绪论
1、水力发电：利用河流中蕴藏的水能来生产电能。
2、水电站：将水能转变成电能的设备和建筑物的综合体，是生产电能的企业。
3、水电站厂房：水电站厂房是水能转变为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的场所
4、厂区枢纽：又称厂房枢纽，指水电站主厂房、副厂房、引水道、尾水道、主变压器场、交通道路及行政和生活区建筑等组成的综合体。
5、水电站的类型按集中河段落差方式的不同，可分为坝式水电站、引水道式水电站和混合式水电站，抽水蓄能和潮汐电站也是水电站的重要形式。
6、组成水电站的建筑物：枢纽建筑物包括挡水建筑物、泄水泄沙建筑物、过坝建筑物
发电建筑物包括输水建筑物（引水建筑物、进水建筑物、平水建筑物）、厂房建筑物（厂房、厂房枢纽）
第二章 进水口及引水建筑物
1、进水口的任务及要求
任务：引进发电水流；要求：有必要的进水能力、水质符合发电要求、水头损失小、流量可按要求控制、施工安装运行检修方便。
2、进水口是水电站水流的进口，按水流条件分为有压式进水口和无压式进水口
3、无压式进水口（开敞式进水口）常设于凹岸，一般正面排沙，侧面进水，进水闸轴线与冲沙闸轴线交角宜在35~45之间。
4、有压式进水口（深式进水口、潜没式进水口）
有压进水口的位置、高程及轮廓尺寸
原则运行时应能保证流向进水口的水流平顺、对称、不产生回流和漩涡、不产生淤积和聚集污物等，泄洪时仍能正常进水，进水口接压力隧道，应与洞线布置协调一致选择较好的地形地质水流条件。
有压进水口顶部高程低于最低死水位，并有一定的淹没深度，底部应高于水库的设计淤积高程0、5~1、0m以上。
有压进水口沿水流方向可分为进口段（链接拦污栅与闸门段）、闸门段（是进口段和渐变段的连接段，闸门及启闭设备在此布置）、渐变段（通常采用圆角布置，其长度一般为隧洞直径的1.5~2倍，测角收缩率6~8一般不超过10）三部分
有压进水口的主要设备：拦污设备（布置：平面倾斜，倾角一般为60~70适用于压力式和隧洞式；平面直立适用于塔式、坝式；多边形适用于坝式进水口。结构：支撑结构、栅片结构尺寸为4.5*2.5m。设计：过栅流速V《1m/s；拦污栅与进水口的间距不小于洞径或管道直径；设计荷载按4~5m水头水压力设计超过自动停机。定期清污人工、机械）、 闸门及启闭设备分为工作闸门（也叫事故闸门作用：紧急情况下切断水流，以防事故扩大。运行条件：动水中关闭，静水中开启。布置方式：一般为平板门，一孔一门一机固定卷扬启闭机）和检修闸门（作用：设在工作闸门上游侧，检修事故闸门和门槽堵水。运行要求：静水中启闭。布置方式：几个进水口共用一套检修闸门）、 通气孔（位置：有压进水口事故闸门后。作用：排气补气，充水排气，排水补气）、 充水阀（作用：在闸门开启前将压力引水系统充满水，使闸门能在静水压中开启以减小启闭门
有压进水口的主要类型可分为隧洞式、压力墙式、塔式和坝式四种。
（1）隧洞式进水口：坡度适中，地质好，易于开挖的平洞或竖井情况（2）压力墙式进水口：地形陡，地质差，不宜挖井的情况（3）塔式进水口： 地形缓，地质差（4）坝式进水口： 混凝土混凝土重力坝坝后式厂房，坝内式厂房和河床式厂房。
沉沙池1、位置：无压进水口之后、引水道之前
2、工作原理：加大过水断面，减小水流流速及其挟沙能力，使其有害泥沙沉淀，将清水引入引水到
3、设计要点：池中平均流速0.25~0.7m/s
4、排沙方式：连续排沙、定期排沙；排沙方法：水流冲沙、水力机械排沙或机械排沙 引水道1、引水道形式可分为无压引水道和有压引水道
2、引水道的设计要求：有足够的输水能力、水质符合要求、减少水头损失
3、渠道（水电站的引水渠称为动力渠道）
渠道的基本要求：有足够的输水能力、水质符合要求、运行安全可靠、结构经济合理便于施工及运行
渠道的基本类型：非自动调节渠道（特征渠顶大致平行渠底，渠道的深度沿途不变，在渠道末端的压力前池中设溢流堰，适用于引水道较长坡度较缓的地形对下游有供水要求）、自动调节渠道（特征渠道首部与尾部堰顶高程基本相同，并高出上有最高水位，渠道断面向下游不断加大，渠末不设泄水建筑物适用于渠道不长底坡较缓上游水位变化不大的情况）
当水电站引用流量发生变化时，由渠道末端的泄水建筑物控制渠内水位变化和宣泄水量，并运用渠首闸门控制流量的渠道称为非自动调节渠道。
当水电站引用流量发生变化时，可由渠道自身调节渠道内水深和水面比降，不必运用渠首闸门控制流量的渠道成为自动调节渠道。
渠道的线路选择：渠线尽量短而直（转弯时有衬砌渠道的转弯半径不宜小于渠道水面宽的
2.5倍，无衬砌的土渠不宜小于水面宽的5倍）、选择低质量好的地段、渠线应尽量提高，以获得较大落差。
4、隧洞 隧洞的类型从功用上分为引水隧洞和尾水隧洞，从工作条件上分为有压隧洞和无压隧洞
隧洞布置的总原则：洞线断弯道少、地形条件好、地质条件好、施工条件好、水利条件好
隧洞的设计：非恒定流洞顶个高程应在最低压坡线之下，并有1.5~2m压力余幅。转弯半径不得小于5倍开挖宽，高度不小于1.5m，直径不小于1.8m
隧洞的断面形式：有压隧洞采用圆形断面、无压隧洞（城门形、马蹄形、蛋形、高拱形）
5、压力前池 1.压力前池的作用：平稳水压平衡水量、均匀分配水量、宣泄多余水量、拦阻污物和泥沙
2.压力前池的组成建筑物：前室、进水室、泄水建筑物、放水和冲砂设备、拦冰和排冰设备
3.压力前池的布置原则：结合整个引水系统及厂房综合考虑、应使水流平顺水头损失最小、尽可能靠近厂房、尽可能建在天然地基的挖方中
第三章压力管道及明钢管
压力管道
1、压力管道的功用：从水库或压力前池或调压室向水轮机输送水量
2、压力管道的分类：按材料分（钢管、钢筋混凝土管、钢衬钢筋混凝土管）、按构造分（明管、地下埋管、坝内埋管、回填管、坝后背管）
3、压力管道的供水方式：单元供水（一管一机不设下阀门。优点：结构简单工作可靠灵活性好易于制作。缺点：造价高。适用于：单机流量大长度短的地下埋管或明管，混凝土坝内管道和明管道）、联合供水（一根主管向多台机组供水设下阀门。优点：造价低。缺点：结构复杂灵活性差。适用于：机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管或明管。一根压力水管供水的机组台数不超过四台）、分组供水（设多跟主管每根主管向数台机组供水设下阀门。适用于压力水管较长、机组台数多、单机流量小的情况多为地下埋管和明管）
4、压力管道的直径选择：动能经济法、经验公式法、经济流速法5~7m/s
5、压力钢管的机械性能要求：强度高、塑性好、可焊性好
6、压力钢管的加工性能要求：焊接性能好、冷加工塑性变形小、加工后无残余应力、焊缝和热影响去不产生裂纹
压力钢管的设施和构造
1、压力钢管的闸门及阀门一般应考虑管线的长短和供水方式
2、主阀的形式：闸阀、蝴蝶阀（优点：启闭力小操作方便迅速体积小重量轻造价低。缺点：开启状态时阀体对水流有扰动水头损失大关阀状态止水不严。只能在完全开启的状态下工作，动水中关闭，静水中开启）、球阀（优点：开启状态时没有水头损失止水严密能承受高压。缺点：结构复杂尺寸重量大造价高。适用于：高水头电站）
3、压力钢管的管身构造分为：无缝钢管（国内D《60cm国外D《120cm适用于高水头小流量电站）、焊接管（焊缝交错排列避开两个中心轴，相邻管壁厚差《2mm。适用于各种直径水头造价低）、箍管（最小壁厚r》D/800+4mm或r》6mm）
4、压力管道布置的基本原则：尽量选择短而直的路线转弯半径不小于3倍的洞直径、尽量选择良好的地质条件、尽量减少管道的起伏波折避免出现反破（管道的任何地方的顶部应在最低压力线至少2m以下，管底高于地面至少0.6m）、明钢管首部应设置事故闸门并考虑设置事故排水和防冲设施
