水電站建筑物壓力管道

壓力管道是指從水庫、壓力前池或調(diào)壓室將水流在有壓狀態(tài)下引入水輪機的輸水管。壓力水管基本上集中了水電站全部或大部分水頭，它具有坡度陡、承受電站最大水頭且受水錘動水壓力及靠近廠房的特點。因此，它的安全性和經(jīng)濟性受到特別重視，有不同于一般水工建筑物的特殊要求。

壓力管道按布置形式分為明管、地下埋管、混凝土壩身管道三種，按材料可分為鋼管或鋼筋混凝土管。

明管是壓力管道采用分段式鋪設(shè)，直接暴露在空氣中。管身鋪設(shè)在一系列支墩上，在管道轉(zhuǎn)彎處設(shè)有鎮(zhèn)墩，兩鎮(zhèn)墩之間設(shè)有伸縮節(jié)，以減少溫度應(yīng)力。為了減少伸縮節(jié)的內(nèi)水壓力和便于安裝，伸縮節(jié)一般布置在靠近上鎮(zhèn)墩處。

地下埋管是埋藏于地層巖石之中的鋼管，又叫壓力洞或壓力管道。可以是斜的，也可以是垂直的，它是由開挖巖洞，安裝，再在各層中鋼材之間灌注混凝土做成的。

混凝土壩身管道是依附于混凝土壩身，即埋設(shè)在壩體內(nèi)或固定在壩面上，并與壩體成為一體的壓力輸水管道。根據(jù)布置形式，壩體壓力管有壩內(nèi)埋管、壩上游面管道及壩下游面管道三種。

又稱壓力池或前池，它位于引水渠道或無壓引水遂洞的末端，是水電站引水建筑物與水輪機壓力水管的連接建筑物，即把無壓引水道中的無壓流變?yōu)閴悍焦艿赖挠袎毫?，壓力前池的作用有以下三點：

(1)電站運行時，把流量按要求分配給壓力管道，并使水頭損失最小。

(2)在水電站負荷變化或出現(xiàn)事故時，與引水渠道配合，調(diào)節(jié)流量，并排泄多余水量。在電站停止運行，壓力管道關(guān)閉，供給下游必需的流量及壓力管道事故時，緊急切斷水流以防事故擴大。

(3)防止引水道中雜物、冰凌與有害泥沙進入壓力管道。

根據(jù)功能不同，壓力前池由前室、壓力管道的進水口及設(shè)備、泄水和排沙建筑物組成。前室即池身，其尺寸取決于壓力管道的布置和滿足調(diào)節(jié)流量的要求，寬度和深度比渠道大，往往需要在渠道與前室間設(shè)擴散段。壓力管道進水口采用擋水墻式分割前池寬度，進水口設(shè)攔污柵、工作閘門、檢修閘門等設(shè)備。泄水和排沙建筑物主要用于泄水排沙、排冰等。多采用溢流堰，下接陡槽及消力槽，也可直接泄入山溝或河道。溢流堰頂常不設(shè)閘門。

一般比較典型的水電站中，通常具有下列幾種建筑物：

(1)擋水建筑物。多指壩或閘，用來截斷河流，集中落差。

(2)泄水建筑物。用以下泄多余的洪水或降低庫水位，即溢洪道、泄洪隧洞。

(3)過壩建筑物。指為了滿足通航或利于魚的洄游而修筑的建筑物，如船閘、魚道等。

(4)水電站引水建筑物。用來把水庫的水引入水輪機的輸水建筑物。

(5)水電站進水建筑物。又稱進水口或取水口，是水電站水流的進口。

(6)水電站平水建筑物。當(dāng)水電站的負荷發(fā)生變化時，用以平穩(wěn)引水建筑物(引水道或尾水管)中的壓力和流速變化。如有壓引水道中的調(diào)壓室及無壓引水道中的壓力前池。

