1、-+ 項目概述 +- 要求： 明確引水建筑物的功用與設計要求；理解渠道的分類、作用；明確動力渠道的類型、適用條件及特點；了解渠線選擇原則,渠道斷面形式及護面類型；明確壓力前池的作用、組成及其布置形式；掌握前池各組成部分的構造及設計要求；掌握前池特征水位、高程確定；了解前池結構設計原則；明確調壓室的作用、要求及設置條件、基本布置方式；掌握調壓室的基本類型及其特點、適用條件；掌握壓力管道的作用、特點、分類；了解壓力水管的結構型式與適用條件；理解壓力水管線路選擇原則；掌握壓力水管布置方式；掌握明鋼管水力計算、以及經濟直徑確定方法；掌握管身構造及附件組成；了解岔管的作用、特點及結構形式；掌握壓力水管鎮

2、、支墩的作用、結構形式，了解其布置要求； 重點： 動力渠道的作用、類型與路線選擇原則；壓力前池的作用、構成及其尺寸擬定；調壓室的作用、布置形式和基本結構類型；壓力管道的工作特點、類型及布置方式，露天鋼管及其支撐結構的構造。 主要內容： 1水電站引水道的功用是集中落差，形成水頭，輸送水流。引水道分無壓引水道和有壓引水道兩類。無壓引水道常用的是渠道或無壓隧洞，適用于無壓引水電站。 2動力渠道根據其水力特性，又分為自動調節渠道和非自動調節渠道。進行渠線選擇時，應盡量選在地質較好的地段，且渠線盡可能高，短而直。 3壓力前池是水電站的平水建筑物，其主要作用是平穩水壓、平衡水量，攔阻雜物與排除泥沙，保證下

3、游供水。壓力前池由擴散段、池身、壓力墻式進水口，有時還有溢流堰和排沙設備等。壓力前池布置應注意穩定和滲漏問題。 4調壓室是位于有壓引水道和壓力水管之間的平水建筑物，其主要作用是反射水擊波，平穩水頭。調壓室可以布置在廠房的上游、下游或上下游均布置。根據其水力條件和結構型式不同，可分為簡單圓筒式、阻抗式、雙室式、溢流式、差動式、氣壓式或半氣壓式調壓室6種。 5壓力管道是從水庫、壓力前池或調壓室向水輪機輸送水量的水管。主要特點是：坡度陡，內水壓力大，靠近廠房。按布置方式分：明管(無壓引水式電站)、地下埋管(有壓引水電站)、混凝土壩身埋管(凝土重力壩及重力拱壩)；按材料分鋼管(大中型水電站)、鋼筋混凝

4、土管(小型電站)、鋼襯鋼筋混凝土結構。中高水頭電站一般采用焊接鋼管，低水頭電站有時可采用鋼筋混凝土管。 6壓力管道的線路選擇原則、供水方式和管徑確定。壓力管道的供水方式有單元供水、聯合供水、分組供水；應根據電站的不同情況，結合電站的開發方式、水頭、流量及管道的長短、地形、地質條件確定壓力管道的供水方式和引進方式。 7明鋼管的敷設方式和支承方式。為了減小溫度應力，明鋼管的敷設方式通常采用分段式。一、引水建筑物的功用與設計要求 1、引水建筑物的功用 引水道的功用是集中落差，形成水頭，將水流輸送到水電站廠房，然后將發電后的水流(稱為尾水)排到原河道。引水道分為無壓引水道和有壓引水道兩類。 無壓引水道

5、的特點是具有自由水面，引水道承受的水壓不大，適用于無壓引水式水電站，河道或水庫的水位變化不大。在結構型式上，無壓引水道最常用的是渠道和無壓隧洞。渠道常沿山坡等高線布置，受地形及地質條件制約，其長度和開挖工程量較大，且運行期要經常維護、修理，但由于在地表面施工，因而比較方便，中小型電站常采用渠道引水。某些特殊情況下，如崎嶇的山坡等，可能無法沿著不規則的等高線布置引水道，則對較深的峽谷可采用渡槽越過，對較淺的峽谷用倒虹吸穿越，對山嶺用無壓隧洞穿過。 有壓引水道的特點是引水道內為壓力流，承受的水壓力較大，適用于有壓引水式水電站，河道或水庫水位變幅較大。有壓隧洞是最常用的結構型式，它可以利用巖體承受內

6、水壓力和防止滲漏。在很特殊的情況下，有壓引水道可采用壓力管道。 2、進水建筑物設計要求(1)有足夠的輸水能力。當電站負荷發生變化時，機組的引用流量也隨之變化。一般按水電站的最大引用流量qmax設計。(2)水質要符合要求。防止有害污物和泥沙進入引水建筑物，尤其是對渠道進口、沿線及渠末都要采取攔污、防沙、排沙措施。(3)運行安全可靠。應盡可能減少輸水過程中的水量和水頭損失，因此引水建筑物要有防沖、防淤、防滲漏、防草、防凌等功能。(4)要選擇合理經濟的引水建筑物，并便于施工和運行。 -+ 任務一：輸水道方案選擇 +- 、引水渠道的類型及水力特性 水電站的無壓引水渠道又稱為動力渠道。根據其水力特性，可

