙被假想拆卸, 填土被假想掀掉, 因此可见弧形闸门的投影, 岸墙下部虚线变成实线。
3．省略画法
省略画法就是经过省略重复投影、 重复要素、 重复图形等达到使图样简化的图示方法。挂图+板图讲解: 水工图中常见的省略画法有:
当图形对称时, 能够只画对称的一半, 但必须在对称线上的两端画出对称符号。图形的对称符号应按图所示用细实线绘制。

对于图样中的一些小结构, 当其成规律地分布时, 能够简化绘制, 如图所示消力池底板的排水孔只画出1个圆孔, 其余只画出中心线表示位置。

4．不剖画法
对于构件支撑板、 薄壁和实心的轴、 柱、 梁、 杆等, 当剖切平面平行其轴线或中心线时, 这些结构按不剖绘制, 用粗实线将它与其相邻部分分开, 如图中A-A剖视图中的闸墩和B-B断面图中的支撑板。
图讲解:

5．缝线的画法
在绘制水工图时, 为了清晰的表示建筑物中的各种缝线, 如伸缩缝、 沉陷缝、 施工缝和材料分界缝等, 无论缝的两边是否在同一平面内, 这些缝线都用粗实线绘制。
图讲解:

6．展开画法
当构件、 建筑物的轴线( 或中心线) 为曲线时, 能够将曲线展开成直线绘制成视图、 剖视图和断面图。这时应在图名后注写”展开”2字, 或写成”展开图”。
图讲解:

7．连接画法
较长的图形允许将其分成两部分绘制, 再用连接符号表示相连, 并用大写字母编号。
图讲解:

8．断开画法
图讲解:
较长的图形, 当沿长度方向的形状为一致或按一定的规律变化时, 能够断开绘制, 讲折断符号的画法及用途。
9．分层画法
图讲解:
当结构有层次时, 可按其构造层次分别绘制, 相邻层用波浪线分界, 并可用文字注写各层结构的名称。
10．示意画法
图讲解:
当视图的比例较小而致使某些细部构造无法在图中表示清楚, 或者某些附属设备另有图纸表示, 不需要在图中详细画出时, 能够在图中相应部位画出示意图。讲常见的一些示意图例。

水工图的尺寸标注
尺寸标注的基本规则和方法, 在前面有关章节中已作了详细的介绍。本节根据水工图的特点, 介绍水工图尺寸基准的确定和常见尺寸的注法。
一、 高度尺寸
1．高度尺寸的标注
由于水工建筑物的体积大, 在施工时常以水准测量来确定水工建筑物的高度。因此在水工图中对于较大或重要的面要标注高程, 其它高度以此为基准直接注高度尺寸。
图讲解:

2．高程的基准
高程的基准与测量的基准一致, 采用统一规定的青岛市黄海海平面为基准。有时为了施工方便, 也采用某工程临时控制点、 建筑物的底面、 较重要的面为基准或辅助基准。
二、 水平尺寸
1．水平尺寸的标注
图讲解:
对于长度和宽度差别不大的建筑物, 选定水平方向的基准面后, 可按组合体、 剖视图、 断面图的规定标注尺寸。对河道、 渠道、 隧洞、 堤坝等长形的建筑物, 沿轴线的长度用”桩号”的方法标注水平尺寸, 标注形式为: km±m, km为公里数, m为米数。例如: ”0+043”表示该点距起点之后43米的桩号, ”0-500”表示该点在起点之前500m。0+000为起点桩号。桩号数字一般垂直于轴线方向注写, 且标注在轴线的同一侧, 当轴线为折线时, 转折点处的桩号数字应重复标注。当同一图中几种建筑物均采用”桩号”标注时, 可在桩号数字之前加注文字以示区别。
2．水平尺寸的基准
水平尺寸的基准一般以建筑物对称线、 轴线为基准, 不对称时就以水平方向较重要的面为基准。河道、 渠道、 隧洞、 堤坝等以建筑物的进口即轴线的始点为起点桩号。
三、 曲线尺寸
图讲解:
1．连接圆弧尺寸的注法
连接圆弧需标出圆心、 半径、 圆心角、 切点、 端点的尺寸, 对于圆心、 切点、 端点除标注尺寸外还应注上高程和桩号。
2．非圆曲线尺寸的注法
非圆曲线尺寸的注法一般是在图中给出曲线方程式, 画出方程的坐标轴, 并在图附近列表给出曲线上一系列点的坐标值。
四、 简化注法
1．多层结构尺寸的注法
图讲解:
在水工图中多层结构尺寸一般用引出线加文字说明标。其引出线必须垂直经过引出的各层, 文字说明和尺寸数字应按结构的层次注写。

