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水电站（混合式课程）

陈胜

1 第一章水轮机的类型、构造及工作原理
- 1.1 水轮机的主要类型
  - 1.1.1 水力机械与水轮机
  - 1.1.2 水能的组成
  - 1.1.3 水轮机、水泵和可逆式水力机械的工作原理
  - 1.1.4 水轮发电机组
  - 1.1.5 反击式水轮机
  - 1.1.6 冲击式水轮
- 1.2 水轮机的工作参数
  - 1.2.1 水轮机的水头
  - 1.2.2 水轮机的特征水头
  - 1.2.3 水轮机的流量
  - 1.2.4 水轮机的转速
  - 1.2.5 水轮机的出力
  - 1.2.6 水轮机的效率
  - 1.2.7 机组的磁极对数
- 1.3 水轮机的基本构造
  - 1.3.1 混流式水轮机的基本构造
  - 1.3.2 蜗壳与座环
  - 1.3.3 导水机构
  - 1.3.4 转轮
  - 1.3.5 尾水管
  - 1.3.6 轴流式水轮机
  - 1.3.7 轴流水轮机叶片的安放角度
  - 1.3.8 贯流式水轮机
  - 1.3.9 斜流式水轮机
  - 1.3.10 冲击式水轮机
  - 1.3.11 水斗式水轮机
  - 1.3.12 双击式水轮机
  - 1.3.13 斜击式水轮机
  - 1.3.14 可逆式水轮机
- 1.4 水轮机型号
  - 1.4.1 水轮机型号
  - 1.4.2 水轮机公称直径
- 1.5 水轮机的基本方程
- 1.6 水轮机的基本方程
- 1.7 水轮机的效率及最优工况
  - 1.7.1 水轮机的效率
  - 1.7.2 水轮机最优工况
  - 1.7.3 无撞击进口
  - 1.7.4 法向出口
  - 1.7.5 提高水轮机效率的途径
- 1.8 章节测验
2 第二章水轮机的蜗壳、尾水管及气蚀
- 2.1 蜗壳的形式及主要参数选择
  - 2.1.1 蜗壳的设计要求
  - 2.1.2 蜗壳的型式
  - 2.1.3 蜗壳的断面形状
  - 2.1.4 蜗壳的包角
  - 2.1.5 蜗壳进口断面的平均流速
  - 2.1.6 金属蜗壳的水力计算
  - 2.1.7 混凝土蜗壳的水力计算
- 2.2 尾水管的作用、型式及主要尺寸确定
  - 2.2.1 尾水管的作用
  - 2.2.2 尾水管的形状
  - 2.2.3 尾水管的高度
  - 2.2.4 尾水管的水平长度
  - 2.2.5 尾水管的局部尺寸变动一
- 2.3 水轮机的气蚀及气蚀系数
  - 2.3.1 气蚀的物理过程
  - 2.3.2 气蚀的破坏作用
  - 2.3.3 气蚀的类型
  - 2.3.4 水轮机的气蚀系数一
  - 2.3.5 水轮机气蚀的防护
- 2.4 水轮机的吸出高度及安装高程
  - 2.4.1 水轮机的吸出高度
  - 2.4.2 水轮机的安装高程
- 2.5 章节测验
3 第三章水轮机的特性及选型
- 3.1 水轮机的相似原理及单位参数
  - 3.1.1 水轮机相似原理
  - 3.1.2 相似条件
  - 3.1.3 相似定律
  - 3.1.4 转速相似定律
  - 3.1.5 流量相似定律
  - 3.1.6 出力相似定律
  - 3.1.7 单位参数
- 3.2 水轮机的效率换算及单位参数修正
  - 3.2.1 水轮机的效率换算
  - 3.2.2 单位转速和单位流量的修正
- 3.3 水轮机的比转速
- 3.4 水轮机的模型试验
  - 3.4.1 水轮机的模型试验
  - 3.4.2 模型试验参数的量测方法
  - 3.4.3 模型试验成果的整理
- 3.5 水轮机的特性曲线及其绘制
  - 3.5.1 水轮机的线型特性曲线
  - 3.5.2 综合特性曲线
  - 3.5.3 混流式水轮机模型综合特性曲线的绘制
  - 3.5.4 轴流式水轮机模型综合特性曲线的绘制
- 3.6 水轮机的选型设计
  - 3.6.1 水轮机的选型设计
  - 3.6.2 水轮机型号和台数的确定
  - 3.6.3 反击式水轮机主要参数的选择
- 3.7 章节测验
4 第四章水轮机调节
- 4.1 水轮机调节的任务
  - 4.1.1 水轮机调节的任务
  - 4.1.2 完成水轮机调节任务的途径