7、分為自動調節渠道和非自動調節渠道。 1、自動調節渠道 渠頂高程沿渠道全長不變，而且高出渠內可能的最高水位，渠道斷面向下游逐漸加大，渠末壓力前池處不設泄水建筑物，如圖3-1所示。當水電站的引用流量為零時，渠末水位與渠首水位齊平，渠道不會發生漫流和棄水現象；當水電站引用流量等于設計流量時，水流為恒定流，水面線平行與渠底；當水電站引用流量小于渠道設計流量時，渠道內出現雍水曲線；當水電站引用流量大于渠道設計流量時，渠道內為降水曲線。 這種渠道在最高水位和最低之間有一定的容積，從而在一定程度上起到了自動調節的作用，為電站適應負荷變化創造了條件，但工程量較大。 圖3-1自動調節渠道 2、非自動調節渠道 渠

8、頂大致平行渠底，渠道的深度沿途不變，在渠道末端的壓力前池中設泄水建筑物(溢流堰)如圖3-2所示。當水電站的引用流量等于渠道設計流量時，水流處于均勻流狀態，水面線平行渠底，渠內為正常水深，壓力前池水位低于堰頂；當電站引用流量小于渠道設計流量時，水面線為雍水曲線，水位超過堰頂，開始溢流；當水電站引用流量為零時，通過渠道的全部流量泄向下游。 這種渠道的優點是：渠頂能隨地形而變化，當渠道較長，底坡較陡時，工程量比較小。溢流堰可限制渠末的水位,保證向下游供水。其缺點是若下游無用水要求而進口閘門又不能及時關閉時，則造成大量無益棄水。圖3-2非自動調節渠道 二、引水渠道路線選擇 渠線選擇是根據確定的引水高程

9、和水電站廠房位置進行的，在選擇時主要考慮沿線的地質和地形條件。一般應選擇在巖體穩定性較好、滲透性和風化較弱的區域。在滿足集中落差的前提下，應做到以下幾點： (1)渠線盡量短而直,以減小水頭損失,降低造價； (2)渠線盡可能高,以獲得較大的落差； (3)渠線應選擇在地質較好的地段,避免與現有建筑物干擾。 在下列情況下不宜選擇無壓引水渠道方案： (1)山坡不穩定時；(2)山坡過陡； (3)渠道以上的山坡有不穩定的山體，或常有石塊滾落下來； (4)有可能發生雪崩的部位； (5)氣候嚴寒，冰凍期較長，渠中水流有冰凍的可能。 在遇到這些問題時，可采用相應的工程措施，如將渠道局部封閉等。 三、引水渠道的斷

10、面型式和尺寸 引水渠道一般在山坡上采用挖方、回填或半挖半填的方式修建，其斷面形狀也多種多樣，如梯形、矩形等，以梯形最為常見。渠道邊坡坡度取決于地質條件及襯砌的情況。在巖基上多采用窄深式矩形斷面，土基上一般采用梯形斷面。在選擇斷面型式時，應盡力滿足水力最佳斷面，同時要考慮施工、技術方面的要求，確定合理實用斷面。 決定斷面尺寸，首先要滿足防沖、防淤、防草等技術條件，擬定幾個可能的方案，經過動能經濟比較，選出最優方案。經過動能經濟計算后，得到的渠道斷面fe稱為經濟斷面。 工程實踐表明，渠道的經濟流速ve大致為1.52.0m/s，則fe=qmax/ve,粗略估算渠道尺寸時可做為參考。 -+ 任務二：壓

11、力前池選型與布置 +- 引水渠道的末端，將渠底加深，渠道斷面尺寸擴大，形成一水池，以便平穩水流和布置壓力管道的進水口，這一水池就稱為壓力前池。它是水電站無壓引水建筑物與壓力管道的連接建筑物。 一、壓力前池的作用 (1)平穩水壓、平衡水量。當機組負荷發生變化時，引用流量的改變使渠道中的水位產生波動，由于前池有較大的容積，就可減少渠道水位波動的振幅，穩定發電水頭；另外還可起到暫時補充不足水量和容納多余水量的作用，適應水輪機流量的改變。 (2)均勻分配流量。從渠道中引來的水經過壓力前池能夠均勻地分配給各壓力管道，管道進口設有控制閘門。 (3)渲泄多余水量。當電站停機時，向下游供水。 (4)再次攔截污

