水电站建筑物.ppt

水电站建筑物 三峡大学土木水电学院 第二章进水口及引水道建筑物 第一节进水口的功用和要求 1 要有足够的进水能力 2 水质要符合的要求 3 水头损失要小 4 可控制流量 5 满足建筑物的一般要求 功用 按负荷要求引进发电用水 要求 水电站进水口分有压和无压两大类 第二章水电站进水口 无压引水建筑物与有压引水建筑物 无压引水式水电站 无坝或低坝引水的无压开敞式进水口 沉沙池 引水道 盘山明渠或无压隧洞 压力前池 压力管道 电站厂房 尾水渠有压引水式水电站 水库 拦河坝 深式进水口 有压引水道 有压隧洞 调压室 压力管道 厂房 尾水渠 坝后式水电站 有压 深式进水口 有压隧洞或有压管道 厂房 尾水渠 第二节无压进水口 按结构形式布置分为 进水闸 底部拦污栅式进水口 特点 1 结构简单 操作方便 2 防沙 防污和防冰问题突出 无压进水口以引进表层水为主 闸门后水流为无压流 适用于河流水位变幅小的迳流引水式电站 无压进水口 无压进水口的位置 无压进水口的位置选择 防沙问题 对于多沙河流 进水口的位置主要由防沙问题决定 进水口设置在凹岸 利用弯道环流原理取清水 进水口前设拦沙坎 高度一般不低于1 5 2 0m 进水口设冲沙闸或冲沙室 地形要求 减少开挖 避免高边坡 地质要求 基础 边坡稳定 沉沙池 作用 沉沙池一般应用于无压引水道中 其作用是将进入进水口的悬移质泥沙中的有害颗粒沉淀下来 并排走 d 0 25mm 作用原理 通过在引水道之一段加大过流断面 加宽 加深 减少水流流速 V 0 25 0 75m s 达到使泥沙沉淀的目的 沉沙池 无压引水道 渠道 一 渠道的功用 要求及类型 功用 按要求向压力管道引水或将尾水引至下游河道 对引水 混合式开发电站 引水道有集中落差 形成水头的作用 要求 与进水口完全一样 有足够的输水能力 决定于断面面积及纵坡 水质符合要求 防淤 防沙等 水头损失小 线路短而直 糙率小 转弯半径 R 3d 流速小 经济流速 一般建筑物要求 安全 经济合理 渠道的功用 要求及类型 自动调节渠道 渠末不设溢流堰 当水电站引用流量为0时 渠中水位是水平的 因而渠顶基本上是水平的 渠道断面向下游逐渐加大 非自动调节渠道 渠末一般设有溢流堰 溢流堰主要是限制渠末水位以及保证下游用水要求 渠道顶面与渠底大致平行 类型 自动调节渠道 非自动调节渠道 二 渠道水力计算任务 恒定流计算 b 非均匀流 当引用流量时 渠道中为非均匀流 即已知断面尺寸b h n i 根据求一定渠末水深时的壅水水面线 a 均匀流 根据最大引用流量设计渠道断面尺寸 底坡等 时 渠道中为均匀流 即已知 糙率n 确定底坡i 断面尺寸b h等 为设计流量 为引用流量 a 水电站突然丢失负荷时 渠道中出现涌波 但渠末一般均设溢流堰 所以可以不考虑 b 突然增加负荷时 渠道中出现消落波 计算渠末的最低高程 以决定压力管道进口高程 防止压力管道中进气 消落波计算特别是有溢流堰时 比较复杂 可参考有关手册或专著 非恒定流计算 压力前池及日调节池 1 构成 池身 渠道末端加宽 加深的过渡段以满足进水口布置需要 压力管道进水口 其构成与有压进水口同 常采用挡水墙式 泄水建筑物 溢流堰等 在严寒地区可用来排冰 冲沙廊道 无压引水道与压力管道之间的连接建筑物 分配水量 正常运行时把流量平顺的分配给各压力管道 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 防污 防沙 防冰 保护压力管道 水轮机不受其害 电站停机时 保证下游用水 2 作用 压力前池 平稳水流 分配水量 日调节池 调节水电站一天的发电用水 侧堰 宣泄多余的水量 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 经济 尽量靠近厂房 缩短压力管道 开挖工程量少 水流平顺 以减小水头损失 便于施工 运行 检修 3 布置要求 按进水口的结构特征 有压进水口可分为四类 即洞式 岸式 塔式和坝式进水口 第三节有压进水口 特点 闸门布置在从山体开挖出来的竖井中 充分利用了岩体的作用 节省了混凝土工程量 造价低 应用广泛 适用条件 地质条件好 山坡坡度适宜 易于开挖平洞和竖井 一 洞式进水口 结构特点 进口段和闸门段均布置在山体之外 形成一个紧靠在山岩上的墙式建筑物 适用条件 进口处地质条件较好 或岸坡陡峻 二 岸式进水口 三 塔式进水口 结构特点 将进口段 闸门段 上部框架组成塔式结构 耸立在水库中 通过工作桥与岸边相连 适用条件 