水电站思考题.docx

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水电站思考题

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水电站思考题

一、管道部分

1．水电站有哪些类型<以取得水头方式划分）？

各适用于什么条件？

按取得水头分为坝式，混合式，引水式三种典型布置<还有抽水蓄能，潮汐式等

等）。

1、坝式水电站适用于建在河流中上游得高山峡谷中，集中的落差为中，高水头。

包

括<1）坝后式厂房：

适用于水头较高的电站，厂房设置在坝后，厂房本身不起挡水作用。

<2）坝内式厂房：

当河面狭窄无法布置厂房时，将厂房设置在混凝土重力坝或重力拱坝的坝体空腹内。

<3）河床式厂房：

水头较小，厂房与坝并排建在河道中，厂房承受水压力而成为挡水建筑物的一部分。

河床式水电站常一般见于河流中下游，水头较低，流量大，适用于水头低，流量大的河流。

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2、引水式利用引水道集中河道落式，引水道分有压引水道和无压引水道，引水道的

坡度一般很平缓。

引水式水电站适用于流量小，坡降大的河流中下游或跨流域开发方

案。

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3、混合式水头由坝和引水道共同集中。

坝上游落差由坝集中，下游落差由引水道集

中。

适用于上游有有优良坝址，适宜建库，而紧接水库以下河道突然变陡或河道有较大

的转弯DXDiTa9E3d

2．电站一般由哪些建筑物组成？

各种建筑物的作用如何？

<一）枢纽建筑物：

挡水建筑物、泄水建筑物、过坝建筑物、发电建筑物等。

<1）挡水建筑物：

用以拦截河流、集中落差，形成水库，如各种坝、闸等。

<2）泄水建筑物：

用以宣泄洪水，或放水供下游使用，或放水以降低水库水位，如溢流

坝、溢洪道、泄洪隧洞、放空底孔。

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<3）过坝建筑物：

用以将船、物资、水生物过坝，如船闸、升船机、过木、过鱼建筑

物等。

<二）发电建筑物：

进水口、引水道、调压室、压力管道、主厂房、副厂房、主变压器、开关站、尾水道

等。

<1）水电站进水建筑物：

按发电要求将水引入引水道，分有压和无压进水口。

<2）水电站引水及尾水建筑物：

将水引入水轮机，常见的建筑物为渠道、隧洞、管道

等。

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<3）水电站平水建筑物：

用以平稳水电站负荷变化在引水或尾水建筑物中造成的流量及

压力变化，如调压室、压力前池等。

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<4）发电、变电和配电建筑物：

包括水电站厂房、变压器场、高压开关站。

<书上平111页有不同分类）

3．进水口有哪几种类型？

各适用于什么条件？

水电站进水口分有压进水口、无压进水口二大类。

有压进水口：

设在水库死水位以下，引进深层水为主，后接有压隧洞或压力管道，进水口处于有压流状态。

无压进水口：

进水口处水流为具有与大气接触的自由水面的明流，引进表层水为主，后接无压引水道。

抽水蓄能进出水口：

有压进水口的特例，既是进水口，又是出水口。

4．有压进水口有哪几种类型？

各适用于什么条件？

按照结构特点，有压进水口可分为以下四种：

①洞式进水口：

进口段和闸门竖井均从山体中开凿而成,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。

适用于隧洞进水口的地质条件较好，便于对外交通，地形坡度适中，易于开挖平洞和竖井的情况。

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②墙式进水口：

适用于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。

进口处地质条件较好，或岸坡陡峻。

。

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③塔式进水口：

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。

适用于进口处地质条件较差或岸坡坡度平缓。

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④坝式进水口：

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。

适用于混凝土坝的坝式水电站Zzz6ZB2Ltk

5．根据对进水口要求，如何选择确定进水口位置与高程？

水电站有压式进水口的位置：

应尽量使入流平顺、对称，不发生回流和漩涡，不出现淤积，不汇聚污物，泄洪时仍然正常进水。

进水口后接引水隧洞，还应与洞线布置协调一致，选择地形，地质及水流条件都适宜的位置。

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高程：

有压式进水口的高程，顶部高程应低于最低水位，并具有一定的埋深S=CVd1/2其

中d为闸门口高度。

底部高程应高于设计淤积高程，当有冲沙设备时，应根据排沙情况而定。

大型电站还应满足分期发电、环保<分层取水）要求rqyn14ZNXI

6．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？

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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。