12、物和泥沙。前池設有攔污柵、攔沙、排沙及防凌等設施，防止渠道中漂浮物、冰凌、有害泥沙進入壓力管道，保證水輪機正常運行。 二、壓力前池的組成建筑物 (1)前室(池身及擴散段)。前室是渠末和壓力管道進水室間的連接段，由擴散段和池身組成。擴散段保證水流平順地進入前池，減少水頭損失。池身的寬度和深度受高壓管道進口的數量和尺寸控制，以滿足進水室的要求。 (2)進水室及其設備。指壓力管道進水口前擴大和加深部分，通常采用壓力墻式進水口。進口處設閘門及其控制設備、攔污柵、通氣孔等設施。 (3)溢水建筑物。當水電站以較小的流量工作或停機時，多余的水量由溢水建筑物泄走，防止前池水位漫過堤頂，并保證向下游供水。溢水建

13、筑物一般包括溢流堰、陡槽和消能設施。溢流堰應緊靠前池布置，其型式可分為正堰和側堰兩種，堰頂一般不設閘門，水位超過堰頂，前池內的水就自動溢流。 (4)放水和沖沙設備。從引水渠道帶來的泥沙將沉積在前室底部，因此在前室的最低處應設沖沙道，并在其末端設有控制閘門，以便定期將泥沙排至下游。沖沙道可布置在前室的一側或在進水室底板下作成廊道。沖沙孔的尺寸一般不小于1m2，廊道的高度不小于0.6m，沖沙流速通常為23m/s。沖沙孔有時兼做前池的放水孔，當前池檢修時用來放空存水。 (5)攔冰和排冰設備。排冰道只有在北方嚴寒地區才設置，排冰道的底板應在前池正常水位以下，并用疊梁門進行控制。圖3-3某水電站壓力前池

14、布置圖 三、壓力前池的位置選擇與布置 1、位置選擇 壓力前池的布置與引水道線路、壓力管道、電站廠房及本身的溢水建筑物等有密切聯系。因此應根據地形、地質和運行條件，結合整個引水系統及廠房布置進行全面和綜合的考慮。 (1)前池的整體布置應使水流平順、水頭損失最少，以提高水電站的出力和電能。布置能使渠道中心線與前池中心線平行或接近平行。前室斷面逐漸擴大，平面擴散角不宜大于10。前池底部坡降的擴散角也不大于10。 (2)前池應盡可能靠近廠房，以縮短壓力管道的長度。前池中水流應均勻地向各條壓力管道供水，使水流平順，無漩渦發生。運行方面應力求清污、維護、管理方便，同時應使泄水與廠房尾水不發生干擾。 (3)

15、前池應建在天然地基的挖方中，不應設置在填方或不穩定地基上，以防由于山體滑坡和不均勻沉陷導致前池及廠房建筑物的破壞。 2、布置方式圖3-4壓力前池布置圖圖3-5壓力前池平面布置圖 1-渠道；2-壓力前池；3-壓力水管；4-廠房1-引水渠；2-前室；3-進水室；4-溢流堰；5-壓力水管（1）直線布置，見圖3-4（a）。渠道、壓力前池、壓力水管軸線相一致，水流平順水量分配均勻，水頭損失小，但這種方式溢流較困難，挖方量大，只能在地形條件許可或渠道跌水式電站中采用。 （2）直角布置，見圖3-4（c）。渠線與壓力水管軸線成直角，這樣可適應地形條件，使渠線與等高線平行，壓力水管與等高線垂直，減小開挖量，溢流

16、堰可做成正堰，有利于排水、排冰、排污，且泄水道遠離廠房，不影響廠房安全。但此時前池中的水流偏向一側，易形成旋渦，水頭損失大，水量分配不均勻，轉角處易形成死水區，泥沙易淤積，排沙困難。 （3）曲線布置，見圖3-4（b）。渠線與壓力水管軸線成一定角度斜交。這種布置在實際工程中較常見，能適應地形地質條件，水流、開挖、排沙、排水、排冰等條件都介于前面兩者之間。 四、壓力前池構造和尺寸擬定 （一）前室 前室是引水渠道末端與進水室之間的擴大加深部分，見圖3-3，其主要作用是將渠道斷面過渡至進水室需要的寬度和深度。前室在平面上以=100150的擴散角逐漸增加。若過大，則水流因擴散過快而在兩側形成旋渦；若過小

17、，則將增大長度而使造價增加。當渠道較窄而前池較寬時，為了減小池身的長度而不過分加大擴散角度，應在前室進口設置分流墩（見圖3-6）。前室的寬度b約為進水室寬度的1.01.5倍，長度l為(2.53.0)b。 當渠線與管軸線不一致時，為防止出現死水區，應在前室前加設導流墻，見圖3-6（b）。為便于沉沙、排沙、防止有害雜質進入進水室，前室末端底板高程應低于進水室底板高程0.5m以上。 圖3-6分流墩與導流墻 (二)進水室 進水室是壓力前池最主要的組成部分，前接壓力前池，后接壓力水管進口的壓力墻。當布置有兩根以上的壓力水管時，應以隔墩分成若干獨立的進水室，每一進水室都設置攔污柵、檢修閘門、工作閘門、通氣