5、明管布置的管道与主厂房的关系：正向进水、斜向进水、纵向进水
6、明钢管的敷设方式：分段式：在相邻两镇墩之间设置伸缩节，当温度变化时，管段可沿管轴线方向移动，因而消除了管壁中的温度应力。明钢管大都采用此种敷设方式。
连续式：两镇墩间的管身连续敷设，中间不设伸缩节，不能移动，温度应力大。这种方式 在一定条件下可能是经济合理的。但我国很少采用。
7、明钢管的支撑方式：
镇墩（作用：固定钢管，承受因水管改变方向而产生的轴向不平衡力。布置在水管转弯处，直线段不超过150m。在此处不产生任何位移。类型分为封闭式（应用广泛结构简单节约钢材固定效果好、开敞式（采用较少易于检修受力不均）。）
支墩（作用：承受水重和管重的法向应力，容许水管轴向自由移动。布置间距6~10m当D特别大时取3m。类型：滑动式支座（形鞍包角在90~120之间，摩擦力大支撑部位受力不均匀适用于D《1m。支承环形摩擦力小受力均匀适用于D《2m）、滚动式（摩擦力小适用于D》2m）、摆动式（摩擦力很小适用于D》2m）
镇墩和支墩结构分析
1、镇墩的外包混凝土不宜小于管径的0.4~0.8倍，埋深应在冰冻线以下1m，对于岩基不少于0.5m。承受明管传递来的轴向力（主要外荷载）、剪力、弯矩。抗滑、抗倾覆稳定和地基承载能力计算。
2、支墩同上。抗滑、抗倾覆稳定和地基承载能力校核
3、伸缩节的作用减少温度应力，适应少量的不均匀沉陷或变形。位于上支墩的下游侧。有套筒式、波纹密封套筒式、压盖式限拉、波纹管
作用在钢管及镇墩上的力
1、作用在钢管及镇墩上的荷载种类：轴向力、径向力（内水压力）、法向力（水重+管重的法向分力）
2、明钢管应力分析的四个基本断面：跨中断面（只有弯矩作用，弯矩最大）、支承环附近断面（弯矩剪力共同作用算最大值）、加劲环及其旁管壁（局部应力）、支承环及其旁管壁 （存在弯矩和剪力作用有局部应力）
明钢管的外压失稳
1、现象：管道内部产生真空或负压时，管壁在大气压的作用下丧失稳定关闭被压瘪
2、原因：机组运行过程中因负荷变化产生的负击、管道放空时通气孔失灵产生真空
3、措施：在管壁上增加加劲环提高管壁的刚度、增加管壁厚度。
4、加劲环断面的外压失稳的要求：加劲环断面本身不失稳、加劲环断面的压应力小于材料的容许值
通气阀作用当阀门紧急关闭时向管内充气以消除管中负压，水管充水时排出管中空气，位于进水阀门之后
进人孔作用检修闸门，位于钢管上方或侧面，直径不小于45cm孔径的元或45*50cm的椭圆，间距100m
旁通阀作用：阀门前后平压后开启，减少启闭力，设在水轮机进水阀门处
排水管作用：在检修闸门时用于排出管中积水和渗漏水，设在压力钢管的最低处
压力钢管的设计步骤：线路选择、管径确定、管道布置及附件设计、水力计算、压力钢管结构设计、校核地基稳定及地基应力
第四章地下埋管
优点：1布置灵活方便;2钢管与围岩共同承担内水压力；3运行安全（维护简单，超能力大） 缺点：1、构造比较复杂，施工安装工序多，工艺要求较高，施工条件较差，会增加造价；
2、外压稳定问题突出。
供水方式：多采用联合供水
地质条件：保证上覆岩层稳定，留有足够的岩石厚度
布置方式：竖井：首部式开发的地下电站，竖井开挖、钢管安装、混凝土回填自下而上进行。 斜井：地面和地下厂房，采用最多，倾角大于45度或不小于35度（自上而下） 平洞：作为过渡段适用。
影响钢衬应力因素：围岩的弹性模量、初始缝隙、总缝隙
钢衬的外压荷载：地下水压力、钢衬与混凝土之间接缝灌浆压力、回填混凝土时流态混凝土压力
埋管与明钢管外压下失稳的重要区别：埋管钢衬的临界压力与材料的屈服强度和初始缝隙值直接有关
防止埋管钢衬受外压失稳措施：1、降低地下水压力，是根本办法。排水廊道结合排水孔。2、精心施工做好钢衬和混凝土之间的灌浆，减小缝隙。3、常采用增加加劲环或锚片的方法提高稳定性和在运输施工时增加钢衬的刚度。
第五章混凝土坝体压力管道
1、 混凝土坝体压力管道的优点：结构紧凑，引水长度最短，水头损失小，机组调节保证好造价低运行管理及集中方便；缺点：管道安装会干扰坝体施工，坝内埋管空腔削弱坝体，使坝体应力恶化。适用于混凝土坝坝式水电站
2、混凝土坝体压力管道的布置方式：坝内埋管、坝体上游面钢管、坝体下游面钢管
3、坝内埋管的特点：管道穿过混凝土坝体，全部埋在坝体内。
坝内埋管的布置原则：尽量缩短管道长度、减少管道空腔对坝体应力的不利影响、减少管道对坝体施工的干扰并有利于管道的安装和施工
坝内埋管的布置形式：1立面上采用倾斜式布置（管轴线与下游坝面近于平行并尽量靠近下游坝面。优点：进水口位置较高，闸门承受水压力较小，有利于进水口的各种设施布置。管道纵轴与坝体内较大的主压应力方向平行，可以减轻管道周围坝体的应力恶化，与坝体施工的干扰小。缺点：管道较长弯段多水头损失大，管道与下游坝面间的混凝土厚度小）、平式和平斜式布置（坝体下部。优缺点与倾斜式相反）、竖井式布置（大部分采用此布置。适用
于坝内厂房。缺点：管道曲率大水头损失大管道空腔对坝体应力不利）2平面上（布置在坝段中央，横缝相互错开；厂坝连成整体时，钢管两侧外包混凝土厚度不同）
4、坝内埋管钢衬的外压荷载主要有外水荷载、施工时的流态混凝土压力、灌浆压力
5、坝内埋管钢衬的外压失稳分析的原理与方法与地下埋管钢衬相同
混凝土坝下游面管
1、 大型坝后式水电站将钢管布置在混凝土坝下游坝面上形成下游面管又称坝后背管
2、 优点：便于布置、减少管道空腔对坝体的削弱有利于坝体安全、坝体施工不受管道施工和安装施工的影响提高霸体质量加快进度、管道可以分期施工有利于合理安排施工进度效益显著
3、混凝土坝下游面管（下游坝面管）的结构形式：坝下游面明钢管（现场安装量小进度快，与坝体施工干扰小。但直径和水头很大会引起钢筋材料和技术上的困难，明管一旦失事水流直冲厂房后果严重）、坝下游面钢衬钢筋混凝土管（优点：容许混凝土开裂、利用钢筋承载、避免钢制材料及焊缝缺陷引起集中破裂口带来的严重后果、减少外界和在对管道破环的可能性）
第六章分叉管
一、分岔管的功用、特点和要求
1、功用：作用是分配水流。采用联合供水或分组供水时，需要设置分岔管，岔管位于厂房上游侧。
2、特点：水流条件较差，引起的水头损失较大；
岔管由薄壳和刚度的较大的加强构件组成，管壁厚，构件尺寸大，有时需锻造，焊接工艺要求高，造价较高；
受力条件差，所承受的静动水压力最大，又靠近厂房，器安全性十分重要；
我国已经建成的水电站岔管大多数属于地下岔管，但大多按明管设计，即不考虑周围岩体分担荷载。
3、要求
水流平顺，水头损失小，避免漩涡和振动；
结构合理简单，受力条件好，不产生过大的应力集中和变形；
制作、运输、安装方便。
二、岔管的布置形式1、卜形布置（纵向引进和斜向引进的厂房采用这种布置方式） 2、对称Y形布置3、三岔形布置
三、分岔管的结构型式
根据材料和岔管的加强方式分类
（一）明钢岔管
按加强方式或受力特点分为以下几种型式
1、贴边岔管 2、三梁岔管 3、月牙肋岔管 4、球形岔管 5、无梁岔管 6、隔壁岔管
（二）地下埋藏式岔管
位于岩体内，通常用于地下埋管的末端。
特征：围岩分担内水压力。
按构造分为：
1、埋藏式钢岔管
特点：钢岔管与围岩之间用砼填实，钢衬、钢筋砼衬砌及围岩共同承担内水压力。 型式：
1、贴边岔管 2、三梁岔管 3、月牙肋岔管 4、球形岔管 5、无梁岔管 6、隔壁岔管
2、埋藏式钢筋砼岔管
特点：岔管是与围岩结合成整体的钢筋砼结构。
多用于高水头大容量的抽水蓄能电站中。
型式：埋藏式钢岔管 埋藏式钢筋混凝土岔管
（三）钢衬钢筋砼岔管
特点：钢岔管外包钢筋砼，两者共同承担内水压力。
