1、注：行楷字體為非要求掌握，可了解內容。第一章 緒論一、 水電站的類型按集中河段落差方式的不同，可分為壩式水電站、引水道式水電站和混合式水電站1） 壩式水電站壩式水電站是攔河筑壩，壩前壅水，在壩址處形成落差所建的水電站。其特點有：1、 水頭取決于壩高，相對較低；2、 引用流量大，裝機容量大，水能利用較充分，綜合利用效率高；3、 投資大，工期長；4、 適用：河道坡降較緩，流量較大，并有筑壩建庫的條件。根據廠房是否能承受上游水壓力，又可分為河床式和壩后式。河床式適用于較低水頭，如3040m。當水頭較大時，壩后式水電站。壩后式水電站廠房又可分為：壩后式廠房、壩內式廠房、溢流式廠房、河岸式廠房、地下式廠

2、房等。采用混凝土壩壩后式廠房時，通常將廠房和壩用縫分開，分別受力。2） 引水道式水電站引水道式水電站是在河段上游筑閘或低壩（或無壩）取水，經人工引水道引水到河段下游來集中落差所建的水電站。其特點有：1、 水頭大小取決于天然河道的落差，水頭相對較高，目前最大水頭已達2000米以上；2、 引用流量較小，沒有水庫調節徑流，水量利用效率較低，綜合利用價值較差；3、 電站庫容很小，基本無水庫淹沒損失，不需建高壩4、 適用條件：適合河道坡降較陡，流量較小的山區性河段3） 混合式水電站混合式水電站是在同一河段上用壩集中上游部分落差，再通過有壓引水道集中壩下游部分落差而形成總水頭所建的水電站。適用條件：壩上游

3、部分有良好筑壩建庫條件，下游部分坡降大時。二、 抽水蓄能電站與常規電站的區別1、 功能不同：同時具有發電和抽水的功能；2、 機組不同：同時具有發電機和水泵；3、 結構組成不同：上下都有水庫，進水口和出水口互為功能。三、 水電站的組成建筑物：擋水建筑物、引水建筑物、調水建筑物、發電建筑物第二章 進水口及引水道建筑物一、 進水口的分類（按水流條件分，即供水入無壓水道/壓力水道）1、 無壓進水口：類似于水閘，水流為明流，引取表面水，適用于無壓引水式水電站。無壓進水口的分類：1）表面式 常設于凹岸（凹岸取水）2）底部攔污柵式 2、 有壓進水口：進水口在最低水位以下，水流為有壓流，以引深層水為主，適用于

4、壩式、有壓引水式、混合式水電站。有壓進水口的分類：1） 壩式進水口2） 岸式進水口，又分：A、豎井式特征：在隧洞進口附近的巖體中開挖豎井，井壁一般要進行襯砌，閘門安置在豎井中，豎井的頂部布置啟閉機及操縱室，漸交段之后接隧洞洞身適用：工程地質條件較好，巖體比較完整，山坡坡度適宜，宜于開挖平洞和豎井的情況B、岸墻式特征：進口段、閘門段和閘門豎井的布置在山體之外，形成一個緊靠在山巖上的單獨墻式建筑物，承受水壓及山巖壓力，要有足夠的穩定性和強度適用：地質條件差，山坡較陡，不宜開挖豎井的情況3） 塔式進水口特征：進口段、閘門段及其一部框架形成一個塔式結構，聳立在水庫中，塔頂設操縱平臺和啟閉機室，用工作橋

5、與岸邊或壩頂相連，塔式進水口可一邊或四周進水適用：當地材料壩，進口處山巖較差，岸坡又比較平緩問題：為什么常用進水喇叭口?其體形與孔口水流狀態相適應，以避免在高速水流時產生不利的負壓和空蝕破壞。還可減少局部水頭損失，提高泄流能力。二、 進水口的要求：1） 要有必要的進水能力為什么有壓進水口要有一定淹沒深度？為了防止產生漩渦。吸氣漩渦會使空氣及漂浮物被吸入壓力水道內，并引起噪音、振動，減少流量。2） 水質符合發電要求3） 水頭損失要小4） 流量可按要求控制5） 施工、安裝、運行和檢修方便三、 閘門及啟閉設備1、 工作閘門（即事故閘門）作用：緊急事故關閉，快速切斷水流，以防事故擴大，也可用以關閉進水