2．均布构造尺寸的注法
图讲解:
以冒水孔尺寸标注为例( 见前面冒水孔简化画法挂图) 讲在水工图中均匀分布的相同构件或构造的尺寸标注方法。
三、 封闭尺寸、 重复尺寸
图中既标注各分段尺寸又标注总体尺寸时就形成了封闭尺寸链, 既标注高程又标注高度尺寸就会产生重复尺寸。由于建筑物的施工精度没有机械加工要求那样高, 且建筑物庞大, 各视图往往不在一张图纸上, 为了适合仪器测量、 施工丈量、 便于看图和施工, 必要时可标注封闭尺寸和重复尺寸, 但要仔细校对和核实, 防止尺寸之间出现矛盾和差错。
水工图的识读
一、 读图的方法和步骤
识读水工图的顺序一般是由枢纽布置图到建筑结构图, 按先整体后局部, 先看主要结构后看次要结构, 先粗后细、 逐步深入的方法进行。具体步骤如下:
1．概括了解
了解建筑物的名称、 组成及作用。识读任何工程图样时都要从标题栏开始, 从标题栏和图样上的有关说明中了解建筑物的名称、 作用、 比例、 尺寸单位等内容。
了解视图表示方法。分析各视图的视向, 弄清视图中的基本表示方法、 特殊表示方法, 找出剖视图和断面图的剖切位置及表示细部结构详图的对应位置, 明确各视图所表示的内容, 建立起图与图及物与图的对应关系。
2．形体分析
根据建筑物组成部分的特点和作用, 将建筑物分成几个主要组成部分, 能够沿水流方向分建筑物为几段, 也可沿高程方向分建筑物为几层, 还能够按地理位置或结构来划分。然后运用形体分析的方法, 以特征明显的1、 2个重要视图为主结合其它视图, 采用对线条、 找投影、 想形体的方法, 想出各组成部分的空间形状, 对较难想象的局部, 可运用线面分析法识读。在分析过程中, 结合有关尺寸和符号, 读懂图上每条图线、 每个符号、 每个线框的意义和作用, 弄清建筑物各部分大小、 材料、 细部构造、 位置和作用。
3．综合想象整体
在形状分析的基础上, 对照各组成部分的相互位置关系, 综合想象出建筑物的整体形状。
整个读图过程应采用上述方法步骤, 循序渐进, 几次重复, 逐步读懂全套图纸, 从而达到完整、 正确理解工程设计意图的目的。
水工图的绘图步骤
绘制水工图一般遵循以下步骤:
( 1) 熟悉资料, 分析确定表示方案。
( 2) 选择适当的比例和图幅。应力求在表示清楚的前提下选用较小的比例, 枢纽平面设置图的比例一般取决于地形图的比例, 按比例选定适当的图幅。
( 3) 合理的布置视图。按所选取的比例估计各视图所占范围, 进行合理布置, 画出各视图的作图基准线。视图应尽量按投影关系配置, 有联系的视图应尽量布置在同一张图纸内。
( 4) 画各视图底稿。画图时, 应先画大的轮廓, 后画细部; 先画主要部分, 后画次要部分。
( 5) 画断面材料符号。
( 6) 标注尺寸和注写文字说明。
( 7) 检查、 校对、 加深。
附: 水电站厂房设计
一、 水电站厂房的任务
水电站厂房是将水能转为电能的综合工程设施, 包括厂房建筑、 水轮机、 发电机、 变压器、 开关站等, 也是运行人员进行生产和活动的场所。
水电站厂房的主要任务:
(1) 将水电站的主要机电设备集中布置在一起, 使其具有良好的运行、 管理、 安装、 检修等条件。
(2) 布置各种辅助设备, 保证机组安全经济运行, 保证发电质量。
(3) 布置必要的值班场所, 为运行人员提供良好的工作环境。