四、分岔管的荷载及结构设计要求
（一）荷载和受力特点：被切割的管壁承受的环拉力无法平衡，需要加强构件承担。
1、管壁环向拉力引起的荷载2、管壁轴向力引起的荷载
五、岔管结构设计
1、贴边岔管
贴边式岔管是在卜形布置的主、支管相贯线两侧用补强板加固，补强板与管壁焊固形成一个整体。
补强板刚度较小，不平衡区的水压力由补强板和管壁共同承担。
常用于d/D≤0.7（特别适合在0.5以内）中、低水头卜形布置的地下埋管。
贴边厚度
主管贴边厚度一般取原管壁厚度的两倍，支管贴边厚度可与原管壁厚度相同。 贴边宽度B
2、三梁岔管
由相贯线上的两根腰梁和一根U梁构成三梁岔
U梁承受较大的不平衡水压力，其受力非常复杂。
适用：内压较高、直径不大的明钢管。
3、月牙肋岔管
用一个嵌入管体内的月牙形肋板来代替三梁岔管的U梁，并取消腰梁。
在三梁岔管的基础上发展而来，目前在我国已基本取代了三梁岔管。
适用：大中型电站。
月牙肋岔管的分岔角常用55°~90°，共切球的半径取主管半径的1.2~1.3倍。
4、球形岔管
通过球面体进行分哈，由球壳，援助形主、支岔管一机补强环和导流板等组成。 在内水压力作用下、球壳应力仅为同直径管壳环向应力的一般。
缺点是制造工艺复杂，水头损失较大。
适用：高水头大中型电站。是国外采用比较多的一种成熟管型，国内应用尚少。
5、无梁岔管
无梁岔管是在球形岔管的基础上发展起来的新型岔管。他的锥管作为球壳主、支管的连接段，代替球形岔管种的补强环。
锥管一端与主、支管连接，另一端与球壳片近似切线方向衔接，构成一个外形平顺、唔明显的不连续结合线的的岔管。
克服了补强环与管壳刚度不协调的去诶按，而且可充分发挥壳体结构的承载能力，结构合理，外形尺寸小，运输、安装均较方便。对埋管来讲，有利于利用围岩的弹性抗力。 缺点是体型较复杂，成型工艺难度大，在球壳顶部和底部易产生漩涡，分岔处水流较紊乱，为此需在岔管内部设置导流板。
适用于大中型电站的地下埋管。
6、隔壁岔管
隔壁式岔管是从球岔演变而来的，它将一个圆形主管根据支管的多少和过流量的大小
用隔壁分割为若干扇形管，再将扇形管渐变为圆形支管。
一般隔壁式岔管由渐扩管、隔壁管、变形管三部分组成。
特点：分岔灵活；结构对称，无缺省，承受内、外压力能力强；水流流线接近平行，双向过流条件好。
隔壁式岔管主、支管流向一致，双向水流时流态平顺，抽水和发电工况的水头损失系数相近。
适用于抽水蓄能电站。
第789 章水锤与调节保证计算
1、 不稳定工况：由于荷载变化而引起导叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化。
2、 引起水轮机流量变化的两种情况：水电站正常运行下负荷变化、水电站事故引起的负荷变化。
3、 水电站不稳定工况的表现形式：引起机组转速的较大（丢弃负荷转速身高）、在有压引水道中发生水锤现象（导叶关闭时压力水管和蜗壳压力上升尾水管压力下降）、在无压引水道中产生水位波动现象。
4、 调节保证计算：水锤和机组转速的变化
5、 调节保证计算的任务：计算有压引系统最大和最小内水压力、计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率并检验是否在容许范围内、选择调速器合理的调节时间和调节规律、研究减少水锤压强及机组转速变化的措施。
6、 调节保证计算标准：水锤压力和转速变化在技术经济上合理的容许值
7、 调节保证计算条件：水锤压强计算条件（管道最大内水压强一般控制在以下两种工况：上游最高水位丢弃负荷、设计水头下电站丢弃负荷。最小压强工况：上游最低水位时水电站丢弃负荷、上游最低水位时电站最后一台机组投入运行）、转速上身率的控制工况
8、 水电站合理的调节规律：中低水头电站水轮机导叶可采取先快后慢的关闭规律，高水头电站则相反
9、 当管道末端流量急剧变化时，随着管道中流速的变化，压力也随之变化，亦即发生所谓的水锤
10、水锤的危害：压强升高过大导致水管强度不够而破裂、尾水管负压过大导致气蚀水轮机运行时产生震荡、压强波动导致机组运行稳定性和供电质量下降
11、减少水锤压强的措施：（1）缩短管道长度；（2）加大管道断面，减少管内流速；（3）设置调压室；（4）采用合理的导叶（阀门）启闭规律；（5）装置调压阀（空放阀）；（6）设置水阻器。
12、水锤特性：水锤是由于水流速度变化而产生的惯性力、由于管壁具有弹性水体压缩性水击压力将以弹性波的形式沿管道传播、水击波传播的过程中在外部条件变化处均要产生波的反射。
13直接水锤：如果水轮机调节时间Ts《2L/a，则水库反射波回到阀门之前开度已经结束，阀门处之受开度变化而引起的水锤播的影响（阀门关闭时产生正水击。其压力值至于流速变化的绝对值和水管的水及流速有关）
14、间接水锤：：如果水轮机调节时间Ts》2L/a，则开度变化结束之前水库反射波已经回到阀门处，阀门处的水锤压力由上游的F波向下游传播的f波相叠加而成（主要研究对象）
15、间接水锤的两种类型：当ρτ01时最大水锤压力出现在第一项末以后的某一项其特点是最大水锤压力接近极值称为极限水锤（低水头电站特征）
16、阀门关闭规律对水锤有何影响？初始开度对水锤有何影响？水锤压力升高沿管线如何分
布？答：水锤压强的上升速度随阀门的关闭速度的加快而加快，最大压强出现在关闭速度较快的那一时段末尾。
当起始开度τ0>1/ρ时最大水锤压强发生在阀门关闭的终了，即极限水锤；当起始开度σ/ρ
水锤压力升高沿管线分布：极限水锤无论是正负水锤，管道沿线的最大水锤压强均按直线规律分布；第一相水锤压力沿管线不依直线规律分布，正水锤压力分布曲线是向上凸的，负水锤压力分布曲线是向下凹的。
17在高水头电站常发生第一相水击可以采用先慢后快的非直线关闭规律以降低第一相水击；在低水头电站常发生极限水击可以采用先快后慢的非直线关闭规律以降低极限水击。
18、常见的复杂管路系统：串联管、分岔管、反击式水轮机管道系统
19、串联管水锤的计算方法：等价水管法（等价原则管长相长管中水体动能与原管相同）；分叉管的水锤计算方法：截肢法
20、简单管：指压力管道的管径、关闭材料和厚度沿管长不变
21、串联管：管壁厚度随水头增加而逐渐加厚，而直径随水头而逐渐减小
第十章 调压室
1、根据调压室与厂房相对位置的不同，调压室有四种基本布置形式，为上游调压室，下游调压室，上下游双调压室和上游双调压室。
2、调压室的基本类型有_简单圆筒式调压室、 阻抗式调压室、 水室式调压室、溢流式调压室、差动式调压室和气压式或半气压式调压室六类。
3、1、简单圆筒式调压室的特点是：自上而下具有相同的断面，结构形式简单，反射水锤波的效果好，但在正常运行时隧洞与调压室的联接处水头损失大。2、阻抗式调压室的特点是：波动幅度小，衰减快，在同等条件下所需断面较小；正常运行时的底部水头损失小，但由于阻抗的存在使反射水锤波的效果较差，引水道可能受水锤的影响。3、水室式调压室由一断面较小的垂直或倾斜的竖井和断面扩大的上下贮水室组成。正常运行时，水位在上下室之间，弃荷时竖井水位迅速上升，使上室充水；增荷时水位下降由下室补充水体。上下室限制了水位波动振幅，且室水位波动快，衰减快，所需容积较小，反射水锤波的效果较好。5、溢流式调压室的顶部有溢流堰，当丢弃负荷时，水位开始迅速上升，达到溢流堰后开始溢流， 限制了水位的进一步升高，有利于机组的稳定运行。溢出的水量，可以设上室加以存储，也可以排至下游。6、差动式调压室由两个直径不同的同心圆组成，外筒称为大室，内筒直径较小，上有溢流口，通常称为升管，其底部以阻力孔口与大室相通，它综合地吸取了阻抗式和溢流式调压室的优点，但结构较复杂。