6、口一檢修引水系統適用要求：動水中快速關閉，靜水中開啟2、 檢修閘門作用：設在工作閘門前，檢修工作閘門及門槽適用要求：靜水中啟閉四、 通氣孔位置：有壓進水口的工作閘門之后作用：工作閘門開啟時，引水道充水后用以排氣；工作閘門緊急關閉放空引水道時，用以補氣以防出現有害真空五、 沉沙池和沖沙室（注意兩者對水流流速要求相反）1、沉沙池位置：位于無壓進水口之后，引水道之前原理：加大過水斷面，降低水流流速從而減小其攜沙能力，使其有害泥沙在沉沙池中逐漸沉積為此要求沉沙池應有必要的寬度、深度和長度，使流速變小并且均勻。2、沖沙室 流速大些排沙方式：水力沖沙、水力機械沖沙、機械排沙六、 引水道1） 引水道類型：1

7、、 無壓引水道特點：具有自由水面，引水道承受的水壓不大適用：從河道或水庫水位變化不大的場合引水，否則會在進水口造成較大水頭損失 常用結構型式：無壓隧洞 渠道（常沿山坡等高線布置）2、 有壓引水道特點：引水道內為壓力流，承受的水頭可以很大可適應河道或水庫水位的大幅度變化常用結構形式：有壓隧洞 明管 明鋼管 2） 引水道要求：1、 符合要求的輸水能力2、 減少水頭損失3、 保證水質七、 隧洞分為有壓和無壓兩種。無壓時隧洞工作條件和水力計算與渠道相同。有壓隧洞恒定流水力計算，目的是根據已定的設計流量來選定橫斷面積（或流速），確定水頭損失注意：1、要注意避免在隨洞中出現有壓和無壓頻繁交替的不穩定水流狀

8、態，因為這對機組的正常運行非常不利，也可能引起隧洞襯砌的破壞對其他引水道也是，設計為有壓管道（無壓引水道），實際使用亦為有壓（無壓引水道），不能有壓無壓（正負壓）交替出現。2、有壓隧洞水力計算的特點是隧洞過水能力僅取決于洞全長的水頭損失，而與洞的縱坡無關，與洞的埋深在上游水位下的深度無關。3、水利工程施工時的導流隧洞在工程完工后改作永久隧洞取水時，進水口位置要提高，即“龍抬頭”，為什么？1）為了防止泥沙淤泥進水口；2）減少閘門啟閉力八、壓力前池壓力前池是把無壓引水道的無壓流變為壓力管道的有壓流的連接建筑物。組成：前室、壓力管道的進水口及設備、泄水和排沙建筑物作用：從水庫、壓力前池或調壓室，將水

9、在有壓狀態下引入水輪機第三章 壓力管道總論及明鋼管一 壓力管道的定義、特點及分類定義：壓力管道是從水庫或引水道末端的前池或調壓室，將水在有壓狀態下引入水輪機的輸水管。特點：1、坡度陡；2、承受電站的最大水頭；3、靠近廠房分類：根據布置形式，分為1）明管 暴露在空氣中 2）地下埋管 埋入巖體中 3）混凝土壩身管道 依附于壩身二、壓力管道的主要荷載是內水壓力，管道內徑D（m）和水壓H（m）及其乘積HD值是標志壓力管道規模及其技術難度的最重要特征值。三、 壓力管道供水方式：單元供水；聯合供水；分組供水四、 明鋼管敷設和支撐方式1、 一般采用分段式敷設。鋼管軸線拐彎處設鎮墩，鎮墩間管段用支墩支撐，兩鎮