  - 4.1.3 水轮机调速器的特点
- 4.2 水轮机调节的基本概念
  - 4.2.1 水轮机调节的基本概念
  - 4.2.2 调节系统的静特性
  - 4.2.3 调节系统的动特性
- 4.3 水轮机调速器的工作原理
- 4.4 水轮机调速器的类型
  - 4.4.1 水轮机调速器的类型
  - 4.4.2 水轮机调速器的型号系列
- 4.5 油压装置
- 4.6 水轮机调速设备的选择
  - 4.6.1 中小型调速器的选择
  - 4.6.2 大型调速设备的选择
  - 4.6.3 油压装置的选择
- 4.7 章节测验
5 第五章水电站的典型布置及组成建筑物
- 5.1 水电站的典型布置型式
  - 5.1.1 水电站分类
  - 5.1.2 坝式水电站
  - 5.1.3 河床式水电站
  - 5.1.4 引水式水电站
- 5.2 水电站组成建筑物
- 5.3 章节测验
- 5.4 课件
6 第六章水电站进水口
- 6.1 进水口的功用和要求
  - 6.1.1 进水口的功用和要求
  - 6.1.2 进水口的类型
- 6.2 有压式进水口的主要类型及适用条件
  - 6.2.1 闸门竖井式进水口
  - 6.2.2 塔式进水口
  - 6.2.3 岸坡式进水口
  - 6.2.4 坝式进水口
  - 6.2.5 河床式进水口
  - 6.2.6 分层取水进水口
  - 6.2.7 抽水蓄能电站进出水口
- 6.3 有压式进水口的位置、高程及轮廓尺寸
  - 6.3.1 有压进水口的位置
  - 6.3.2 有压进水口的高程
  - 6.3.3 进水口的轮廓尺寸
- 6.4 有压式进水口的主要设备
  - 6.4.1 拦污设备
  - 6.4.2 闸门及启闭设备
  - 6.4.3 通气孔及充水阀
- 6.5 无压进水口及沉沙池
  - 6.5.1 无压进水口
  - 6.5.2 沉沙池
  - 6.5.3 无压进水口实例
- 6.6 章节测验
- 6.7 课件
7 第七章水电站渠道及隧洞
- 7.1 渠道
  - 7.1.1 渠道功用、要求和类型
  - 7.1.2 渠道的水力计算
  - 7.1.3 渠道的断面尺寸
- 7.2 压力前池及日调节池
  - 7.2.1 压力前池
  - 7.2.2 日调节池
- 7.3 隧洞
  - 7.3.1 隧洞特点
  - 7.3.2 隧洞路线选择
  - 7.3.3 水力计算及断面尺寸
- 7.4 章节测验
- 7.5 课件
8 第八章水电站的压力管道
- 8.1 压力管道的功用和类型
  - 8.1.1 压力管道功能
  - 8.1.2 压力管道类型
- 8.2 压力管道的布置和供水方式
  - 8.2.1 压力管道布置
  - 8.2.2 压力管道供水方式
- 8.3 压力管道的水力计算和经济直径的确定
  - 8.3.1 压力管道水力计算
  - 8.3.2 压力管道管径决定
- 8.4 钢管的材料、容许压力和管身构造
  - 8.4.1 压力管道材料
  - 8.4.2 压力管道容许应力
  - 8.4.3 压力管道管身构造
- 8.5 明钢管的敷设方式、镇墩、支墩和附属设备
  - 8.5.1 明管敷设方式
  - 8.5.2 支墩
  - 8.5.3 镇墩型式
  - 8.5.4 镇墩受力
  - 8.5.5 镇墩计算
  - 8.5.6 钢管附件闸阀
  - 8.5.7 钢管其他附件
- 8.6 明钢管的管身应力分析及结构设计
  - 8.6.1 明钢管荷载
  - 8.6.2 管身应力分析前提
  - 8.6.3 管身应力符号规定
  - 8.6.4 明钢管管身应力(1)
  - 8.6.5 明钢管管身应力(2)
  - 8.6.6 支承环附近断面应力分析
  - 8.6.7 明钢管支承环断面应力分析（1）
  - 8.6.8 明钢管支承环断面应力分析（2）
  - 8.6.9 明钢管支撑环断面应力分析（3）
  - 8.6.10 应明钢管力校核的强度理论
  - 8.6.11 明钢管应力小结
  - 8.6.12 明钢管外压稳定校核
  - 8.6.13 明钢管确定管壁步骤
  - 8.6.14 明钢管加劲环断面形式
- 8.7 分岔管
  - 8.7.1 分岔管
  - 8.7.2 分岔管的不平衡力
  - 8.7.3 贴边岔管
  - 8.7.4 三梁岔管