二、 水电站厂房的组成
(一) 从设备布置和运行要求的空间划分
主厂房: 布置水电站的主要动力设备(水轮发电机组)和各种辅助设备, 设置装配场(安装间)。
副厂房: 布置控制设备, 电气设备和辅助设备, 是水电站运行、 控制、 监视、 通讯、 试验、 管理和工作的房间。
主变压器场: 装设主变压器的地方。水电站发出的电能经主变压器升压后, 再经输电线路送给用户。
高压开关站: 装设高压开关、 高压母线、 和保护措施等设备的场所, 高压输电线由此送往用户。
另外厂房枢纽中还有: 进水道、 尾水道和交通道路等。
水电站主厂房、 副厂房、 主变压器场和高压开关站及厂区交通等, 组成水电站厂区枢纽建筑物, 一般称厂区枢纽。
(二) 从设备组成的系统划分
水电站厂房内的机械及水工建筑物共分五大系统
(1) 水流系统。水轮机及其进出水设备, 包括压力管道、 水轮机前的进水阀、 蜗壳、 水轮机、 尾水管及尾水闸门等。
(2) 电流系统。即电气一次回路系统, 包括发电机及其引出线、 母线、 发电机电压配电设备、 主变压器和高压开关站等。
(3) 电气控制设备系统。即电气二次回路系统, 包括机旁盘、 励磁设备系统、 中央控制室、 各种控制及操作设备如各种互感器、 表计、 继电器、 控制电缆、 自动及远动装置、 通迅及调度设备等直流系统。
(4) 机械控制设备系统。包括水轮机的调速设备, 如接力器及操作柜, 事故阀门的控制设备, 其它各种闸门、 减压阀、 拦污栅等操作控制设备。
(5) 辅助设备系统。包括为了安装、 检修、 维护、 运行所必须的各种电气及机械辅助设备, 如厂用电系统(厂用变压器、 厂用配电装置、 直流电系统), 油系统、 气系统、 水系统, 起重设备, 各种电气和机械修理室、 试验室、 工具间、 通风采暖设备等。
水电站厂房组成(设备组成)
(三) 从水电站厂房的结构组成划分
1．平面: 主机室+安装间
主机室: 水轮发电机组及辅助设备布置在主机室, 是运行和管理的主要场所;
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．垂面: 上部结构+下部结构(以发电机层楼板面为界)
厂房横剖面图
上部结构: 与工业厂房基本相似, 基本上是板、 梁 、 柱结构系统;
下部结构: 大致积混凝土结构, 布置过流系统, 是厂房的基础。
三、 水电站厂房的基本类型
(一) 根据厂房与挡水建筑物的相对位置及其结构特征, 可分为三种基本类型:
1．引水式厂房
特征: 发电用水来自较长的引水道, 厂房远离挡水建筑物, 一般位于河岸。如若将厂房建在地下山体内, 则称为地下厂房。
中国的第一座水电站——云南昆明石龙坝引水电站
2．坝后式厂房
特征: 厂房位于拦河坝的下游, 紧接坝后, 在结构上与大坝用永久缝分开, 发电用水由坝内高压管道引入厂房。
坝后厂房
有时为了解决泄水建筑物布置与厂房建筑物布置之间的矛盾, 可将厂房布置成以下型式:
(1) 溢流式厂房。将厂房顶作为溢洪道, 成为坝后溢流式厂房。
溢流厂房
(2) 坝内式厂房。厂房移入溢流坝体空腹内。
坝内厂房 凤滩坝内厂房
3．河床厂房
厂房位于河床中, 成为挡水建筑物的一部分。
河床式厂房
(二) 按机组主轴的装置方式分: 立式机组厂房和卧式机组厂房。
水电站厂房设计程序