10、墩間設有伸縮節。兩鎮墩之間，支墩宜等間距布置，設有伸縮節的一跨間距宜縮短以減少彎矩2、 伸縮節的作用：當溫度變化時，管身可在軸向伸縮，從而減少溫度應力；能適應少量的不均勻沉陷或變形。3、 支墩和鎮墩受力及受力簡化五、 受力鎮墩：所有的軸向力、法向力，彎矩，彎管慣性離心力支墩：（水重+鋼管重）法向分力，摩擦力B、簡化 鎮墩簡化為固定端，支墩簡化為活動鉸支座六、 光滑管道尺寸設計：1）管道內徑D；2）管壁厚度 其中為水的容重，H為所選計算截面管道中心水頭，D為管道內徑，為焊縫系數為鋼材許用應力七、 強度校核和剛度校核1、 關于強度校核，我國采用第四強度理論（畸變能理論）2、 光滑管(即無剛性環的明

11、鋼管)先校核強度，強度不滿足則增加管壁厚度；強度滿足后校核剛度（）,剛度不滿足加加勁環。加勁環的存在限制了其旁側管壁在內水壓力和管重作用下的徑向變形，因而產生局部應力，需重新校核其影響范圍內的管壁強度。（即加了加勁環要重新校核強度）八、 明鋼管的抗外壓失穩1、 當管徑和管壁厚度一定時，加勁環的間距越小，管壁在外壓下屈曲的波數便愈多，臨界壓力值便愈大；2、 設置加勁環的明鋼管在外力作用下，需滿足兩個要求：a、加勁環不能失穩屈曲；b、加勁環不失穩時，其橫截面的壓應力小于材料允許值。九、 明鋼管外壓失穩的原因及失穩現象：1、 機組運行過程中由于負荷變化產生負水錘，而使管道內產生負壓；2、 管道放空時

12、通氣孔失靈，而在管道內產生真空；3、 管道在外部的大氣壓力作用下，可能喪失穩定，管壁被壓扁；4、 必須根據鋼管處于真空狀態時不產生不穩定變形的條件來校核管壁厚度。第四章 地下埋管一、 地下埋管定義及施工工序地下埋管是埋藏于地層巖石中的鋼管，可以是斜的、垂直的，故也稱作斜井、豎井，或稱為隧洞式壓力管道。施工工序：巖洞開挖鋼襯安裝混凝土回填和灌漿灌漿種類：回填灌漿、接觸灌漿和固結灌漿二、和明管相比，地下埋管的優缺點優點：1、布置靈活方便，不受地面地形地質限制；2、利用圍巖承載，減少鋼襯壁厚，可解決HD值很大的技術難關；3、運行安全，超載能力強缺點：1、構造較復雜，施工安裝程序多，工藝要求較高而地下

13、施工條件又較差。這些因素使得造價增加，工程質量不易保證，且影響工期。2、在地下水壓力較大的地方，鋼襯可能承受甚大外壓，造成失穩三、地下埋管承受內壓基本原理：埋管承受內壓后，鋼襯發生徑向位移，鋼襯和混凝土襯圈間的縫隙消失后，繼續向混凝土襯圈傳遞內壓，混凝土內產生環向拉應力產生徑向裂縫；內壓通過混凝土楔塊繼續向圍巖傳遞，圍巖產生向外的徑向位移并形成圍巖抗力，使埋管在內壓下得到平衡。（鋼襯混凝土襯圈圍巖，盡可能利用圍巖抗力）二、圍巖的抗力系數K，定義是圍巖中某給定半徑的圓形孔口受均勻內壓作用下，孔周發生1徑向位移值時所需的均勻內壓值；工程上常使用單位抗力系數K。，即半徑為100cm的孔口受均勻內壓時

14、，孔周發生1cm徑向位移值時均勻內壓值。四、 地下埋管和明管抗外壓失穩的外荷載區別地下埋管的外壓荷載主要為地下水壓力，施工期還有鋼襯與混凝土之間接縫灌漿壓力和回填混凝土時流態混凝土的壓力。而明管的外壓為大氣壓力（0.1MPa）第五章 混凝土壩體壓力管道一、混凝土壩體壓力管道是依附于混凝土壩身，即埋設在壩體內或固定在壩面上，并與壩體稱為一體的壓力輸水管道。按其布置方式可分為：壩內埋管、壩上游面管道、壩下游面管道壩內埋管的三種典型布置型式：1、傾斜式布置；2、平式和平斜式布置；3、豎直式布置壩內埋管運行期的主要荷載有：內水壓、壩體荷載和溫差荷載二、為了減少壩體承擔的內水壓力，可以在鋼管外設置軟墊層