  - 8.7.5 月牙肋岔管
  - 8.7.6 球岔
  - 8.7.7 无梁岔管
  - 8.7.8 岔管评价
- 8.8 地下埋管和坝身管道
  - 8.8.1 地下埋管布置
  - 8.8.2 地下埋管结构和构造
  - 8.8.3 钢衬强度计算
  - 8.8.4 不用衬砌管道
  - 8.8.5 坝身管道
  - 8.8.6 坝后背管
- 8.9 章节测验
- 8.10 课件
9 水电站的水锤与调节保证
- 9.1 水锤现象和研究水锤的目的
  - 9.1.1 水锤现象
  - 9.1.2 水电站的不稳定工况
  - 9.1.3 研究水锤的目的
- 9.2 水锤基本方程和水锤波的传播速度
  - 9.2.1 水锤的基本方程
  - 9.2.2 水锤波的传播速度
- 9.3 水锤计算的解析法
  - 9.3.1 直接水锤
  - 9.3.2 间接水锤
  - 9.3.3 水锤的连锁方程
  - 9.3.4 水锤波在水管特性变化处的反射特性
  - 9.3.5 开度依直线规律变化的水锤
  - 9.3.6 第一相水锤
  - 9.3.7 起始开度对水锤的影响
  - 9.3.8 极限水锤
  - 9.3.9 关机规律对水锤的影响
  - 9.3.10 水锤压强沿管道长度的分布
  - 9.3.11 开度变化结束后的水锤变化
- 9.4 水锤计算的特征线法
- 9.5 复杂管路的水锤计算
  - 9.5.1 串联管的水锤
  - 9.5.2 分岔管的水锤
- 9.6 反击式水轮机水锤计算特点
- 9.7 调节保证计算
  - 9.7.1 调保计算任务
  - 9.7.2 调保计算内容
  - 9.7.3 转速变化的计算
- 9.8 水锤的计算条件和减小水锤压强的措施
  - 9.8.1 水锤计算条件的选择
  - 9.8.2 减小水锤压力的措施
- 9.9 水电站有压引水系统非恒定流数值算法
10 调压室
- 10.1 调压室的功用、要求及设置调压室的条件
  - 10.1.1 调压室的功用、要求、
  - 10.1.2 设置调压室的条件
- 10.2 调压室的工作原理和基本方程
  - 10.2.1 调压室的工作原理
  - 10.2.2 调压室的基本方程
- 10.3 调压室的基本类型
  - 10.3.1 调压室的基本布置方式
  - 10.3.2 调压室的基本结构型式
- 10.4 简单式和阻抗式调压室的水位波动计算
  - 10.4.1 简单式和阻抗式水位波动计算的解析法
  - 10.4.2 最高涌浪水位的计算
  - 10.4.3 水位波动计算的逐步积分法
- 10.5 水室式、溢流式和差动式调压室的水位波动计算
  - 10.5.1 水室式、溢流式调压室水位波动计算
  - 10.5.2 差动式调压室工作原理
  - 10.5.3 差动式调压室水位波动计算
- 10.6 “引水道—调压室”系统的工作稳定性
  - 10.6.1 波动的稳定性
  - 10.6.2 小波动稳定断面的计算
  - 10.6.3 影响波动稳定的主要因素
- 10.7 影响波动稳定的主要因素
- 10.8 调压室结构布置和结构设计原理
11 引水式地面厂房布置设计
- 11.1 水电站厂房的组成
- 11.2 下部块体结构
  - 11.2.1 下部块体结构的布置
  - 11.2.2 下部块体结构的最小尺寸
- 11.3 水轮机层及发电机层
  - 11.3.1 发电机的类型及励磁结构
  - 11.3.2 发电机支承结构
  - 11.3.3 发电机的布置方式
  - 11.3.4 发电机层楼板高程的确定
  - 11.3.5 电气控制设备的布置
  - 11.3.6 机械控制设备的布置
- 11.4 装配场
  - 11.4.1 桥吊的起重量和台数的确定
  - 11.4.2 桥吊的跨度和安装高程
  - 11.4.3 装配场的位置与高程
  - 11.4.4 装配场的尺寸和布置
- 11.5 装配场的尺寸和布置
  - 11.5.1 油系统
  - 11.5.2 供水系统
  - 11.5.3 排水系统
  - 11.5.4 压气系统
- 11.6 采光、通风、交通及防火问题
  - 11.6.1 采光
  - 11.6.2 通风
  - 11.6.3 取暖、防潮
  - 11.6.4 交通运输
  - 11.6.5 防火保安及生活设施