7．水电站进水口工作闸门和检修闸门的作用是什么？

它们在运行上有什么要求？

工作闸门<事故闸门）作用：

紧急情况下切断水流，以防事故扩大，不起调节流量的作用。

运行要求：

动水中快速关闭，静水中开启。

EmxvxOtOco

检修闸门作用：

设在工作闸门上游侧，检修事故闸门和其门槽时用以堵水。

运行要求：

在静水中开启和关闭。

特殊情况下进口仅设检修门，而在调压室设事故闸门。

8．有压进水口包括哪些设备？

其作用是什么？

有压进水口包括以下几种设备：

1、拦污栅：

防止漂目、树枝、树叶、杂草、垃圾、浮冰等漂浮物随水流带入进水口，同

时不让这些漂浮物堵塞进水口，影响进水能力。

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2、工作闸门：

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。

运行要求：

动水中快速关闭，静水中开启。

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3、检修闸门作用：

设在工作闸门上游侧，检修事故闸门和其门槽时用以堵水。

运行

要求：

在静水中开启和关闭。

4、冲水阀：

作用：

在开启闸门前向引水道充水，平衡闸门前后水压，以便静水开启闸

门。

充水阀位置：

旁通管、平板闸门上设小门。

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5、通气孔：

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。

6、启闭设备：

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。

9．压力前池的作用？

组成？

在进行压力前池布置时，需特别引起注意的是什么问题？

压力前池的作用：

①分配水量：

正常运行时把流量平顺的分配给各压力管道。

②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）。

③防污、

防沙、防冰：

保护管道、水轮机。

④电站停机时，渲泄多余水量，保证下游用水。

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组成：

①池身及扩散段：

渠道末端加宽、加深的过渡段以满足进水口布置需要。

②压力管道进水口：

其构成与有压进水口同，常采用挡水墙式。

③泄水建筑物：

溢流堰等，在严寒地区可用来排冰。

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④排污、排沙、排冰设备：

压力前池布置时需要注意的问题：

1、前池整体布置时，应使水流平顺，水头损失最小，以提高水电站的出力和电能。

2、前池应尽可能靠近厂房，以缩短压力管道的长度

3、前池应建在地基的挖方中，选择压力前池的位置应特别注意地基稳定与渗漏条件。

<简单的说就是水头损失要小，渗漏问题，挖方中稳定问题）M2ub6vSTnP

布置要求：

①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）②经济：

尽量靠近厂房<缩短压力管道），开挖工程量少。

③水流平顺：

以减小水头损失。

④便于施工、运行、检修。

0YujCfmUCw10．压力水管的类型及其适用条件是什么？

类型：

按布置方式分：

露天式<明管），地下式<地下埋管），坝内管。

按材料分：

钢管、钢筋混凝土管、钢衬钢筋混凝土管。

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适用条件：

1、露天式明钢管由钢材卷制而成,其强度很高,可以承受较大的内水压力,适用于中高水头电站。

多为引水式地面厂房采用。

一般在其上设置镇墩、支墩、加劲环、伸缩节、阀门、进人孔、通气阀等。

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2、地下埋管布置在岩体中,钢管与围岩之间用混凝土回填。

多为引水式地面厂房或地

下厂房采用。

地下埋管可以是钢筋混凝土管或钢衬混凝土管。

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3、坝内管布置在坝体内部或坝上、下游面,多为坝后式或坝内式厂房采用。