4、研究调压室水位波动的目的主要是：（1）求出调压室中可能出现的最高、最低涌波水位及变化过程，从而决定调压室的高度和引水道的设计内水压力及布置高程。（2）根据波动稳定的要求，确定调压室所需要的最小断面积。
5、调压室水力计算内容：（1）由调压室水位波动的稳定条件，确定调压室的断面积；（2）计算调压室最高涌波水位，确定调压室的顶部高程；（3）计算调压室最低涌波水位，确定调压室底部和压力管道进口高程。
调压室计算条件：应根据电站和引水道的实际运行情况，选择可能出现的最不利的情况，作为水力计算的条件，使调压室在确保安全的前提下最经济合理。
第11、12、13、14章
1、水电站厂区枢纽包括那些建筑物？布置时相互位置应如何考虑？（7）
答：水电站厂区枢纽由主厂房、副厂房、主变压器场、高压开关站、交通道路组成。 布置原则：
1）主厂房是场区核心，确定主厂房位置要综合考虑地形、地质、水流条件、施工导流方案和场地布置、电站的运行管理等；还应考虑减小压力水管长度，尾水渠尽量远离溢洪道、泄洪洞出口，地质条件好、交通和出线方便、不受施工导流影响。
2）副厂房：布置在主厂房上游侧，尾水管顶板上，主厂房两侧。
3）主变压器：尽量靠近厂房，尽量与安装间在同一高程，方便变压器的运输和高压侧出线并留有空间，高程应该高于下游最高洪水位。
4）高压开关站：尽量靠近主变压器和中央控制室且尽量在同一高程。要求高低压进出线方便，出线避免交叉和跨越水跃区；地基稳定，便于设备运输、维护、巡视、检修：符合防火保安等要求。
5）交通道路：进厂公路（或铁路）在洪水期也能通畅。
2、厂房按设备组成系统划分为哪五个系统？分别包括哪些设备？
答：厂房按设备组成系统作用的不同可分为五个系统：
⑴水流系统：是完成将水能转变为机械能的一系列过流设备，包括进水管、主阀（如蝴蝶阀）、水轮机引水室（如蜗壳）、水轮机、尾水管、尾水闸门、尾水渠等。
⑵电流系统：是发电、变电、配电的电气一次回路系统。包括发电机、发电机母线、发电机中性点引出线、发电机电压配电装置（户内开关室）、厂用电系统、主变压器、高压配电装置（户外开关站）及各种电缆等。
⑶电气控制设备系统：是控制水电站运行的电气设备。包括机旁盘、励磁设备、中央控制室各种电气设备、各种控制、检测和操作设备。如互感器、表针、继电器、控制电缆、自动及远动装置、通讯及调度设备等。
⑷机械控制设备系统：包括水轮机的调速设备以及主阀、减压阀、拦污栅和各种闸门的操作控制设备等。
⑸辅助设备系统：是为安装、检修、维护、运行所必需的各种机、电辅助设备。包括厂用电系统(厂用电变压器、厂用配电装置、直流电系统等)；油系统（透平油和绝缘油的存放、处理、流通设备）；气系统（高、低压空压机、贮气筒、气管及阀门等）；水系统（技术供水、生活供水、消防供水、渗漏及检修排水等）；起重设备（厂房内外的桥式及门式起重机、各种闸门的启闭机等）；交通运输通道（门、运输轨道、过道、廊道、楼梯、斜坡、吊物孔、进人空等）；各种机电维护和试验设备、工具间；采光、通风、取暖、防潮、防火、保安、生活卫生等设备。
3、水电站厂房有哪些基本类型？它们的特点是什么？
答：水电站厂房按厂房结构受力特点并结合工程在枢纽中所在位置有下列类型：
⑴地面式厂房：根据厂房布置位置不同，又可分为河床式厂房，坝后式厂房，坝内式厂房，岸边式厂房等。
1）河床式厂房：当水头较低，单机容量又较大时，厂房与整个进水建筑物连成一体，厂房本身起挡水作用。
2）坝后式厂房：当水电站水头较高，建坝挡水，又将厂房紧靠坝布置的厂房，称为坝后式厂房。坝后式厂房又可分为以下几类：坝后式明厂房；溢流式厂房；挑越式厂房。
3）坝内式厂房：当洪水量很大，河谷狭窄时，为减少开挖量，将厂房布置在坝体内，而在坝顶设溢洪道，称为坝内式厂房。
4）河岸式厂房：在引水式和混合式水电站中，水电站厂房通常布置在河道下游的岸边，这种形式的厂房称为河岸式厂房。
⑵地下式厂房：由于受到地形、地质的限制，在地面上找不到合适位置建造地面式厂房，而地下有良好的地质条件或国防上的要求，将厂房布置在地下山岩中，称为地下式厂房。 ⑶抽水蓄能电站厂房和潮汐电站厂房：
1）抽水蓄能电站厂房：抽水蓄能电站厂房内的机组具有水泵和水轮发电机。
2）潮汐电站厂房：利用海水涨落形成的潮汐能发电的电站称为潮汐电站。
4、厂区布置包括哪些内容？变压器场布置应考虑哪些因素？地面引水式电站副厂房位置一般可能有哪些方案？它们有什么优缺点？
答：厂区布置的任务是以水电站主厂房为核心，合理安排主厂房、副厂房、变压器场、高压开关站、引水道（可能还有调压室或前池）、尾水道、交通线等的相互位置。
布置变压器场应考虑下列原则：1）主变压器尽可能靠近主厂房，以缩短昂贵的发电机电压母线和减少电能损失。2）要便于运输、安装和检修。3）便于维护、巡视及排除故障。4）土建结构经济合理。
副厂房的位置可以在主厂房的上游侧、下游侧或一端。副厂房布置在主厂房上游侧，运行管理也比较方便，电缆也较短，在结构上与主厂房连成一体，造价较经济。当主厂房上游侧比较开阔、通风采光条件好时可以采用。副厂房布置在下游会影响主厂房通风采光；尾水管加长会增大工程量，且尾水平台一般是有震动的，中控室不宜布置在该处。副厂房布置在主厂房一端时，宜布置在对外交通方便的一端。当机组台数较多时，会使电缆及母线加长。 厂房设备布置的内容和要求？答：厂房设备布置工作的主要内容是：（1）确定水轮机、发电机、调速设备、主阀起重设备以及其他、辅助设备在厂房内的合理位置、布置形式和支撑方式；（2）确定主、副厂房的布置方式以及主副厂房的尺寸；（3）确定主厂房内垂直和水平通道的位置和尺寸；（4）提供设备布置的图纸和数据以供设备安装和厂房结构设计使用。 设备布置应满足以下基本要求：（1）必须结合水电站枢纽的地形、地质条件、自然环境和水工建筑物在布置上的特点等，尽量减少土建工程量、使总造价经济合理。（2）设备布置紧凑，位置合理，便于安装、运行、检修和操作管理。尽量减少安装工程量。（3）能满足劳动保护、遥控、防空等特殊要求，以及防火、防淹、防潮等要求。并能适应水电站分期建设和提前发电的需要。（4）应能满足水工结构和建筑的施工方面的要求，力求布置整齐美观。
5、厂房设备布置工作的主要内容是：（1）确定水轮机、发电机、调速设备、主阀起重设备以及其他、辅助设备在厂房内的合理位置、布置形式和支撑方式；（2）确定主、副厂房的布置方式以及主副厂房的尺寸；（3）确定主厂房内垂直和水平通道的位置和尺寸；（4）提供设备布置的图纸和数据以供设备安装和厂房结构设计使用。
设备布置应满足以下基本要求：（1）必须结合水电站枢纽的地形、地质条件、自然环境和水工建筑物在布置上的特点等，尽量减少土建工程量、使总造价经济合理。（2）设备布置紧凑，位置合理，便于安装、运行、检修和操作管理。尽量减少安装工程量。（3）能满足劳动保护、遥控、防空等特殊要求，以及防火、防淹、防潮等要求。并能适应水电站分期建设和提前发电的需要。（4）应能满足水工结构和建筑的施工方面的要求，力求布置整齐美观。
6、发电机的布置主要有开敞式、埋没式、半岛式三种。开敞式布置时一般适用于容量较小的机组。埋没式布置方式一般适用于大、中型电站。半岛式布置由于厂房内场地狭小，设备拥挤给安装、检修造成不便，故采用不多。
7、主厂房的长、宽、高、如何确定？答：主厂房的长度包括机组段长度、安装间长度、边机组段加长：L=nL0+L安+△L
主厂房宽度为上游侧宽度和下游侧宽度组成：B=Bx+Bs
水电站厂房的各层高程中，起基准作用的高程是水轮机安装高程。由水轮机的安装高程、主厂房基础开挖高程、水轮机层地面高程、发电机安装高程、发电机层楼板高程、起重机安装高程、屋顶高程、安装间楼板高程等共同决定。