18、孔、旁通管、工作橋和啟閉設備等，見圖3-7。 1、進水室中特征水位的確定 （1）進水室正常水位 取引水道通過電站最大引用流量時的渠末正常水位減去各種水頭損失：z進=zc-(h進+h門槽+h柵+.) （3-1） （2）進水室最高水位 對于自動調節渠道，進水室最高水位與渠首最高水位相同； 對于非自動調節渠道，進水室最高水位等于溢流堰頂高程加上最大溢流水深，即： zmax=z堰頂+hmax （3-2） （3）進水室最低水位 進水室最低水位取以下兩者中的較低者： a、枯水期渠道來流量為水電站最小引用流量時渠末水深； b、水輪機突增負荷，池中水位突降時刻。 圖3-7壓力前池構造與尺寸 1-溢流堰；2-檢

19、修閘門；3-攔污柵；4-工作閘門；5-通氣孔；6-工作橋； 7-壓力墻；8-壓力水管進口；9-壓力水管；10-支墩；11-旁通管 2、進水室各部分高程的確定 （1）壓力管道頂部高程管頂=zmin-d0 （3-3） 式中：d0閘門孔口凈高，m； （2）進水室底板高程進底=zmin-d0-d/cos （3-4） 其中，為壓力管道軸線與水平線的傾角。 （3）壓力前池圍墻頂部高程墻頂=zmax+（3-5） 其中，為安全超高，可查表求得。 3、進水室尺寸擬定 （1）進水室寬度，與壓力水管直徑、根數及水電站的最大引用流量有關。對一獨立的進水室寬度有：bqmax/v進h進n（3-6） 式中：v進攔污柵的允許

20、過柵流速，一般不超過1.01.2m/s； h進進水室入口水深； n進水室個數，與壓力水管根數相同。 若壓力水管根數為n，隔墩厚度為d，則進水室總寬度： b進=nb進+(n-1)d （3-7） （2）進水室長度 進水室長度取決于攔污柵、檢修閘門、工作閘門、通氣孔等的布置需要，對于小型電站，常取35m。 （三）壓力墻 壓力墻是進水室末端的擋墻，也是壓力水管進口的閘墻，一般用混凝土或漿砌石筑成。 （四）泄水道 泄水道通常設于渠末或前池的邊墻上，有溢流堰和虹吸管兩種型式。溢流堰的布置可為正堰或側堰，下游布置泄水陡槽和消能設施，斷面形狀一般為流線型的實用堰，當前室最高水位確定后，所需溢流堰長度為： l=

21、qmax/mha3/2（3-8） 式中：ha堰頂允許最大溢流深度； m溢流堰流量系數。 （五）沖沙道和排冰道 在前室的最低處設置沖沙道，其進口方向可與管道進口方向相同。排冰道用來排除進入壓力前池的冰凌，其底檻應位于前室正常水位以下。排冰道對見于北方電站中。 五、壓力前池的主要設備 壓力前池的主要設備有攔污柵、檢修閘門、工作閘門、通氣孔、旁通管、啟閉設備和清污機等。 1、攔污柵 攔污柵構造、作用等與潛沒式進水口攔污柵相同。 2、檢修閘門和工作閘門 檢修閘門位于工作閘門之前，攔污柵之前或之后，供檢修攔污柵、工作閘門和進水室時堵水之用，一般為疊梁門或平板門。 工作閘門是當壓力水管、水輪機閥門或機組發

22、生事故或檢修時，用來關閉壓力水管進口。另外,當電站長時間停機時,為了防止水輪機閥門漏水,常需關閉工作閘門。一般為平面定輪閘門。 3、通氣孔和旁通管 通氣孔布置在緊靠工作閘門的下游面，起充氣和排氣的作用。 旁通管布置在進水室邊墻和隔墩內，用閘閥控制，可以是鑄鐵管、鋼管或鋼筋混凝土管。 4、啟閉機 攔污柵和檢修閘門可用移動式啟閉機，工作閘門應每個進水室固定一臺。要設置工作橋和啟閉機排架。 六、壓力前池結構設計原則 1、壓力墻承受自重、頂部設備重和上游水荷載，應在上游為進水室最高水位條件下，按擋水壩進行強度和穩定計算。 2、邊墻承受自重、設備重、水壓力和土壓力等荷載，應按擋土墻設計；溢流堰段則按溢流