4、钢管具有强度高、防渗性能好等许多优点，常用于大中型水电站。

5、钢筋混凝土管具有造价低、可节约钢材、能承受较大外压和经久耐用等优点，通

常用于内压不高的中小型水电站。

TIrRGchYzg

6、钢衬钢筋混凝土管是在钢筋混凝土管内衬以钢板构成。

在内水压力作用下钢衬与

外包钢筋混凝土联合受力，从而可以减小钢衬的厚度，该管适用于大HD值的情况。

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11．水电站压力水管的供水方式主要有哪几种方式？

它们优缺点和适用条件如何？

供水方式常有这样三种类型：

1、单元供水2、集中供水3、分组供水

单元供水优点：

结构简单，运行灵活，可靠性好。

缺点：

钢材用量大，经济性较差。

适用条件：

管道较短，单机流量大，比如坝身管。

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集中供水优点：

钢材用量最省，经济性较好。

缺点：

运行灵活性和可靠性较差，需设结构复杂的分岔管。

适用条件：

管道较长，流量较小的情况，比如引水式电站。

分组供水优缺点：

介与单元供水和集中供水之间。

适用条件：

管道较长，机组台数多和流量较大的情况，比如引水式电站。

12．地面明钢管的支墩型式有哪几种类型？

1、作用：

支撑钢管，承受管重和水重的法向分力，相当于梁的滚动支座

2、支墩按其支座与管身相对位移的特征分：

<1）、滑动式支座<无支承环、有支承环）；鞍形滑动式支座：

将钢管直接支承在一个鞍形的

混凝土支座上，包角为90o-120o。

其结构简单，但管身受力不均匀，摩擦力大，适用于直径小于

1m

的钢管。

有支承环的滑动支墩：

钢管通过支承环放置在支墩上，改善了管壁的受力不均匀现象，适

用于直径小于2的钢管。

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<2）、滚动式支座；特点是在支承环与支承面之间设置圆柱形辊轴，摩擦系数小，

常用于垂直荷载较小而管径大于２M的钢管zvpgeqJ1hk

（3>、摇摆式支座。

摆动式支墩的特点是在支承环和支承面之间设一个可以摆动的短

柱，其下端与支承板铰接，上端以圆弧面与支承环的上托板接触，钢管变形时，短柱前

后摆动，摩擦力很小，用于管径大于２M的钢管。

NrpoJac3v1

13．地面明钢管上镇墩的作用是什么？

镇墩的型式有哪几类？

1、作用：

将钢管固定在山坡上，主要承受因管道转弯而产生的轴向不平衡力，不允

许管道在镇墩处发生任何位移。

镇墩是依靠自重来维持稳定。

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2、类型：

镇墩依靠本身重量固定钢管，一般用混凝土浇制，按钢管在镇墩上的固定

方式，分为封闭式和开敞式两种形式fjnFLDa5Zo

<1）封闭式：

将弯管段整个埋在混凝土中，固定管道较好，结构简单，镇墩处管道

受力均匀。

<2）开敞式：

将弯管段用锚环锚在管道下部的混凝土墩上，镇墩处管道受力不均

匀，但易于管道检修。

14．为什么压力水管上要设伸缩节？

设在什么位置？

为什么？

为了清除因温度作用和地基变形而引起钢管结构内产生的附加应力，在压力钢管的直

线段上常设置伸缩节。

由于伸缩节的存在，钢管可轴向伸缩，消除大部分温度应力，且

可适应少量不均匀沉陷。

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15．地面明钢管承受的最主要荷载是什么？

它主要引起什么应力？

地面明钢管承受的最主要的荷载是内水压力，它主要引起：

在管壁中产生环向拉应力，在水管内表面产生径向应力。

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16．地面明钢管设计时应选择哪几个控制断面？

用图表示各控制断面的位置？

受力特

点？

应选择3个控制断面：

1、跨中1-1断面2、支承环2-2断面3、支承环3-3断面。

其位置如下：

一、跨中1-1断面，其特点为

二、支承环附近，但又不受支承环影响的2-2断面，其特点为：

三、支承环3-3断面特点：

1.由水重和管重产生的弯矩和剪力

2.由支承环<加劲环）约束所产生的局部弯矩和局部剪力M’和Q’