绪论
1、水力发电：利用河流中蕴藏的水能来生产电能。
2、水电站：将水能转变成电能的设备和建筑物的综合体，是生产电能的企业。
3、水电站厂房：水电站厂房是水能转变为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的场所
4、厂区枢纽：又称厂房枢纽，指水电站主厂房、副厂房、引水道、尾水道、主变压器场、交通道路及行政和生活区建筑等组成的综合体。
5、水电站的类型按集中河段落差方式的不同，可分为坝式水电站、引水道式水电站和混合式水电站，抽水蓄能和潮汐电站也是水电站的重要形式。
6、组成水电站的建筑物：枢纽建筑物包括挡水建筑物、泄水泄沙建筑物、过坝建筑物
发电建筑物包括输水建筑物（引水建筑物、进水建筑物、平水建筑物）、厂房建筑物（厂房、厂房枢纽）
第二章 进水口及引水建筑物
1、进水口的任务及要求
任务：引进发电水流；要求：有必要的进水能力、水质符合发电要求、水头损失小、流量可按要求控制、施工安装运行检修方便。
2、进水口是水电站水流的进口，按水流条件分为有压式进水口和无压式进水口
3、无压式进水口（开敞式进水口）常设于凹岸，一般正面排沙，侧面进水，进水闸轴线与冲沙闸轴线交角宜在35~45之间。
4、有压式进水口（深式进水口、潜没式进水口）
有压进水口的位置、高程及轮廓尺寸
原则运行时应能保证流向进水口的水流平顺、对称、不产生回流和漩涡、不产生淤积和聚集污物等，泄洪时仍能正常进水，进水口接压力隧道，应与洞线布置协调一致选择较好的地形地质水流条件。
有压进水口顶部高程低于最低死水位，并有一定的淹没深度，底部应高于水库的设计淤积高程0、5~1、0m以上。
有压进水口沿水流方向可分为进口段（链接拦污栅与闸门段）、闸门段（是进口段和渐变段的连接段，闸门及启闭设备在此布置）、渐变段（通常采用圆角布置，其长度一般为隧洞直径的1.5~2倍，测角收缩率6~8一般不超过10）三部分
有压进水口的主要设备：拦污设备（布置：平面倾斜，倾角一般为60~70适用于压力式和隧洞式；平面直立适用于塔式、坝式；多边形适用于坝式进水口。结构：支撑结构、栅片结构尺寸为4.5*2.5m。设计：过栅流速V《1m/s；拦污栅与进水口的间距不小于洞径或管道直径；设计荷载按4~5m水头水压力设计超过自动停机。定期清污人工、机械）、 闸门及启闭设备分为工作闸门（也叫事故闸门作用：紧急情况下切断水流，以防事故扩大。运行条件：动水中关闭，静水中开启。布置方式：一般为平板门，一孔一门一机固定卷扬启闭机）和检修闸门（作用：设在工作闸门上游侧，检修事故闸门和门槽堵水。运行要求：静水中启闭。布置方式：几个进水口共用一套检修闸门）、 通气孔（位置：有压进水口事故闸门后。作用：排气补气，充水排气，排水补气）、 充水阀（作用：在闸门开启前将压力引水系统充满水，使闸门能在静水压中开启以减小启闭门
有压进水口的主要类型可分为隧洞式、压力墙式、塔式和坝式四种。
（1）隧洞式进水口：坡度适中，地质好，易于开挖的平洞或竖井情况（2）压力墙式进水口：地形陡，地质差，不宜挖井的情况（3）塔式进水口： 地形缓，地质差（4）坝式进水口： 混凝土混凝土重力坝坝后式厂房，坝内式厂房和河床式厂房。
沉沙池1、位置：无压进水口之后、引水道之前
2、工作原理：加大过水断面，减小水流流速及其挟沙能力，使其有害泥沙沉淀，将清水引入引水到
3、设计要点：池中平均流速0.25~0.7m/s
4、排沙方式：连续排沙、定期排沙；排沙方法：水流冲沙、水力机械排沙或机械排沙 引水道1、引水道形式可分为无压引水道和有压引水道
2、引水道的设计要求：有足够的输水能力、水质符合要求、减少水头损失
3、渠道（水电站的引水渠称为动力渠道）
渠道的基本要求：有足够的输水能力、水质符合要求、运行安全可靠、结构经济合理便于施工及运行
渠道的基本类型：非自动调节渠道（特征渠顶大致平行渠底，渠道的深度沿途不变，在渠道末端的压力前池中设溢流堰，适用于引水道较长坡度较缓的地形对下游有供水要求）、自动调节渠道（特征渠道首部与尾部堰顶高程基本相同，并高出上有最高水位，渠道断面向下游不断加大，渠末不设泄水建筑物适用于渠道不长底坡较缓上游水位变化不大的情况）
当水电站引用流量发生变化时，由渠道末端的泄水建筑物控制渠内水位变化和宣泄水量，并运用渠首闸门控制流量的渠道称为非自动调节渠道。
当水电站引用流量发生变化时，可由渠道自身调节渠道内水深和水面比降，不必运用渠首闸门控制流量的渠道成为自动调节渠道。
渠道的线路选择：渠线尽量短而直（转弯时有衬砌渠道的转弯半径不宜小于渠道水面宽的
2.5倍，无衬砌的土渠不宜小于水面宽的5倍）、选择低质量好的地段、渠线应尽量提高，以获得较大落差。
4、隧洞 隧洞的类型从功用上分为引水隧洞和尾水隧洞，从工作条件上分为有压隧洞和无压隧洞
隧洞布置的总原则：洞线断弯道少、地形条件好、地质条件好、施工条件好、水利条件好
隧洞的设计：非恒定流洞顶个高程应在最低压坡线之下，并有1.5~2m压力余幅。转弯半径不得小于5倍开挖宽，高度不小于1.5m，直径不小于1.8m
隧洞的断面形式：有压隧洞采用圆形断面、无压隧洞（城门形、马蹄形、蛋形、高拱形）
5、压力前池 1.压力前池的作用：平稳水压平衡水量、均匀分配水量、宣泄多余水量、拦阻污物和泥沙
2.压力前池的组成建筑物：前室、进水室、泄水建筑物、放水和冲砂设备、拦冰和排冰设备
3.压力前池的布置原则：结合整个引水系统及厂房综合考虑、应使水流平顺水头损失最小、尽可能靠近厂房、尽可能建在天然地基的挖方中
第三章压力管道及明钢管
压力管道
1、压力管道的功用：从水库或压力前池或调压室向水轮机输送水量
2、压力管道的分类：按材料分（钢管、钢筋混凝土管、钢衬钢筋混凝土管）、按构造分（明管、地下埋管、坝内埋管、回填管、坝后背管）
3、压力管道的供水方式：单元供水（一管一机不设下阀门。优点：结构简单工作可靠灵活性好易于制作。缺点：造价高。适用于：单机流量大长度短的地下埋管或明管，混凝土坝内管道和明管道）、联合供水（一根主管向多台机组供水设下阀门。优点：造价低。缺点：结构复杂灵活性差。适用于：机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管或明管。一根压力水管供水的机组台数不超过四台）、分组供水（设多跟主管每根主管向数台机组供水设下阀门。适用于压力水管较长、机组台数多、单机流量小的情况多为地下埋管和明管）
4、压力管道的直径选择：动能经济法、经验公式法、经济流速法5~7m/s
5、压力钢管的机械性能要求：强度高、塑性好、可焊性好
6、压力钢管的加工性能要求：焊接性能好、冷加工塑性变形小、加工后无残余应力、焊缝和热影响去不产生裂纹
压力钢管的设施和构造
1、压力钢管的闸门及阀门一般应考虑管线的长短和供水方式
2、主阀的形式：闸阀、蝴蝶阀（优点：启闭力小操作方便迅速体积小重量轻造价低。缺点：开启状态时阀体对水流有扰动水头损失大关阀状态止水不严。只能在完全开启的状态下工作，动水中关闭，静水中开启）、球阀（优点：开启状态时没有水头损失止水严密能承受高压。缺点：结构复杂尺寸重量大造价高。适用于：高水头电站）
3、压力钢管的管身构造分为：无缝钢管（国内D《60cm国外D《120cm适用于高水头小流量电站）、焊接管（焊缝交错排列避开两个中心轴，相邻管壁厚差《2mm。适用于各种直径水头造价低）、箍管（最小壁厚r》D/800+4mm或r》6mm）
4、压力管道布置的基本原则：尽量选择短而直的路线转弯半径不小于3倍的洞直径、尽量选择良好的地质条件、尽量减少管道的起伏波折避免出现反破（管道的任何地方的顶部应在最低压力线至少2m以下，管底高于地面至少0.6m）、明钢管首部应设置事故闸门并考虑设置事故排水和防冲设施