15、，將鋼管與壩體隔開。軟墊層可以吸收鋼管在內壓作用下的徑向變位，而使內壓只有一部分或很小部分傳至壩體。第六章 分叉管（不要求）第七章 水輪機類型及其特點一、水輪機類型及其特點1）沖擊式1、混流式 H=2700m 效率高（最大可達94%）2、軸流式 低水頭、大流量。又可分為定槳式和轉槳式3、斜流式 H=40200m4、貫流式 低、超低水頭2）反擊式 高水頭、小流量二、氣蝕2）氣蝕原因低壓區產生氣泡高壓區破碎頻率高達23萬次/秒+化學、電化作用三、安裝高程及如何確定水輪機的吸出高程Hs：理論上，指輪葉壓力最低點到下游水位的垂直高度。裝設尾水管可多利用能量，但因為可能會發生氣蝕，多利用的能量受到限制，

16、故要確定安裝高程。確定安裝高程的目的：徐澤合理的安裝高程，既充分利用轉輪出口的能量，又使之氣蝕性能好。如何確定：根據吸出高度Hs確定。Hs()問題：沖擊式水輪機是否需要根據吸出高度Hs確定安裝高程？不需要。第八章 水輪機特性一、三大相似及其關系幾何相似同一系列 運動相似工況相似 動力相似二、比轉速定義：比轉速=單位轉速三、水輪機的特性曲線對于原型機，第九章 水錘及調保計算一、水錘壓力及其特性水錘定義：當管道末端流量急劇變化時，管道中壓力也隨之變化，亦即發生所謂“水錘”水錘特性：1） 水錘壓力實際上是由于水流速度變化而產生的慣性力；2） 由于管壁具有彈性和水體的可壓縮性，水錘壓力將以彈性波德形式

17、沿管道傳播；3） 水錘波同其他彈性波一樣，在傳播過程中，在外部條件發生變化處（即邊界處）均要發生波德反射。二、水錘的分類水錘波在管道中傳播一個來回的時間為2L/a（L為管道長度，a為水錘波波速），稱為“相”1、直接水錘：當閥門關閉時間Ts等于或小于一相時，即Ts2L/a，也即是由水庫處反射回來的水錘波尚未到達閥門之前，閥門已經關閉終止，這種水錘稱為直接水錘。直接水錘產生的壓力升高是相當巨大的，應采取種種措施避免。2、間接水錘（Ts2L/a）：當閥門關閉過程結束前，水庫異號反射回來的降壓波已經到達閥門處，降壓波對該處產生的升壓波起著抵消作用，使閥門處的水錘升壓值小于直接水錘值，這種水錘稱為間接水

18、錘。間接水錘是水電站經常發生的水錘現象，也是我們的主要研究對象。三、間接水錘的兩種類型：對于閥門直線關閉情況的水錘，根據最大壓力出現的時間可分為：1） 第一相水錘：最大水錘壓力出現在第一相末,即。常發生在管道較長的高水頭（250m以上）電站。2） 末相水錘：最大水錘壓力發生在閥門關閉終了的相末，又稱為極限水錘,.末相水錘常發生在管道較短的低水頭（200m以下）電站。四、減少水錘壓力的措施1、縮短壓力管道的長度在較長的引水系統中設置調壓室，是縮短壓力管道的常用措施；2、延長有效的關閉時間1） 反擊式水輪機設置減壓閥（空放閥）2） 沖擊式水輪機的機組裝置偏流器（折流器）3、 減小壓力管道中的流速減