23、重力壩設計。 3、工作橋和啟閉機架，一般為鋼筋混凝土板梁和框架結構，承受自重、設備重、啟閉力、風荷載和活荷載，應按框架和板梁設計。 4、進水室底板構造和受力情況與水閘底板相似。當采用鋼筋混凝土結構時，按彈性地基上的板設計；采用素混凝土或漿砌石時，板厚直接取0.51.0m。 5、壓力前池的整體穩定需進行核算。土基上，應驗算壓力前池整體可能沿地基表面或連同部分土體沿某一滑弧面滑動的穩定條件；巖基上，應驗算壓力前池沿地基表面或連同部分巖體沿某一節理面滑動時的穩定條件。 -+ 任務三：調壓室選型與布置 +- 一、調壓室功用、要求及設置條件 （一）調壓室的功用 在較長的壓力引水系統中，為了降低高壓管道的

24、水擊壓力，滿足機組調節保證計算的要求，常在壓力引水道與壓力管道銜接處建造調壓室。這樣，從水庫到調壓室為縱向坡度較緩的壓力隧洞，其內壓力較低，而從調壓室到廠房為坡度較陡的高壓管道。有時如果尾水隧洞的長度較大，也可設置尾水調壓室。 調壓室利用擴大斷面和自由水面反射水擊波，它將有壓引水系統分成兩段：上游段為壓力引水道，下游段為壓力管道。調壓室的功用可歸納為以下幾點： (1)反射水擊波?；旧媳苊?或減小)了壓力管道傳來的水擊波進入壓力引水道； (2)縮短了壓力管道的長度，從而減小了壓力管道及廠房過水部分的水擊壓力； (3)改善機組在負荷變化時的運行條件； (4)由于從水庫到調壓室之間引水道的水壓力較

25、低，從而降低了其設計標準，節省了建設經費。 （二）調壓室的基本要求 根據其功用，調壓室應滿足以下基本要求： (1)調壓室應盡量靠近廠房，以縮短壓力管道的長度； (2)調壓室內水體應有自由表面和足夠的底面積，以保證水擊波的充分反射； (3)調壓室的工作必須是穩定的。在負荷變化時，引水道及調壓室水體的波動振幅小并迅速衰減，達到新的穩定狀態； (4)正常運行時，水流經過調壓室底部造成的水頭損失要小。為此調壓室底部和壓力管道連接處應具有較小的斷面積； (5)結構安全可靠，施工簡單方便，造價經濟合理。 （三）調壓室的設置條件 調壓室是改善有壓引水系統和水電站運行條件的一種可靠措施。但調壓室一般尺寸較大，

26、投資較高，工期長，特別是對于低水頭電站，調壓室在整個引水系統造價中可能占相當大的比例。因此是否設置調壓室，應在機組過流系統調節保證計算和機組運行條件分析的基礎上，考慮水電站在電力系統中的作用、地形及地質條件、壓力管道的布置等因素，進行技術經濟比較后加以確定。 1、上游調壓室的設置條件 初步分析時，可用水流加速時間(也可稱為壓力引水道的水流慣性時間常數)tw來判斷，設置上游調壓室的條件：(3-9) 式中：li引水道(包括蝸殼和尾水管)各段長度，m； vi上述各段引水道的流速，m/s； hp水輪機設計水頭，m； twtw的允許值，一般取24s。 tw的物理意義：在水頭hp作用下，不計水頭損失時，管

27、道內水流速度從0增大到v所需的時間。 顯然，tw越大，水擊壓力的相對值也越大，對機組調節過程的影響也越大。另外tw的取值與電站出力在電力系統中占的比重有關。我國的調壓室設計規范規定： (1)水電站單獨運行或其容量在電力系統中所占的比重超過50%時，tw取較小值。 (3)電力系統中所占比重小于10%20%時，tw取大值。 2、下游調壓室的設置條件 機組下游尾水調壓室的功用是縮短尾水道的長度，減小甩負荷時尾水管中的真空度，防止水柱分離。下游調壓室的設置條件是以尾水管內不產生液柱分離為前提，判別條件為：(3-10) 式中：lw壓力尾水道的長度，m； ts水輪機導葉關閉時間，s；vw0穩定運行時尾水管

28、的流速，m/s；vwj尾水管入口處的流速，m/s； hs吸出高度，m；機組安裝高程，m。 最終通過調節保證計算，當機組丟棄全部負荷時，尾水管內的最大真空度不宜大于8m水柱。但在高海拔地區應作高程修正。 二、調壓室的基本布置方式 根據調壓室與廠房相對位置不同，調壓室的布置有四種基本方式： (1)上游調壓室(引水調壓室) 調壓室位于廠房上游的引水道上，如圖3-8(a)所示，這種布置方式適用于廠房上游有較長的有壓引水道的情況，應用也最廣泛。 (2)下游調壓室(尾水調壓室) 當廠房下游尾水隧洞較長時，需設置尾水調壓室以減小水擊壓力，特別是防止在丟棄負荷時產生過大的負水擊。尾水調壓室應盡可能靠近水輪機，