5、明管布置的管道与主厂房的关系：正向进水、斜向进水、纵向进水
6、明钢管的敷设方式：分段式：在相邻两镇墩之间设置伸缩节，当温度变化时，管段可沿管轴线方向移动，因而消除了管壁中的温度应力。明钢管大都采用此种敷设方式。
连续式：两镇墩间的管身连续敷设，中间不设伸缩节，不能移动，温度应力大。这种方式 在一定条件下可能是经济合理的。但我国很少采用。
7、明钢管的支撑方式：
镇墩（作用：固定钢管，承受因水管改变方向而产生的轴向不平衡力。布置在水管转弯处，直线段不超过150m。在此处不产生任何位移。类型分为封闭式（应用广泛结构简单节约钢材固定效果好、开敞式（采用较少易于检修受力不均）。）
支墩（作用：承受水重和管重的法向应力，容许水管轴向自由移动。布置间距6~10m当D特别大时取3m。类型：滑动式支座（形鞍包角在90~120之间，摩擦力大支撑部位受力不均匀适用于D《1m。支承环形摩擦力小受力均匀适用于D《2m）、滚动式（摩擦力小适用于D》2m）、摆动式（摩擦力很小适用于D》2m）
镇墩和支墩结构分析
1、镇墩的外包混凝土不宜小于管径的0.4~0.8倍，埋深应在冰冻线以下1m，对于岩基不少于0.5m。承受明管传递来的轴向力（主要外荷载）、剪力、弯矩。抗滑、抗倾覆稳定和地基承载能力计算。
2、支墩同上。抗滑、抗倾覆稳定和地基承载能力校核
3、伸缩节的作用减少温度应力，适应少量的不均匀沉陷或变形。位于上支墩的下游侧。有套筒式、波纹密封套筒式、压盖式限拉、波纹管
作用在钢管及镇墩上的力
1、作用在钢管及镇墩上的荷载种类：轴向力、径向力（内水压力）、法向力（水重+管重的法向分力）
2、明钢管应力分析的四个基本断面：跨中断面（只有弯矩作用，弯矩最大）、支承环附近断面（弯矩剪力共同作用算最大值）、加劲环及其旁管壁（局部应力）、支承环及其旁管壁 （存在弯矩和剪力作用有局部应力）
明钢管的外压失稳
1、现象：管道内部产生真空或负压时，管壁在大气压的作用下丧失稳定关闭被压瘪
2、原因：机组运行过程中因负荷变化产生的负击、管道放空时通气孔失灵产生真空
3、措施：在管壁上增加加劲环提高管壁的刚度、增加管壁厚度。
4、加劲环断面的外压失稳的要求：加劲环断面本身不失稳、加劲环断面的压应力小于材料的容许值
通气阀作用当阀门紧急关闭时向管内充气以消除管中负压，水管充水时排出管中空气，位于进水阀门之后
进人孔作用检修闸门，位于钢管上方或侧面，直径不小于45cm孔径的元或45*50cm的椭圆，间距100m
旁通阀作用：阀门前后平压后开启，减少启闭力，设在水轮机进水阀门处
排水管作用：在检修闸门时用于排出管中积水和渗漏水，设在压力钢管的最低处
压力钢管的设计步骤：线路选择、管径确定、管道布置及附件设计、水力计算、压力钢管结构设计、校核地基稳定及地基应力
第四章地下埋管
优点：1布置灵活方便;2钢管与围岩共同承担内水压力；3运行安全（维护简单，超能力大） 缺点：1、构造比较复杂，施工安装工序多，工艺要求较高，施工条件较差，会增加造价；
2、外压稳定问题突出。
供水方式：多采用联合供水
地质条件：保证上覆岩层稳定，留有足够的岩石厚度
布置方式：竖井：首部式开发的地下电站，竖井开挖、钢管安装、混凝土回填自下而上进行。 斜井：地面和地下厂房，采用最多，倾角大于45度或不小于35度（自上而下） 平洞：作为过渡段适用。
影响钢衬应力因素：围岩的弹性模量、初始缝隙、总缝隙
钢衬的外压荷载：地下水压力、钢衬与混凝土之间接缝灌浆压力、回填混凝土时流态混凝土压力
埋管与明钢管外压下失稳的重要区别：埋管钢衬的临界压力与材料的屈服强度和初始缝隙值直接有关
防止埋管钢衬受外压失稳措施：1、降低地下水压力，是根本办法。排水廊道结合排水孔。2、精心施工做好钢衬和混凝土之间的灌浆，减小缝隙。3、常采用增加加劲环或锚片的方法提高稳定性和在运输施工时增加钢衬的刚度。
第五章混凝土坝体压力管道
1、 混凝土坝体压力管道的优点：结构紧凑，引水长度最短，水头损失小，机组调节保证好造价低运行管理及集中方便；缺点：管道安装会干扰坝体施工，坝内埋管空腔削弱坝体，使坝体应力恶化。适用于混凝土坝坝式水电站
2、混凝土坝体压力管道的布置方式：坝内埋管、坝体上游面钢管、坝体下游面钢管
3、坝内埋管的特点：管道穿过混凝土坝体，全部埋在坝体内。
坝内埋管的布置原则：尽量缩短管道长度、减少管道空腔对坝体应力的不利影响、减少管道对坝体施工的干扰并有利于管道的安装和施工
坝内埋管的布置形式：1立面上采用倾斜式布置（管轴线与下游坝面近于平行并尽量靠近下游坝面。优点：进水口位置较高，闸门承受水压力较小，有利于进水口的各种设施布置。管道纵轴与坝体内较大的主压应力方向平行，可以减轻管道周围坝体的应力恶化，与坝体施工的干扰小。缺点：管道较长弯段多水头损失大，管道与下游坝面间的混凝土厚度小）、平式和平斜式布置（坝体下部。优缺点与倾斜式相反）、竖井式布置（大部分采用此布置。适用
于坝内厂房。缺点：管道曲率大水头损失大管道空腔对坝体应力不利）2平面上（布置在坝段中央，横缝相互错开；厂坝连成整体时，钢管两侧外包混凝土厚度不同）
4、坝内埋管钢衬的外压荷载主要有外水荷载、施工时的流态混凝土压力、灌浆压力
5、坝内埋管钢衬的外压失稳分析的原理与方法与地下埋管钢衬相同
混凝土坝下游面管
1、 大型坝后式水电站将钢管布置在混凝土坝下游坝面上形成下游面管又称坝后背管
2、 优点：便于布置、减少管道空腔对坝体的削弱有利于坝体安全、坝体施工不受管道施工和安装施工的影响提高霸体质量加快进度、管道可以分期施工有利于合理安排施工进度效益显著
3、混凝土坝下游面管（下游坝面管）的结构形式：坝下游面明钢管（现场安装量小进度快，与坝体施工干扰小。但直径和水头很大会引起钢筋材料和技术上的困难，明管一旦失事水流直冲厂房后果严重）、坝下游面钢衬钢筋混凝土管（优点：容许混凝土开裂、利用钢筋承载、避免钢制材料及焊缝缺陷引起集中破裂口带来的严重后果、减少外界和在对管道破环的可能性）
第六章分叉管
一、分岔管的功用、特点和要求
1、功用：作用是分配水流。采用联合供水或分组供水时，需要设置分岔管，岔管位于厂房上游侧。
2、特点：水流条件较差，引起的水头损失较大；
岔管由薄壳和刚度的较大的加强构件组成，管壁厚，构件尺寸大，有时需锻造，焊接工艺要求高，造价较高；
受力条件差，所承受的静动水压力最大，又靠近厂房，器安全性十分重要；
我国已经建成的水电站岔管大多数属于地下岔管，但大多按明管设计，即不考虑周围岩体分担荷载。
3、要求
水流平顺，水头损失小，避免漩涡和振动；
结构合理简单，受力条件好，不产生过大的应力集中和变形；
制作、运输、安装方便。
二、岔管的布置形式1、卜形布置（纵向引进和斜向引进的厂房采用这种布置方式） 2、对称Y形布置3、三岔形布置
三、分岔管的结构型式
根据材料和岔管的加强方式分类
（一）明钢岔管
按加强方式或受力特点分为以下几种型式
1、贴边岔管 2、三梁岔管 3、月牙肋岔管 4、球形岔管 5、无梁岔管 6、隔壁岔管
（二）地下埋藏式岔管
位于岩体内，通常用于地下埋管的末端。
特征：围岩分担内水压力。
按构造分为：
1、埋藏式钢岔管
特点：钢岔管与围岩之间用砼填实，钢衬、钢筋砼衬砌及围岩共同承担内水压力。 型式：
1、贴边岔管 2、三梁岔管 3、月牙肋岔管 4、球形岔管 5、无梁岔管 6、隔壁岔管
2、埋藏式钢筋砼岔管
特点：岔管是与围岩结合成整体的钢筋砼结构。
多用于高水头大容量的抽水蓄能电站中。
型式：埋藏式钢岔管 埋藏式钢筋混凝土岔管
（三）钢衬钢筋砼岔管
特点：钢岔管外包钢筋砼，两者共同承担内水压力。