3.由支承反力R在管壁中所产生的弯矩、剪力和轴力。

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<说明这个是比较详细的解答，其中的图是为了帮助大家理解的，通过图形我们可以

看出这些断面受力特点。

老师讲解的简单的回答如下:

1、跨中1-1断面特点最大正弯

矩，剪力为零。

2、2-2断面特点最大负弯矩，剪力最大，膜应力为主。

3、3-3断面

特点特点最大负弯矩，剪力最大，支承环引起的弯曲应力）V7l4jRB8Hs

17．某地面压力钢管：

内径

0

30，上镇墩以下2m

D=3m镇墩间距处设伸缩节，长

80m，滚动式支墩间距10m，管轴与地面倾角

b1=0.3m；μ=0.25。

钢材允许应力[σ]膜

=1200kg/cm2。

[σ]局

=1600kg/cm2，未跨中心处

H0=62m，水击压力

试对

未跨支承环断面进行强度校核。

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<说明因为没有计算题，所以这题我就没有做，希望大家对书上的基本公式能够理解，不

需要记公式）

18．导致地下埋管抗外压失稳的主要原因是什么？

改善地下埋管抗外压稳定的措施有哪

些？

1、地下埋管承受的外压荷载有：

1地下水压力；回填混凝土时流态混凝土的压力<

施工期）；钢衬与混凝土之间接缝灌浆压力<施工期）。

mZkklkzaaP

2、导致地下埋管抗压失稳的主要原因有：

1、地下水位较高，放空管道时，钢衬可

能因外压而失去稳定；2、回填混凝土的质量较差，混凝土与钢管之间的缝隙值过大。

加

劲环，锚环质量未达到要求。

<说明主要从地下埋管所承受的外压荷载来分析失稳原因。

以上的答案只是个人理解，大家可以根据外压荷载来发挥）AVktR43bpw

3、埋管防止外压失稳措施：

①多采用排水管，结合排水廊道降低地下水位线；—减

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小外压力②减小初始缝隙，精心施工和接缝灌浆。

③设加劲环、锚环或增加管壁厚度等—提高结构临界压力。

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19．地下埋管现行设计理论主要存在哪些问题？

有哪些改进措施？

20．坝内埋管主要有哪几种结构型式？

其受力特点有什么不同？

主要型式有：

倾斜式、平斜式、竖直式

21．与坝内埋管相比，坝下游面管有什么优缺点？

其适用条件如何？

坝下游面管优点:

（1）便于布置

（2）施工简便，现场安装工作量小，进度快，与坝体施工干扰小。

（3）减小坝体削弱

（4）有利于分期投资

缺点：

增加管长、水头损失，投资并不一定增加。

<这些是老师上课讲的，大家自己综合一下吧。

）

22．采用的岔管结构形式有哪些？

各有什么特点？

其适用条件如何？

岔管结构型式：

1、明钢岔管：

岔管用钢材焊制而成，全部荷载由钢材承受。

明钢岔管按其所用加强方

式或受力特点，可有以下结构形式：

1）贴边岔管2）三梁岔管3）月牙肋岔管4）无梁岔管5）球形岔管6）隔壁岔管2MiJTy0dTT

2、地下埋藏式岔管位于岩体内，通常用于地下埋管的末端。

其特征是设计时考虑围岩

分担岔管的内水压力，有：

1）埋藏式钢岔管2）埋藏式钢筋混凝土岔管gIiSpiue7A

3、钢衬钢筋混凝土岔管

各类岔管的特点和使用条件如下：

1、贴边岔管特点：

a.补强板刚度小，在内水压力作用下，产生较大的径向位移；

b.用于埋管时，有利于发挥围岩作用，开挖量小；

c.结构简单，易于制作。

适用条件：

中、低HD值的卜型埋管，特别是d/D小于0.6的情况。

2、三梁岔管特点：

a.梁主要受弯，材料强度得不到充分发挥<梁的截面尺寸大）。

b.当HD值较大时，加强梁尺寸可能很大，引起选材、制造和运输上的困难。

c.埋管时增加开挖。

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适用条件：

大、中型水电站，但近年来大型岔管已逐渐被月牙岔取代，特别是埋管。

3、内加强月牙肋岔管特点：

a.肋板主要受拉，尺寸小，无腰梁；

b.肋板是内加强，岔管外形尺寸小，对埋管可减少开挖；外表光滑，有利于发挥围岩作用。

c.在设计工况，水头损失小<顺锥减小流速，肋板起分流作用）。

d.岔管管壁转折处及管壁与肋板相交处有较大的应力集中，是月牙肋岔管的薄弱环节。

适用条件：

大、中型水电站，特别是埋管。

4、球形岔管特点：

a、布置灵活，支管可以指向任意方向，平面、立体均可；

b、受力条件好；

c、球壳需模压成型，加工不便，制成后有时需整体退火，直径大时更困难，因此造价最高。

适用条件：

高水头、小直径。

5、无梁岔管特点：

a、受力比较均匀，省去了加强构件；

b、对埋管可减少开挖；外表光滑，有利于发挥围岩作用；

c、岔管体型较复杂，球片成型仍较困难，焊缝多。

适用于Y、卜型布置，特别适于大、中型埋管。

6、隔壁岔管：

它由扩散段、隔壁段、变形段组成，各级皆为完整的封闭壳体，除隔壁

外，无其它加强构件。

二、厂房部分

1.水电站厂房的基本类型有哪些？

按厂房位置分：

<1）坝后式。

与坝后式相似的有：

①挑流式②溢流式③坝内式

<2）河床式

<3）引水式，引水式可以是地面式,也可是地下式厂房。

2.电站厂房的作用是什么？

厂房枢纽主要由哪几部分组成？

作用：

①按系统要求保质保量的完成发电任务<完成水能机械能电能得转换）。

②满足主、辅设备及线、缆、管道布置的要求。

③满足安装、运行、维修的要求。

④为运行人员创造良好的工作环境。

⑤造型美观、协调、美化环境。

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组成：

<1）从设备布置及运行要求的空间划分：

①主厂房：

由布置机组及其辅助设备的主机间和安装、检修设备的装配场组成。

②副厂房：

电站运行、控制、监视、通讯、实验、管理等房间。

③主变场：

布置主变压器场所。

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④开关站：

布置高压配电设备，高压开关、母线保护设备。

<2）从设备组成分：

①水流系统：

压力管道、进水阀、蜗壳、水轮机、尾水管、尾水闸门。

②电流系统：

一次设备，包括发电机、引出线<主厂房）、母线、发电机电压配电设备<开关室）、主变压器<主变场）、高压开关及配电设备<开关站）。

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③机械控制设备系统：

调速系统、蝶阀及闸门操作控制设备

④电气控制设备系统：

二次设备：

以中控室为中心的控制，保护、检测、监视设备：

机旁盘、自动远动、通讯、调度及其直流系统。

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⑤其它辅助设备系统：

厂用电系统，油、气、水系统，起重设备及各种实验、维修设备。

3.装有立轴机组的厂房，在立面上一般分有哪几个高程？

如何确定这些高程？

1、水轮机安装高程：

立轴混流式：

立轴轴流式：

，，下游最低尾水位；导叶高度；

系数，约为0.41

2、水轮机层地面高程：

，蜗壳最大半径，蜗壳顶部混凝土

厚度。

一般不小于1.0M。

3、发电机装置高程：

。