29、如圖3-8(b)所示。 尾水調壓室水位變化過程與上游調壓室相似，但變化方向相反。當丟棄負荷時，水輪機引用流量減小，調壓室需向尾水隧洞補充水量，水位先下降，達到最低點后再開始回升。當負荷增加時，尾水調壓室的水位先開始上升，達到最高點后再開始下降。 (3)上下游雙調壓室系統 由于布置上的原因，有些地下廠房的上下游都有較長的壓力水道，為減小水擊壓力，改善機組運行條件，在廠房的上下游均設置調壓室而成為雙調壓室系統，如圖3-8(c)所示。 丟棄全部負荷時，上、下游調壓室的工作互不影響，可分別求出最高和最低水位。增加負荷或丟棄部分負荷時，水輪機的流量發生變化，兩個調壓室的水位都將發生變化，而任一個調壓室的

30、水位變化，都將引起水輪機流量新的改變，從而影響到另一個調壓室水位的變化，兩個調壓室的水位變化相互制約和相互誘發，這使整個引水系統的水力現象非常復雜。特別是當引水隧洞和尾水隧洞的特性接近時，可能發生共振，設計時不能只限于推求第一振幅，而應求出波動的全過程，研究波動的衰減情況。 圖3-8調壓室布置方式 （a）上游調壓室；（b）下游調壓室；（c）上下游調壓室；（d）上游雙調壓室 (4)上游雙調壓室系統 當上游引水道較長，也有設置兩個調壓室，如圖3-8(d)所示?？拷鼜S房的調壓室對于反射水擊波起主導作用，稱為主調壓室；靠近上游的調壓室用來幫助衰減引水系統的波動，降低主調壓室的高度，稱為輔助調壓室。輔助

31、調壓室愈接近主調壓室所起的作用越大，愈向上游其作用越小。引水系統水位波動的衰減由兩個調壓室共同保證，增加一個調壓室斷面可以減小另一個調壓室的斷面，但兩個調壓室的斷面之和總是大于只設一個調壓室的斷面積。如果引水道上有施工豎井可利用，采用雙調壓室可能是經濟的。輔助調壓室有時是因為電站擴建或電站運行條件改變，原有調壓室容積不夠而增設的；有時因結構、地質等原因，用設置輔助調壓室以減小主調壓室的尺寸。 三、調壓室的基本類型 1、簡單圓筒式調壓室 如圖3-9(a)所示。這種調壓室的特點是自上而下具有相同的斷面，結構簡單，反射水擊波效果好。但水位波動振幅較大，衰減較慢，因而調壓室的容積較大；在正常運行時，引

32、水系統與調壓室連接處水力損失較大。為了克服上述缺點，可采用有連接管的圓筒式調壓室，如圖3-9(b)所示。這種類型一般適用于低水頭小流量的水電站。 2、阻抗式調壓室 將圓筒式調壓室的底部，用較小斷面的短管或用較小孔口的隔板與隧洞及壓力管道連接起來，這種孔口或隔板相當于局部阻力，即為阻抗式調壓室，如圖3-9(c)、(d)所示。進出調壓室的水流在阻抗孔口處消耗了一部分能量，可以有效地減小水位波動的振幅，加快了衰減速度，因而所需調壓室的體積小于圓筒式。正常運行時水頭損失小。由于阻抗的存在，水擊波不能完全反射，壓力引水道中可能受到水擊的影響。一般阻抗孔的面積不小于引水道的15%也不大于60%。適用于引水

33、道較短的中、低水頭電站。 3、雙室式調壓室 雙室式調壓室是由一個豎井和上下兩個儲水室組成，如圖3-9(e)所示。上室供丟棄負荷時儲水用，一般在最高凈水位以上，在正常運行時是空的。下室在正常運行時充滿水，供增加負荷時補給水量用，應在調壓室中最低靜水位以下。豎井是用來連接上下室和引水道與壓力管道的。在恒定流情況下，調壓室中的自由水面位于豎井中。剛丟棄負荷時，由于豎井斷面較小，水位迅速上升，當水位達到上室時，其上升的速度放慢，從而減小波動振幅。當增加負荷時，水位迅速下降到下室中，并由下室補充不足的水量，因此限制了水位的下降。這種調壓室適用于水頭較高、要求的穩定斷面較小、水庫水位變化較大的水電站。 4

34、、溢流式調壓室 溢流式調壓室頂部設有溢流堰，如圖3-9(f)、(g)所示。當丟棄負荷時，調壓室的水位迅速上升，達到溢流堰頂后開始溢流，限制了水位的進一步升高，有利于機組的穩定運行，溢出的水量，可以設上室加以儲存，也可排至下游。 5、差動式調壓室 由兩個直徑不同的同心圓筒組成，中間的圓筒直徑較小，上有溢流口，稱為升管，其底部以阻力孔口與外筒相通，外筒又稱為外室，如圖3-9(h)。丟棄負荷時，升管內的水位首先迅速升高，到達溢流堰口時開始溢出到外室。當升管內的水位降低到低于外室水位時，外室內的水通過底部的阻抗孔口回流，這樣可以減小外室水位的波動幅度。在波動過程中，由于升管與外室大井之間常存在水位差，