四、分岔管的荷载及结构设计要求
（一）荷载和受力特点：被切割的管壁承受的环拉力无法平衡，需要加强构件承担。
1、管壁环向拉力引起的荷载2、管壁轴向力引起的荷载
五、岔管结构设计
1、贴边岔管
贴边式岔管是在卜形布置的主、支管相贯线两侧用补强板加固，补强板与管壁焊固形成一个整体。
补强板刚度较小，不平衡区的水压力由补强板和管壁共同承担。
常用于d/D≤0.7（特别适合在0.5以内）中、低水头卜形布置的地下埋管。
贴边厚度
主管贴边厚度一般取原管壁厚度的两倍，支管贴边厚度可与原管壁厚度相同。 贴边宽度B
2、三梁岔管
由相贯线上的两根腰梁和一根U梁构成三梁岔
U梁承受较大的不平衡水压力，其受力非常复杂。
适用：内压较高、直径不大的明钢管。
3、月牙肋岔管
用一个嵌入管体内的月牙形肋板来代替三梁岔管的U梁，并取消腰梁。
在三梁岔管的基础上发展而来，目前在我国已基本取代了三梁岔管。
适用：大中型电站。
月牙肋岔管的分岔角常用55°~90°，共切球的半径取主管半径的1.2~1.3倍。
4、球形岔管
通过球面体进行分哈，由球壳，援助形主、支岔管一机补强环和导流板等组成。 在内水压力作用下、球壳应力仅为同直径管壳环向应力的一般。
缺点是制造工艺复杂，水头损失较大。
适用：高水头大中型电站。是国外采用比较多的一种成熟管型，国内应用尚少。
5、无梁岔管
无梁岔管是在球形岔管的基础上发展起来的新型岔管。他的锥管作为球壳主、支管的连接段，代替球形岔管种的补强环。
锥管一端与主、支管连接，另一端与球壳片近似切线方向衔接，构成一个外形平顺、唔明显的不连续结合线的的岔管。
克服了补强环与管壳刚度不协调的去诶按，而且可充分发挥壳体结构的承载能力，结构合理，外形尺寸小，运输、安装均较方便。对埋管来讲，有利于利用围岩的弹性抗力。 缺点是体型较复杂，成型工艺难度大，在球壳顶部和底部易产生漩涡，分岔处水流较紊乱，为此需在岔管内部设置导流板。
适用于大中型电站的地下埋管。
6、隔壁岔管
隔壁式岔管是从球岔演变而来的，它将一个圆形主管根据支管的多少和过流量的大小
用隔壁分割为若干扇形管，再将扇形管渐变为圆形支管。
一般隔壁式岔管由渐扩管、隔壁管、变形管三部分组成。
特点：分岔灵活；结构对称，无缺省，承受内、外压力能力强；水流流线接近平行，双向过流条件好。
隔壁式岔管主、支管流向一致，双向水流时流态平顺，抽水和发电工况的水头损失系数相近。
适用于抽水蓄能电站。
第789 章水锤与调节保证计算
1、 不稳定工况：由于荷载变化而引起导叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化。
2、 引起水轮机流量变化的两种情况：水电站正常运行下负荷变化、水电站事故引起的负荷变化。
3、 水电站不稳定工况的表现形式：引起机组转速的较大（丢弃负荷转速身高）、在有压引水道中发生水锤现象（导叶关闭时压力水管和蜗壳压力上升尾水管压力下降）、在无压引水道中产生水位波动现象。
4、 调节保证计算：水锤和机组转速的变化
5、 调节保证计算的任务：计算有压引系统最大和最小内水压力、计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率并检验是否在容许范围内、选择调速器合理的调节时间和调节规律、研究减少水锤压强及机组转速变化的措施。
6、 调节保证计算标准：水锤压力和转速变化在技术经济上合理的容许值
7、 调节保证计算条件：水锤压强计算条件（管道最大内水压强一般控制在以下两种工况：上游最高水位丢弃负荷、设计水头下电站丢弃负荷。最小压强工况：上游最低水位时水电站丢弃负荷、上游最低水位时电站最后一台机组投入运行）、转速上身率的控制工况
8、 水电站合理的调节规律：中低水头电站水轮机导叶可采取先快后慢的关闭规律，高水头电站则相反
9、 当管道末端流量急剧变化时，随着管道中流速的变化，压力也随之变化，亦即发生所谓的水锤
10、水锤的危害：压强升高过大导致水管强度不够而破裂、尾水管负压过大导致气蚀水轮机运行时产生震荡、压强波动导致机组运行稳定性和供电质量下降
11、减少水锤压强的措施：（1）缩短管道长度；（2）加大管道断面，减少管内流速；（3）设置调压室；（4）采用合理的导叶（阀门）启闭规律；（5）装置调压阀（空放阀）；（6）设置水阻器。
12、水锤特性：水锤是由于水流速度变化而产生的惯性力、由于管壁具有弹性水体压缩性水击压力将以弹性波的形式沿管道传播、水击波传播的过程中在外部条件变化处均要产生波的反射。
13直接水锤：如果水轮机调节时间Ts《2L/a，则水库反射波回到阀门之前开度已经结束，阀门处之受开度变化而引起的水锤播的影响（阀门关闭时产生正水击。其压力值至于流速变化的绝对值和水管的水及流速有关）
14、间接水锤：：如果水轮机调节时间Ts》2L/a，则开度变化结束之前水库反射波已经回到阀门处，阀门处的水锤压力由上游的F波向下游传播的f波相叠加而成（主要研究对象）
15、间接水锤的两种类型：当ρτ01时最大水锤压力出现在第一项末以后的某一项其特点是最大水锤压力接近极值称为极限水锤（低水头电站特征）
16、阀门关闭规律对水锤有何影响？初始开度对水锤有何影响？水锤压力升高沿管线如何分
布？答：水锤压强的上升速度随阀门的关闭速度的加快而加快，最大压强出现在关闭速度较快的那一时段末尾。
当起始开度τ0>1/ρ时最大水锤压强发生在阀门关闭的终了，即极限水锤；当起始开度σ/ρ
水锤压力升高沿管线分布：极限水锤无论是正负水锤，管道沿线的最大水锤压强均按直线规律分布；第一相水锤压力沿管线不依直线规律分布，正水锤压力分布曲线是向上凸的，负水锤压力分布曲线是向下凹的。
17在高水头电站常发生第一相水击可以采用先慢后快的非直线关闭规律以降低第一相水击；在低水头电站常发生极限水击可以采用先快后慢的非直线关闭规律以降低极限水击。
18、常见的复杂管路系统：串联管、分岔管、反击式水轮机管道系统
19、串联管水锤的计算方法：等价水管法（等价原则管长相长管中水体动能与原管相同）；分叉管的水锤计算方法：截肢法
20、简单管：指压力管道的管径、关闭材料和厚度沿管长不变
21、串联管：管壁厚度随水头增加而逐渐加厚，而直径随水头而逐渐减小
第十章 调压室
1、根据调压室与厂房相对位置的不同，调压室有四种基本布置形式，为上游调压室，下游调压室，上下游双调压室和上游双调压室。
2、调压室的基本类型有_简单圆筒式调压室、 阻抗式调压室、 水室式调压室、溢流式调压室、差动式调压室和气压式或半气压式调压室六类。
3、1、简单圆筒式调压室的特点是：自上而下具有相同的断面，结构形式简单，反射水锤波的效果好，但在正常运行时隧洞与调压室的联接处水头损失大。2、阻抗式调压室的特点是：波动幅度小，衰减快，在同等条件下所需断面较小；正常运行时的底部水头损失小，但由于阻抗的存在使反射水锤波的效果较差，引水道可能受水锤的影响。3、水室式调压室由一断面较小的垂直或倾斜的竖井和断面扩大的上下贮水室组成。正常运行时，水位在上下室之间，弃荷时竖井水位迅速上升，使上室充水；增荷时水位下降由下室补充水体。上下室限制了水位波动振幅，且室水位波动快，衰减快，所需容积较小，反射水锤波的效果较好。5、溢流式调压室的顶部有溢流堰，当丢弃负荷时，水位开始迅速上升，达到溢流堰后开始溢流， 限制了水位的进一步升高，有利于机组的稳定运行。溢出的水量，可以设上室加以存储，也可以排至下游。6、差动式调压室由两个直径不同的同心圆组成，外筒称为大室，内筒直径较小，上有溢流口，通常称为升管，其底部以阻力孔口与大室相通，它综合地吸取了阻抗式和溢流式调压室的优点，但结构较复杂。