中国大中型水电站的设计一般分四个阶段: 预可行性研究、 可行性研究、 招标设计、 施工详图。
预可行性研究: 在河流规划和地区电力负荷发展预测的基础上, 对拟建电站的建设条件进行研究, 该水电站在近期兴建的必要性、 技术上的可行性和经济上的合理性。此阶段对厂房不进行具体设计, 只选定电站的规模, 初选枢纽布置和厂房型式, 绘出厂房在枢纽中的位置。
可行性研究: 经过方案比较选定枢纽的总体布置及其参数, 决定建筑物的型式和控制尺寸, 选择施工方案、 进度和总布置, 并编制工程投资预算, 阐明工程效益。
此阶段中, 对厂房设计要求是根据选定机组机型、 电气主接线图及主要机电设备, 初步决定厂房的型式、 布置及轮廓尺寸, 绘出厂区及厂房布置图, 进行厂房稳定计算及必要的结构分析, 提出厂房工程地质处理措施。
招标设计: 对可行性研究中遗留进行必要的修改和补充, 落实选定方案工程建设的技术、 施工措施, 提出较详细的工程图纸和分项工程的工程量, 提出施工、 制造与安装的工艺技术要求以及永久设备购置清单, 编制招标文件。
施工详图: 陆续对各项结构进行细部设计和结构计算, 并拟定具体的施工方法, 绘出施工详图。在此阶段, 要进行厂房每个构件的细部设计和结构计算, 最终确定厂房各部分尺寸。对于招标设计中的基本决定, 一般不会有重大改变。
水轮发电机
一、 发电机类型及传力方式
(一) 悬挂式发电机
推力轴承位于转子上方, 支承在上机架上。
发电机的传力方式为:
转动部分重量(发电机转子、 励磁机转子、 水轮机转轮)——推力头——推力轴承——定子外壳——机座;
固定部分重量(推力轴承、 上机架、 发电机定子、 励磁机定子)——定子外壳——机座。
悬挂式发电机
(二) 伞式发电机
推力轴承位于转子下方, 设在下机架上。
1．普通伞式。有上下导轴承。
发电机的传力方式为:
机组转动部分的重量——推力头和推力轴承——下机架——机座。
上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。
2．半伞式。有上导轴承, 无下导轴承。发电机一般将上机架埋入发电机层地板以下。
3．全伞式。无上导轴承, 有下导轴承。机组转动部分的重量经过推力轴承的支撑结构传到水轮机顶盖上, 经过顶盖传给水轮机座环。
二、 发电机的励磁系统
作用: 向发电机转子供给形成磁场的直流电源。
励磁系统: 励磁机、 励磁盘
(1) 励磁机——直流发电机。励磁方式有采用与水轮发电机同轴的励磁机的直接励磁系统。
(2) 励磁盘——控制设备和自动调整装置的配电盘。作用是: 控制和调整水轮发电机的励磁电流。每台发电机一般有3~5块励磁盘。
三、 发电机的支承结构(机座或机墩)
1．机座作用: 将发电机支承在预定位置上, 并为机组的运行、 维护、 安装和检修创造条件。
2．要求: 具有足够的强度和刚度, 具有良好的抗振性能。
3．常见的机座形式:
(1) 圆筒式机座: 结构形式为厚壁钢筋混凝土圆筒, 其壁厚在1m以上。
优点: 刚度较大, 抗振、 抗扭性能较好。
缺点: 水轮机直径较小时, 水轮机的安装、 维修、 维护不方便。
(2) 环形梁立柱式机座: 由环形梁和立柱组成。
优点: 混凝土需要量小, 水轮机顶盖处宽敞, 设备的安装、 布置、 维修等比较方便。
缺点: 是抗振、 抗扭性能较差, 结构刚度小。一般用中小型机组。