(7)發(fā)電、變電及配電建筑物，又叫發(fā)電建筑物。是指安裝水輪發(fā)電機組及其控制設(shè)備的廠房，安裝變壓器的場地和開關(guān)站。

水電站機組突丟負荷或突增負荷時，管道內(nèi)流量的變化，引起流速的變化，從而引起水位產(chǎn)生巨大慣性力，管內(nèi)壓力瞬時變化較大，不利壓力管道的運行，稱為水錘現(xiàn)象。水錘現(xiàn)象會使壓力管道內(nèi)殼和尾水管內(nèi)部產(chǎn)生很大的水錘壓力，還增加管道和蝸殼的壁厚，增加造價，而且給機組帶來很大的不利，必須采取一些措施設(shè)法減小水錘壓力。其中，有效的方法之一是設(shè)置調(diào)壓室，調(diào)壓室實際上是一個具有自由水面的筒式或井式建筑物。根據(jù)地形和地質(zhì)條件分，調(diào)壓室設(shè)置在地面上的稱為調(diào)壓塔，設(shè)置在地面下的稱為調(diào)節(jié)井。

設(shè)置了調(diào)壓室后，利用調(diào)壓室擴大的斷面面積和自由水面，水錘就會在調(diào)壓室反射到下游去，相當(dāng)于把引水系統(tǒng)分為兩段，調(diào)壓室以前的這段引水道，基本上可以避免水錘壓力的影響，調(diào)壓室以后的壓力管道，由于縮短了水錘波轉(zhuǎn)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(zhì)量。調(diào)壓器的尺寸要通過調(diào)壓室水位波動的計算來確定。

水電站廠房是水電站主要建筑物之一。廠房中安裝水輪機、水輪發(fā)電機和各種輔助設(shè)備，是將水能轉(zhuǎn)化為電能的綜合工程措施。通過能量轉(zhuǎn)換，水輪發(fā)電機發(fā)出的電能，經(jīng)變壓器開關(guān)站等輸入電網(wǎng)用戶，因此水電站廠房是水、機、電的綜合體，同時又是運行人員進行生產(chǎn)活動的場所。電站廠房從設(shè)備布置、運行要求的空間劃分為主廠房、副廠房(屬于電站廠房)、主變壓器場和開關(guān)站(輸變電建筑物)四部分。

主廠房內(nèi)布置水電站的主要動力設(shè)備(水輪發(fā)電機組)和各種輔助設(shè)備及組裝、檢修設(shè)備的裝配場，是水電站廠房的主要組成部分。副廠房內(nèi)布置控制設(shè)備、電氣設(shè)備和輔助設(shè)備及必要的工作和生活用房，是水電站的運行、控制、監(jiān)視、通信、試驗、管理和運行人員工作的房間。主變壓器是裝設(shè)變壓器的地方，電能經(jīng)過主變壓器升高到規(guī)定的電壓后，引到開關(guān)站。開關(guān)站(戶外高壓配電裝置)是裝設(shè)高壓開關(guān)、高壓母線和保護措施等高壓電氣設(shè)備的場所，高壓輸電線由此將電能輸往用戶。

內(nèi)容簡介

《水電站建筑物及其施工》主要介紹水電站與水電站廠房的結(jié)構(gòu)形式，水電站進水建筑物、引水建筑物、平水建筑物、壓力管道、廠區(qū)建筑物等專用建筑物的作用、選型與布置的基本知識。著重講述水電站立式機組地面廠房主廠房的總體輪廓構(gòu)成，廠內(nèi)各主要機電設(shè)備和結(jié)構(gòu)的分類、布置要求和規(guī)律，主廠房輪廓尺寸擬定的工作程序和具體方法，以及立式機組地面廠房主體工程的施工特點、施工程序、施工方法，廠房施工前期準(zhǔn)備工作和施工進度計劃編制、質(zhì)量控制等基本知識，拓展性地介紹燈泡貫流式機組廠房的布置特點、機組安裝、土建施工等基本知識。

《水電站建筑物及其施工》主要作為教改課程水電站建筑物及其施工的配套教材，因其案例翔實，也可供水電工程技術(shù)人員參考。

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本書是“水工”專業(yè)大學(xué)本科生的必修課教材。在內(nèi)容上反映了教學(xué)大綱的基本要求;在材料選取和編排上,密切結(jié)合我國水電建設(shè)實際,并盡可能反映國內(nèi)外最新成就。全書共十四章,全面敘述了水電站建筑物的類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計,比較多地增加了混凝土壩壩身管道和地下埋管的內(nèi)容,加強了壓力系統(tǒng)過渡過程的基本原理和數(shù)值計算方法,還適當(dāng)?shù)卦黾恿擞嘘P(guān)電站廠房建筑藝術(shù)處理的原理和實例,地下廠房單列了一章。

本書可供“水工”專業(yè)有關(guān)技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。