机墩进人孔高度，一般2M左右；进人孔

顶部混凝土厚度，一般1.5M左右；

4发电机层楼板高程：

定子高度，如果发电机上机架为埋入式，则还需加入上机架高度。

5、吊车轨顶高程：

，h5

分别为吊物垂直安全距离。

起吊部件高度。

吊索或吊具高度。

吊钩至轨顶距离。

6、屋面大梁底部高程

，

桥吊轨顶至小车顶距离

小车顶部到屋面

大梁底部的距离。

<一般取30cm）

7、屋顶高程

，

：

屋面大梁<或桁架）+屋面板+保温防水层高度

8、厂房基础开挖高程：

。

h—尾水管高度；δ—尾水管底板厚

度

9、装配场楼板高程：

<1）、当发电机楼板高程高于下游设计洪水位时，装配场与发电机

层地面同高。

<2）当发电机楼板高程低于下游设计洪水位时，

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4.怎样确定安装场的位置、高程、面积？

进厂交通对安装场的布置有什么影响？

位置：

一般均匀布置在主厂房有对外道路的一端。

面积：

与主机室同宽，其长度<面积）决定于一台机组扩大性检修所需面积。

高程：

<1）、当发电机楼板高程高于下游设计洪水位时，装配场与发电机层地面同

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高。

<2）当发电机楼板高程低于下游设计洪水位时，①装配场仍与发电机层地面同高，则此时装配场墙、门、对外交通需采取防洪措施；②装配场地面高于设计洪水位，此时

轨顶高程需以安装场地面为基础。

③将装配场分为两部分，一部分高于发电机地面高程，一部分与发电机地面高程同高。

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进厂交通的影响：

一方面，装配场最好与对外道路同高，且均高于下游水位，以保证对外交通在洪水期畅通无阻。

若装配场低于下游水位，此时对外交通有两种处理方

式：

①用斜坡段连接装配场与对外道路，并沿斜坡段外侧全线修筑挡水墙。

②将主厂房大门做成止水门，洪水时关闭大门，暂时中断对外运输。

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5.发电机常见的支承结构<机墩）形式有哪几种？

并简述各种形式的特点和使用条

件。

型式：

圆筒式、块体式<矮机墩）、环梁式、平行墙式、钢机墩等。

1圆筒式：

优点是：

受压及受扭的性能均较好，刚性大，一般为少筋混凝土，用钢较

省。

其缺点是水轮机井内狭小，水轮机的安装、检修、维护较不方便。

适用于中型机组

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2块体式：

优点是强度及刚度均很大，缺点是混凝土方量大，混凝土未充分得到利用。

大型机组常采用这种机墩

3环梁式：

优点是混凝土方量少，水轮机顶盖处比较宽敞，设备的布置、安装、维护

检修都比较方便。

缺点是受扭的性能比圆筒式差，刚性也较小。

适用中型机组3cdXwckm15

4平行墙式：

优点是水轮机顶盖处宽敞，工作方便，而且可以在不拆除发电机的情况

下将水轮机转轮在两平行墙之间吊出。

这种机墩适用于大型机组。

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5钢机墩：

优点是发电机与水轮机直接配套，结构紧凑，安装方便迅速，减少了复杂的钢筋混凝土工程，缺点是耗钢材较多，我国尚未采用。

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6.对混流式水轮发电机组，安装场面积应按布置哪几大部件来确定？

悬式混流：

布置四大件——转子和上支架，转轮和顶盖

悬式轴流：

四大件+水轮机支持盖伞式混流：

四大件+推力轴承支架

伞式轴流：

全部零件，即四大件+支持盖+推力轴承

7.水电站厂房机组间距常由什么尺寸控制？

一般在高水头电站，常由什么尺寸来控

制？

而在低水头、大流量的电站中，常由什么尺寸来控制？

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由蜗壳层<蜗壳外包线尺寸以及蜗壳外二期混凝土厚度）和发电机层尺寸控制。

机组段长度：

对于低水头大流量电站一般取决于蜗壳或尾水管尺寸及周围的二期混

凝土厚度，对于高水头电站一般取决于发电机风罩尺寸及发电机层设备布置。

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8.如何确定厂房的机组段长度和宽度？

用简图表示。

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1、机组段长度：

L=L+x+L-x两机组中心线距

离

<1）蜗壳层：

蜗壳外包线尺寸

以及蜗壳外二期混凝土厚度。

<2）发电机层：