- 11.7 主厂房轮廓尺寸的决定
  - 11.7.1 主厂房轮廓尺寸
  - 11.7.2 机组段长度确定
  - 11.7.3 主厂房长度确定
  - 11.7.4 主厂房宽度确定
  - 11.7.5 主厂房高度确定
- 11.8 主厂房的结构布置设计
  - 11.8.1 主厂房结构系统
  - 11.8.2 屋顶结构设计
  - 11.8.3 构架设计
  - 11.8.4 吊车梁设计
  - 11.8.5 楼板设计
  - 11.8.6 下部结构设计
- 11.9 厂区布置
  - 11.9.1 引水道、尾水道及交通线布置
  - 11.9.2 副厂房布置设计
  - 11.9.3 变压器场布置
  - 11.9.4 高压开关站布置
  - 11.9.5 厂区布置可能方案
- 11.10 装置冲击式水轮机的地面厂房
12 其他类型厂房
- 12.1 地下式厂房
  - 12.1.1 地下厂房概述
  - 12.1.2 地下厂房布置类型
  - 12.1.3 首部式地下厂房
  - 12.1.4 尾部式和中部式地下厂房
  - 12.1.5 地下厂房布置设计中的特殊要求
  - 12.1.6 地下厂房的洞室布置
  - 12.1.7 地下厂房洞室、体形及尺寸
  - 12.1.8 地下厂房的支护结构
  - 12.1.9 地下厂房吊车梁
- 12.2 抽水蓄能电站厂房和潮汐电站厂房
  - 12.2.1 抽水蓄能电站厂房
  - 12.2.2 潮汐电站厂房
13 厂房结构设计原理
- 13.1 地面厂房整体稳定和地基应力计算
  - 13.1.1 厂房结构划分
  - 13.1.2 厂房整体稳定计算内容
  - 13.1.3 厂房整体稳定计算工况
  - 13.1.4 厂房整体稳定扬压力确定
  - 13.1.5 厂房整体稳定中厂房的计算分段
  - 13.1.6 厂房整体稳定计算方法和要求
- 13.2 厂房排架计算
  - 13.2.1 厂房排架计算特点
  - 13.2.2 厂房排架计算内容
  - 13.2.3 厂房排架荷载
  - 13.2.4 厂房计算排架选择
  - 13.2.5 厂房排架计算简图
  - 13.2.6 厂房铰接排架计算
  - 13.2.7 厂房刚接排架计算
  - 13.2.8 厂房混合排架计算
- 13.3 发电机支承结构和风罩
  - 13.3.1 圆筒式机墩作用
  - 13.3.2 圆筒式机墩作用
  - 13.3.3 圆筒式机墩静力计算
  - 13.3.4 风罩计算
- 13.4 蜗壳
  - 13.4.1 金属蜗壳结构型式
  - 13.4.2 金属蜗壳计算荷载和组合
  - 13.4.3 金属蜗壳计算方法
  - 13.4.4 混凝土蜗壳结构型式和作用效应
  - 13.4.5 混凝土蜗壳计算方法
- 13.5 尾水管
  - 13.5.1 尾水管结构布置
  - 13.5.2 尾水管计算荷载和作用效应
  - 13.5.3 尾水管计算简图
  - 13.5.4 尾水管计算框架的不平衡力
  - 13.5.5 尾水管弯管段计算
  - 13.5.6 尾水管扩散段计算
  - 13.5.7 尾水管锥管段计算
- 13.6 章节测验

渠道

一、渠道的功用、要求及类型

水电站渠道可当作引水渠，为无压引水式水电站集中落差，形成水头，并向机组输水；也用作尾水渠，将发电用过的水排人下游河道。尾水渠道通常很短，以下主要讨论引水渠道。

二、渠道的水力计算特点

渠道水力计算的基本原理及方法已在水力学中讲过，水力计算可分为恒定流计算及非恒定流计算两种，它们是决定渠道尺寸及拟定水电站运行方式的基础。

三、渠道的断面尺寸

渠道一般为梯形断面，边坡的坡度取决于地质条件及护面情况。在岩石中开凿的渠道边坡可近于垂直而成为矩形断面。从水力条件出发，希望采用“水力最优断面”，即给定过水断面面积下湿周最小的断面（水力学中已经证明，这时水力半径R为水深之半）。在实际应用中，常常因技术经济原因，不得不放弃这种水力最优断面。例如，边坡平缓的土质渠道按最优水力断面求出的底宽常因不足以安排施工机械而必须加大；边坡较陡的深挖方渠道则宜缩小底宽以减小渠道水位以上的“空”挖方。

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水电站渠道及隧洞