35、所以稱為差動式。但在正常運行時，二者的水位是相同的。外室斷面由波動穩定條件控制。差動式調壓室所需容積較小，水位波動衰減得也較快。 此種調壓室兼顧了阻抗式調壓室和溢流式調壓室的優點，但其構造復雜，施工難度大，造價高。適用于地形和地質條件不允許設置大斷面的中高水頭水電站。 圖3-9調壓室的結構型式 6、氣壓式或半氣壓式調壓室 如圖3-9(i)所示，在壓力隧洞上靠近廠房的位置建造一個大洞室，室中一部分充水，另一部分充滿高壓空氣。利用調壓室中的空氣壓縮或膨脹，來減小水位漲落的幅度。這種形式的調壓室可以靠近廠房布置，從而大大減小水擊壓力，反射水擊波比較充分，但水位波動穩定條件較差，需要較大的調壓室斷面，

36、還需配置壓縮空氣機，定期補氣增加運行費用。適用于深埋于地下的引水道式地下水電站。目前我國尚未采用。 -+ 任務四：高壓管道選型與布置 +- 一、壓力管道的功用和特點 壓力管道是從水庫、壓力前池或調壓室向水輪機輸送水量的水管，一般為有壓狀態。其特點是集中了水電站大部分或全部的水頭，另外坡度較陡，內水壓力大，還承受動水壓力的沖擊(水錘壓力)，且靠近廠房，一旦破壞會嚴重威脅廠房的安全。所以壓力管道具有特殊的重要性，對其材料、設計方法和加工工藝等都有特殊要求。 壓力管道的主要荷載為內水壓力，管道的內直徑d(m)和其承受的水頭h(m)及其乘積hd值是標志壓力管道規模及技術難度的重要參數值。目前最大直徑的

37、鋼管是巴基斯坦的塔貝拉水電站第三期擴建工程的隧洞內明鋼管，直徑為13.26m。hd值最高的常見于抽水蓄能電站，已超過5000m2。 二、壓力水管的結構型式和適用條件 壓力管道可按照布置型式和所用的材料分類。 （一）壩體壓力管道 1、壩內埋管：壓力管道埋設在壩體內部，常采用鋼管。 （1）斜式，見圖3-10 進水口高程較高，上部管道內水壓力小，管軸線平行于大壩主應力線，減少鋼管周圍鋼筋用量，進口閘門及啟閉設備造價較低，但彎道較多，用鋼量較大，多適用于壩后式電站。 （2）平式，見圖3-11 進水口高程較低，進口閘門承受較大水頭，結構復雜，管道內水壓力較大，但管線短而直，水頭損失和水擊壓力小。適用于薄

38、拱壩、支墩壩和較低的重力壩壩后式電站。 圖3-10斜式壩體壓力管道圖3-11平式壩體壓力管道 （3）豎井式，見圖3-12 進水口與廠房水平距離近而垂直高差大時采用。管道短，但彎管彎曲半徑小，水頭損失大，管道孔洞對壩體應力影響大。適用于壩內式和地下廠房電站。 圖3-12豎井式壩體壓力管道 2、壩后背管 鋼管穿過上部壩體后布置在下游壩坡上，見圖3-13。此時，管道較長，管壁要承受全部內水壓力，壁厚，用鋼量多。多用于寬縫重力壩、薄拱壩、支墩壩。 圖3-13壩后背管 （二）地面壓力管道 沿山坡脊線敷設的露天地面壓力管道，又稱為明管。 1、鋼管 強度高，抗滲性能好，廣泛適用于中高水頭的水電站和壩后式電站

39、。鋼管所使用的鋼材應根據鋼管結構型式、鋼管規模、使用溫度、鋼材性能、制作安裝工藝要求以及經濟合理等因素參照設計規范選定。 2、鋼筋混凝土管 鋼筋混凝土管造價低、剛度較大、經久耐用，通常用于內壓不高的中小型水電站。除了普通的鋼筋混凝土管外，還有預應力和自應力鋼筋混凝土管、鋼絲網水泥管和預應力鋼絲網水泥管等。普通鋼筋混凝土管適用于hd1000m2時，鋼板厚度一般會超過40mm，其加工比較困難，因而在這種情況下常采用箍管。箍管是在焊接管或無縫鋼管外套以無縫的鋼環(鋼箍，稱為加勁環)，從而使管壁和鋼箍共同承受內水壓力，以減小管壁鋼板的厚度。由于箍管加工復雜，故僅用于水頭極高的水電站。 圖3-16焊縫布