4、研究调压室水位波动的目的主要是：（1）求出调压室中可能出现的最高、最低涌波水位及变化过程，从而决定调压室的高度和引水道的设计内水压力及布置高程。（2）根据波动稳定的要求，确定调压室所需要的最小断面积。
5、调压室水力计算内容：（1）由调压室水位波动的稳定条件，确定调压室的断面积；（2）计算调压室最高涌波水位，确定调压室的顶部高程；（3）计算调压室最低涌波水位，确定调压室底部和压力管道进口高程。
调压室计算条件：应根据电站和引水道的实际运行情况，选择可能出现的最不利的情况，作为水力计算的条件，使调压室在确保安全的前提下最经济合理。
第11、12、13、14章
1、水电站厂区枢纽包括那些建筑物？布置时相互位置应如何考虑？（7）
答：水电站厂区枢纽由主厂房、副厂房、主变压器场、高压开关站、交通道路组成。 布置原则：
1）主厂房是场区核心，确定主厂房位置要综合考虑地形、地质、水流条件、施工导流方案和场地布置、电站的运行管理等；还应考虑减小压力水管长度，尾水渠尽量远离溢洪道、泄洪洞出口，地质条件好、交通和出线方便、不受施工导流影响。
2）副厂房：布置在主厂房上游侧，尾水管顶板上，主厂房两侧。
3）主变压器：尽量靠近厂房，尽量与安装间在同一高程，方便变压器的运输和高压侧出线并留有空间，高程应该高于下游最高洪水位。
4）高压开关站：尽量靠近主变压器和中央控制室且尽量在同一高程。要求高低压进出线方便，出线避免交叉和跨越水跃区；地基稳定，便于设备运输、维护、巡视、检修：符合防火保安等要求。
5）交通道路：进厂公路（或铁路）在洪水期也能通畅。
2、厂房按设备组成系统划分为哪五个系统？分别包括哪些设备？
答：厂房按设备组成系统作用的不同可分为五个系统：
⑴水流系统：是完成将水能转变为机械能的一系列过流设备，包括进水管、主阀（如蝴蝶阀）、水轮机引水室（如蜗壳）、水轮机、尾水管、尾水闸门、尾水渠等。
⑵电流系统：是发电、变电、配电的电气一次回路系统。包括发电机、发电机母线、发电机中性点引出线、发电机电压配电装置（户内开关室）、厂用电系统、主变压器、高压配电装置（户外开关站）及各种电缆等。
⑶电气控制设备系统：是控制水电站运行的电气设备。包括机旁盘、励磁设备、中央控制室各种电气设备、各种控制、检测和操作设备。如互感器、表针、继电器、控制电缆、自动及远动装置、通讯及调度设备等。
⑷机械控制设备系统：包括水轮机的调速设备以及主阀、减压阀、拦污栅和各种闸门的操作控制设备等。
⑸辅助设备系统：是为安装、检修、维护、运行所必需的各种机、电辅助设备。包括厂用电系统(厂用电变压器、厂用配电装置、直流电系统等)；油系统（透平油和绝缘油的存放、处理、流通设备）；气系统（高、低压空压机、贮气筒、气管及阀门等）；水系统（技术供水、生活供水、消防供水、渗漏及检修排水等）；起重设备（厂房内外的桥式及门式起重机、各种闸门的启闭机等）；交通运输通道（门、运输轨道、过道、廊道、楼梯、斜坡、吊物孔、进人空等）；各种机电维护和试验设备、工具间；采光、通风、取暖、防潮、防火、保安、生活卫生等设备。
3、水电站厂房有哪些基本类型？它们的特点是什么？
答：水电站厂房按厂房结构受力特点并结合工程在枢纽中所在位置有下列类型：
⑴地面式厂房：根据厂房布置位置不同，又可分为河床式厂房，坝后式厂房，坝内式厂房，岸边式厂房等。
1）河床式厂房：当水头较低，单机容量又较大时，厂房与整个进水建筑物连成一体，厂房本身起挡水作用。
2）坝后式厂房：当水电站水头较高，建坝挡水，又将厂房紧靠坝布置的厂房，称为坝后式厂房。坝后式厂房又可分为以下几类：坝后式明厂房；溢流式厂房；挑越式厂房。
3）坝内式厂房：当洪水量很大，河谷狭窄时，为减少开挖量，将厂房布置在坝体内，而在坝顶设溢洪道，称为坝内式厂房。
4）河岸式厂房：在引水式和混合式水电站中，水电站厂房通常布置在河道下游的岸边，这种形式的厂房称为河岸式厂房。
⑵地下式厂房：由于受到地形、地质的限制，在地面上找不到合适位置建造地面式厂房，而地下有良好的地质条件或国防上的要求，将厂房布置在地下山岩中，称为地下式厂房。 ⑶抽水蓄能电站厂房和潮汐电站厂房：
1）抽水蓄能电站厂房：抽水蓄能电站厂房内的机组具有水泵和水轮发电机。
2）潮汐电站厂房：利用海水涨落形成的潮汐能发电的电站称为潮汐电站。
4、厂区布置包括哪些内容？变压器场布置应考虑哪些因素？地面引水式电站副厂房位置一般可能有哪些方案？它们有什么优缺点？
答：厂区布置的任务是以水电站主厂房为核心，合理安排主厂房、副厂房、变压器场、高压开关站、引水道（可能还有调压室或前池）、尾水道、交通线等的相互位置。
布置变压器场应考虑下列原则：1）主变压器尽可能靠近主厂房，以缩短昂贵的发电机电压母线和减少电能损失。2）要便于运输、安装和检修。3）便于维护、巡视及排除故障。4）土建结构经济合理。
副厂房的位置可以在主厂房的上游侧、下游侧或一端。副厂房布置在主厂房上游侧，运行管理也比较方便，电缆也较短，在结构上与主厂房连成一体，造价较经济。当主厂房上游侧比较开阔、通风采光条件好时可以采用。副厂房布置在下游会影响主厂房通风采光；尾水管加长会增大工程量，且尾水平台一般是有震动的，中控室不宜布置在该处。副厂房布置在主厂房一端时，宜布置在对外交通方便的一端。当机组台数较多时，会使电缆及母线加长。 厂房设备布置的内容和要求？答：厂房设备布置工作的主要内容是：（1）确定水轮机、发电机、调速设备、主阀起重设备以及其他、辅助设备在厂房内的合理位置、布置形式和支撑方式；（2）确定主、副厂房的布置方式以及主副厂房的尺寸；（3）确定主厂房内垂直和水平通道的位置和尺寸；（4）提供设备布置的图纸和数据以供设备安装和厂房结构设计使用。 设备布置应满足以下基本要求：（1）必须结合水电站枢纽的地形、地质条件、自然环境和水工建筑物在布置上的特点等，尽量减少土建工程量、使总造价经济合理。（2）设备布置紧凑，位置合理，便于安装、运行、检修和操作管理。尽量减少安装工程量。（3）能满足劳动保护、遥控、防空等特殊要求，以及防火、防淹、防潮等要求。并能适应水电站分期建设和提前发电的需要。（4）应能满足水工结构和建筑的施工方面的要求，力求布置整齐美观。
5、厂房设备布置工作的主要内容是：（1）确定水轮机、发电机、调速设备、主阀起重设备以及其他、辅助设备在厂房内的合理位置、布置形式和支撑方式；（2）确定主、副厂房的布置方式以及主副厂房的尺寸；（3）确定主厂房内垂直和水平通道的位置和尺寸；（4）提供设备布置的图纸和数据以供设备安装和厂房结构设计使用。
设备布置应满足以下基本要求：（1）必须结合水电站枢纽的地形、地质条件、自然环境和水工建筑物在布置上的特点等，尽量减少土建工程量、使总造价经济合理。（2）设备布置紧凑，位置合理，便于安装、运行、检修和操作管理。尽量减少安装工程量。（3）能满足劳动保护、遥控、防空等特殊要求，以及防火、防淹、防潮等要求。并能适应水电站分期建设和提前发电的需要。（4）应能满足水工结构和建筑的施工方面的要求，力求布置整齐美观。
6、发电机的布置主要有开敞式、埋没式、半岛式三种。开敞式布置时一般适用于容量较小的机组。埋没式布置方式一般适用于大、中型电站。半岛式布置由于厂房内场地狭小，设备拥挤给安装、检修造成不便，故采用不多。
7、主厂房的长、宽、高、如何确定？答：主厂房的长度包括机组段长度、安装间长度、边机组段加长：L=nL0+L安+△L
主厂房宽度为上游侧宽度和下游侧宽度组成：B=Bx+Bs
水电站厂房的各层高程中，起基准作用的高程是水轮机安装高程。由水轮机的安装高程、主厂房基础开挖高程、水轮机层地面高程、发电机安装高程、发电机层楼板高程、起重机安装高程、屋顶高程、安装间楼板高程等共同决定。