进口处地质条件较差或岸坡坡度平缓 适用条件 混凝土坝的坝式水电站 结构特点 进水口结构依附在坝体上 进口段与闸门段合二为一 并与坝内压力钢管衔接 四 坝式进水口 三峡水电站进水口 坝式1 三峡水电站进水口 坝式2 三峡水电站进水口 坝式3 有压进水口的位置 高程及轮廓尺寸 一 有压进水口的位置 水量要求 稳定的主河道 水质要求防污要求 凹岸 防沙要求 平直河道 水流要求 不宜在汇水口附近 地形要求 减少开挖 避免高边坡 地质要求 基础 边坡稳定 二 有压进水口的高程 临界淹没深度 1 进口上缘 闸门孔顶部高程 保证在最低运行水位以下有足够淹没深度避免进口出现漏斗状吸气旋涡 防止引水道出现负压 Scr 临界淹没深度C 系数0 55 0 73 V 闸门断面流速 m s d 闸门孔口高度 m 二 有压进水口的高程 2 进口下缘 闸门孔底部高程 结合进口尺寸和防沙 排沙确定3 满足分期发电 分层取水 要求 大型 三 有压进水口的轮廓尺寸 进水口分为进口段 闸门段 渐变段 进水口尺寸取决于拦污栅断面 闸门孔口断面以及隧洞断面 进口流速一般控制在1 5m s左右 进口段顶部曲线目前广泛采用四分之一椭圆曲线 椭圆曲线方程为 一 进口段 二 闸门段 闸门孔口常用矩形 其宽度一般等于或稍小于隧洞直径D 高度一般等于或稍大于隧洞道直径D 闸门净面积一般为隧洞断面的1 1倍 三 渐变段 渐变段长度一般为隧洞直径的1 5 2 0倍 侧面扩散角以6 8 为宜 第四节有压进水口的主要设备 1 拦污栅 作用 防止漂木 树枝 树叶 浮冰等漂浮物进入进水口 拦污栅片及清污抓斗 拦污栅片 清污抓斗 2 检修闸门 作用 设在事故闸门上游侧 当检修工作闸门及其门槽时用于堵水 要求在静水中开启和关闭 3 工作闸门 作用 当机组或引水道内发生事故时 紧急关闭闸门切断水流 以防事故扩大 要求在动水中关闭 静水中开启 4 充水阀 旁通管 在闸门前后设充水阀的进出口 满足闸门静水开启的要求 作用 设在事故闸门之后 引水道充水时用以排气 引水道放空时用以补气 以防出现有害的真空 V 30 50m s 5 通气孔 作用 工作闸门每孔一套启闭设备 一般为油压启闭机 检修闸门可用移动式门机 6 启闭设备 有压引水道 隧洞 发电隧洞包括引水隧洞和尾水隧洞 隧洞与渠道相比具有以下优点 1 可以采用较短的路线 避开沿线不利的地形 地质条件 2 有压隧洞能适应水库水位大幅度变化以及电站引用流量的变化 3 不受冰冻影响 沿程无水质污染 4 运行安全可靠 缺点 对地质条件 施工技术及机械化的要求较高 单价较贵 工期较长 一 隧洞路线选择 线路选择不当给工程带来危害与损失是不易弥补的 在进水口与厂房位置确定后 尽量将隧洞布置成直线 但受下列因素影响 地质 围岩岩体强度 完整性 地下水 岩层走向等 地形 埋深不宜过大 施工不便 增加工程量 过小 于围岩稳定不利 施工条件 为了增加施工面 加快施工进度 特别是在长隧洞中 每隔一段距离需开凿一条施工支洞 有压隧洞要设0 3 0 5 的纵坡 以利施工排水和放空隧洞 水力条件 洞线尽可能短 直 必须转弯时弯曲半径一般不少于3 5 倍洞径或洞宽 转角不宜大于60 以使水流平顺 减小水头损失 二 隧洞水力计算 1 恒定流计算 研究隧洞断面 引用流量及水头损失之间的关系 以便选定隧洞尺寸 根据经验 有压隧洞中的经济流速一般在2 5 4m s左右 2 非恒定流 确定隧洞沿线最大 最小内水压力 分别用以设计隧洞衬砌及决定隧洞高程 隧洞各点高程都应在最小压力线以下2m 以保证不出现负压 隧洞中最大及最小内水压力坡降线 三 隧洞的断面尺寸 常见隧洞断面形式有 圆形 方圆形 城门洞形 马蹄形及高拱形 有压隧洞常采用圆形断面 对于无压隧洞常采用方圆形断面 洞顶和两侧围岩不稳时常采用马蹄形 洞顶岩石很不稳时常采用高拱形 为了便于施工 隧洞的横断面尺寸至少宽1 5m 高1 8m 或内径不小于1 8m 发电隧洞断面尺寸应根据动能经济计算确定 其方法与前述渠道同 1 有压进水口有哪几种类型 各适用于什么条件 答 坝式进水口 适用于水电站管道埋设在坝体内的情况 岸式进水口 适用于洞口地质条件较差或地形陡峻不宜采用洞式进水口的情况 塔式进水口 适用于附近地质条件较差或地形平缓不宜采用洞式进水口的情况 2 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 答 通气孔设在事故闸门之后 其功用是 当引水道冲水是用以排气 当事故闸门关闭放空引水道时 用以不起以防出现有害的真空 3