40、置圖圖3-17彎管示意圖 （二）彎管和漸縮管 明鋼管隨地形布置，經常會出現改變方向的情況，需要裝置彎管，見圖3-17、3-18。每一折線段兩端徑向線不宜超過10，夾角越小，水流條件越好，彎管的曲率半徑不宜小于3倍管徑。 不同直徑鋼管段連接時，需設置漸縮管。 圖3-18彎管及彎管生產機械 （三）加勁環 當薄壁鋼管不能抵抗外壓和滿足不了運輸或安裝要求時，單純增加管壁厚度來滿足剛度要求不經濟，因此要加設加勁環，見圖3-19。 圖3-19加勁環 （四）分岔管 當采用聯合供水或分組供水時，需設置分岔管，將總管水流分配給各支管。當鋼管正向進水時，采用對稱分岔；當鋼管為側向和斜向進水時，多采用非對稱分岔，見

41、圖3-20。 圖3-20分岔管 （a）、（c）對稱分岔；（b）、（d）非對稱分岔 七、明鋼管的閥門和附件 (一)閥門 壓力水管的進、出口處都要設置控制閥門，以便在壓力管道發生事故或檢修時用以切斷水流，且對分組供水和聯合供水的壓力水管，也可提高它的運行靈活性。設在進口處的通常采用平板閘門，因為平板閘門價格便宜，構造簡單，便于制造。對于上游有壓力前池或調壓室的明管，為了在發生事故時緊急關閉和檢修放空水管的需要，在鋼管進口處一般也要設置閘門，閘門裝在壓力前池或調壓室內。 閥門一般設置在緊靠壓力管道末端，即水輪機蝸殼進口處的鋼管上。在分組供水和聯合供水時，為避免一臺機組檢修影響其他機組的正常運行，或在

42、調速器、導水葉發生故障時緊急切斷水流，防止機組產生飛逸，在每臺機組前都應設置閥門，通常稱為下閥門。壩內埋管長度較小，只須在進口處設置閘門，不設下閥門。有時雖是單獨供水，但水頭較高、容量較大時也要設下閥門。水電站壓力水管的閥門常見的有三種。 (1)閘閥。閘閥由框架和板面構成，閥體在門槽中的滑動方式與一般的平板閘門相似，如圖321所示。閘閥一般用電動或液壓操作。這種閥門止水嚴密，運行可靠，但需要很大的啟閉力，動作緩慢，易產生汽蝕，用于直徑較小的水管。 圖3-21閘閥圖3-22閘閥實物圖 (2)蝴蝶閥。如圖323、3-24所示，蝴蝶閥由閥殼和閥體組成。閥殼為一短圓筒，閥體形似圓盤，在閥殼內繞水平或垂

43、直軸旋轉。閥門關閉時，閥體平面與水流方向垂直；開啟時，閥體平面與水流方向一致。蝴蝶閥的操作有電動和液壓兩種，前者用于小型，后者用于大型。這種閥門啟閉力小，操作方便迅速，體積小，重量輕，造價較低；但在開啟狀態時由于閥門板對水流的擾動，造成附加水頭損失和閥門內汽蝕現象；在關閉狀態時，止水不嚴密，不能部分開啟。適用于大直徑、水頭不很高的情況。 目前蝴蝶閥應用最廣，最大直徑可達8m以上，最大水頭達200m。蝴蝶閥可在動水中關閉，但必須用旁通管平壓后在靜水中開啟。圖3-23蝴蝶閥圖3-24蝶閥實物圖 (3)球閥。球閥由球形外殼、可旋轉的圓筒形閥體及其他附件組成，如圖3-25、3-26所示。閥體圓筒的軸線

44、與水管軸線一致時，閥門處于開啟狀態，若將閥體旋轉90o，使圓筒一側的球面封板擋住水流通路，則閥門處于關閉狀態。 球閥的優點是在開啟狀態時實際上沒有水頭損失，止水嚴密，結構上能承受高壓；缺點是尺寸和重量大，造價高。適于作高水頭電站的水輪機前閥門。球閥是在動水中關閉，但需要用旁通閥平壓后在靜水中開啟。 圖3-25球閥圖3-26球閥實物圖 (a)關閉狀態(b)開啟狀態 (二)附件 1、伸縮節。露天式壓力鋼管受到溫度變化或水溫變化的影響時，為了使管身能沿軸線自由伸縮，以消除溫度應力，且適應少量的不均勻沉陷，常在上鎮墩的下游側設置伸縮節。對伸縮界的基本要求是：能隨溫度變化自由伸縮，能適應鎮墩和支墩的基礎變形而產生的線變位和角變位，并留有足夠余度。伸縮節的型式較多，較常見的幾種見圖3-27。在閥門處的伸縮節應便于閥門拆卸，并允許產生微小的角位移。 圖327伸縮節 圖3-28雙法蘭卡箍伸縮接圖3-29法蘭松套伸縮接 2、通氣閥。通氣閥常布置在閥門之后。當閥門緊急關閉時，水管中的負壓使通氣閥打開向管內充氣，以消除管中負壓；水管充水時，管中空氣從通氣閥排出，然后再關