19、小流速勢必要加大管徑，增加管道造價4、 改變調速器調節順序中低水頭電站，先慢后快；高水頭電站，先慢后快。五、 管道壓力升高值，式中為管道中起始流速，a為水錘波傳播速度。六、 簡單管的水錘計算水錘連鎖方程 式中，稱為管道特征系數。為水錘壓力相對值，。下角標表示時間，上角標表示位置。七、調保計算：水擊和機組轉速變化的計算第十章 調壓室一、調壓室的原理及作用調壓室是有壓引水系統的平水建筑物，實際上是一個具有自由水面的筒式或井式建筑物設置在地面以上的成為調壓塔，地面以下的稱為調壓井。原理：設置了調壓室以后，利用調壓室擴大的斷面積和自由水面，水錘波就會在調壓室反射到下游去。這樣就相當于把引水系統分成兩段

20、，調壓室以前這段引水道，基本可以避免水錘壓力的影響；調壓室以后這段壓力管道，由于縮短了水錘波傳遞的路程，從而減少了壓力管道中的水錘值，改善了機組運行條件及供電質量。作用：1、反射水錘波，限制了水錘壓力繼續向水引水道傳播，使其基本避免了水錘壓力的影響。 2、減小了水錘壓力，縮短了壓力管道的長度。 3、改善了機組在負荷變化時的運行條件。二、調壓室的基本類型及其特點和適用情況1.簡單圓筒調壓室特點：a、自上而下具有相同的斷面，結構簡單反射水錘波好，但波動幅度較大，衰減慢，b、挖方大，不經濟； C、正常運行時水流的水頭損失較大。適用：多用于低水頭小容量電站2.阻抗式調壓室特點：底部收縮，能有效的減小調

21、壓室的水位升高值和降低值，從而減小調壓室的尺寸，其波動振幅小但反射水錘波較差適用：中水頭和引水道長度不大的電站3.水室式調壓室特點：由一個斷面較小的豎井和兩個斷面較大的儲水室組成，能夠儲水，調壓能力很大，而其比較穩定。適用于高水頭、要求穩定斷面小而水庫的工作深度較大的水電站4.溢流式調壓室：上部有溢流堰，水流流動情況較大。容積小，挖方小。水位下降的波動無法限制，常與雙室式結合使用。5、差動式水電站特點：由兩個不同半徑的同心圓組成。綜合地吸取了阻抗式和溢流式的優點。但結構復雜，升管易受側向水壓而不穩。造價高。適用：地形地質條件不允許大斷面及距離地面較深的調壓室時的中高水頭水電站6、氣墊式或半氣墊

22、式水電站優點：不受地形限制，可盡量靠近廠房，大大減小水錘壓力缺點：水波動穩定性差，需空氣壓縮機定期補氣適用：深埋于地下的引水道式地下水電站三、雙室式、溢流式、互動式共同點：升管或豎管面積小，水位變化快原理：棄荷水位升得快，使引水道首位壓差減小的快，流量減慢得快 棄荷水位升的慢，使引水道首位壓差增加得快，流量增加得快第十一章 廠房總論一、廠房的組成1、主廠房：主機室（立軸4層）+安裝間（2層）2、副廠房：輔助機電設備+生產間+必要的生活間用房3、主變壓場：低壓高壓4、開關站二、設備的組成主廠房：發電機層、水輪機層、蝸殼層、尾水管層 機墩、蝶閥孔、閥層面板、排架柱、軌道、吊車（主、副鉤）副廠房：中

23、控室、電纜層三、機組及輔助設備主機組： 水輪機 + 發電機輔助設備: 自動調速器 勵磁機、冷卻系統1、 調速器作用：1）供電質量 n C 2）開、停機，增減負荷 3）安全運行，H、h不超過允許范圍 4）分配機組間的負荷，使機組高效運行分類：手動和自動組成：1）調速柜 2）接力器：活塞調節導葉3)油壓裝置2、 發電機分類：懸式、傘式（低轉速大容量）3、 勵磁系統四、安裝間（裝配場） 高x寬與主廠房一樣；裝配場樓板高程主要取決于對外交通道路高程和發電機層樓板高程五、水輪機安裝高程1、豎軸混流式水輪機水輪機允許吸出高程Hs=10.3-式中，水輪機建成后下游設計最低水位；b。導水葉高度； 氣蝕模數，根據水輪機特性曲線確定由模型轉換到