【文章內(nèi)容簡介】 作用是渠道首部的水工建筑物，用以控制進(jìn)入渠道的水流，并在檢修渠道或壓力前池時(shí)作擋水之用。（圖18）圖18（1）渠道的斷面型式 由于渠道經(jīng)過的天然地質(zhì)條件不同，渠道的斷面按形狀分為梯形（土基上）和矩形或近乎矩形（巖基上）兩種。（見圖16） （2）渠道的選擇 選擇渠道線路，盡量做到不占用和少占用農(nóng)田，施工方便，工程量小，同時(shí)又能取得最大水頭，并能兼顧農(nóng)田灌溉。選線時(shí)要從渠首到渠尾現(xiàn)場踏勘，根據(jù)地形、地質(zhì)、發(fā)電和灌溉要求比較不同的線路方案，進(jìn)行比較后再作決定。具體地說，選擇渠線要符合下列原則： 1）線路要短。 2）渠道要選在高處，以便取得較大的發(fā)電水頭，一般情況下渠道大致沿著等高線繞山環(huán)行，或在地質(zhì)條件許可時(shí)，部分鑿?fù)ㄝ^短的隧洞與渠道連通，使渠尾在前池附近形成一個(gè)突然下跌的地形以集中落差。 3）避免過大的挖方和填方，沿線地質(zhì)條件要好，防止崩坍和減少滲漏、沖刷；避免急轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑不小于5倍渠道水面寬度。 4）渠道應(yīng)盡量避免經(jīng)過山溝、洼地，以避免為此修建渡槽、倒洪吸等建筑物而增加投資。 5）避免與已建成的公路或渠道相干擾，以減少修建涵管等建筑物增加投資。每條渠道不可能完全滿足上述要求，因此，只有經(jīng)過幾條渠線方案的比較，選出一條最接近上述要求的線路。 （3）渠道縱坡的決定 渠道首尾間要有一定的傾斜坡度，才能使水流順暢流動(dòng)。這個(gè)坡度叫做“縱坡”（圖19）。例如沿渠道的水平方向走了500米，而渠底垂直方向下降了1米，這條渠道的縱坡就叫做1/500。縱坡可用式子表示如下： 圖19一般都把縱坡的分子化為1，如1/500，1/750，1/1000等。渠道縱坡的選擇要掌握下述幾點(diǎn)：縱坡過大（渠道陡），流速大，雖然斷面可以較小，但是水頭損失大，發(fā)電就少，并且渠道容易受沖刷。相反，縱坡過?。ㄇ榔骄彛魉倬徛?，斷面較大，泥沙容易沉積，容易長雜草，影響水流通過。因此，渠道的縱坡不能過大或過小，要根據(jù)土質(zhì)的情況對縱坡做出恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。如果落差大，水頭充裕，縱坡可以陡些，以減少渠道斷面、占地面積和工程量；地形平緩的地區(qū)落差小，水頭較寶貴，縱坡可小些。微型電站的縱坡在1/5001/3000之間進(jìn)行選擇。 （4）渠道流速的決定 流速與渠道縱坡及斷面有關(guān)，微型水電站可以參考各種土質(zhì)的允許流速來選擇合格的流速。渠道內(nèi)的水流速度，如果大于土質(zhì)的允許流速，渠底邊坡就會(huì)受到?jīng)_刷，各種土質(zhì)和護(hù)面的最大允許平均流速可參見表2。土　　質(zhì)最大允許平均流速（米／秒）土　　質(zhì)最大允許平均流速（米／秒）土　　質(zhì)最大允許平均流速（米／秒）極細(xì)砂或泥一般壤土或含65％粘土的土壤板巖狀巖石凈砂石粗砂細(xì)巖石輕砂土(15％粘土)結(jié)實(shí)的土壤堅(jiān)硬巖石輕壤土(40％粘土)－硬的卵石粘土混凝土無粘性的卵石層結(jié)實(shí)的土壤約20厘米大石單層鋪砌一般土壤風(fēng)化巖石、礫石約20厘米大石單層在實(shí)際施工中，為了防止泥沙淤積。，土渠內(nèi)不易長草；，雜草很容易繁殖。因此，～。如果此流速超過表2中的某土質(zhì)允許流速時(shí)，則應(yīng)服從表中土質(zhì)的允許流速?！?。（5）渠道的沖砂和排水設(shè)施 渠道繞山環(huán)行，山坡上常有雨水流入渠道，因此在沿渠道地形合適處（例如沖溝的地方），應(yīng)修建側(cè)向溢流堰或放水閘門。山水帶著泥砂流入渠道，部分泥沙會(huì)沉淀下來，因此渠中每隔一定的距離要設(shè)沉砂池（一般比渠底凹下20～40厘米）。微型水電站，常將側(cè)向排水閘門和沖砂閘門結(jié)合使用如（圖20）。圖20（6）渠道的交叉建筑物 當(dāng)渠道通過山谷、河流、道路時(shí)，需要修建交叉建筑物，通常有涵洞、渡槽和倒虹吸等方法。 水利水電工程中常遇到的是排水涵洞，和輸水涵洞。 圖21所示的是排水涵洞。圖21（四） 壓力前池 壓力前池或簡稱前池（圖22），它是連接引水渠道和壓力水管之間的一個(gè)水池。在微型水電站中，前池的作用很重要，有以下幾點(diǎn)作用： 1）把引水渠道的來水引入壓力水管，如果水電站有幾臺機(jī)組，而又分別由幾條壓力水管供水時(shí)，則將水量分配給各壓力水管；2）用攔污柵防止落入引水渠道中的樹根、雜草和泥砂進(jìn)入壓力管道和水輪機(jī)，冬季防止壓力水管入口冰凍； 3）當(dāng)壓力水管或水輪機(jī)發(fā)生事故或進(jìn)行檢修時(shí)，可攔斷水流進(jìn)入壓力管道； 4）可起短時(shí)間調(diào)節(jié)水量的作用；使開機(jī)和負(fù)荷變化時(shí)，上游水位變化幅度??； 5）能將多余的水通過溢流口排出保持正常水，平穩(wěn)水電站水頭； 6）沉積渠道中流進(jìn)的泥沙，減少水機(jī)磨損。圖22前池由儲水池，攔污柵，閘門，溢流口等組成。 微水電站的前池建議采用以下規(guī)格： 作為單家獨(dú)戶使用300～750瓦的沖擊式機(jī)組，流量較小，（一般每秒2～5千克水量），前池修建可以簡單些。在土質(zhì)較好的地方，可以在渠道盡頭 ，挖掘深80厘米，長寬各80厘米左右的 簡易水池留好溢流口道，就可以做為前池使用。 1000瓦～3000瓦的沖擊式機(jī)組，因流量已達(dá)到每秒10千克以上水量，要注意機(jī)房的安全，一般要采用混凝土結(jié)構(gòu)或毛石混凝土結(jié)構(gòu)，前池畜水量要大于一立方米，深80～100厘米，長100厘米，寬100厘米左右。 4000瓦～10000瓦的沖擊式機(jī)組，前池采用混凝土結(jié)構(gòu)或毛石混凝土結(jié)構(gòu)，深120厘米，寬100厘米，長150～200厘米。 要保證水池不漏水，保證施工質(zhì)量。 （五）溢流堰　　溢流堰由連接段、陡槽、消力池及泄水渠等部分組成。全部泄水建筑物的示意（圖23）。側(cè)槽、連接段、陡槽、消力池等部分都必需有碎石墊層，在碎石墊層上再用水泥砂漿或水泥石灰砂漿砌塊石作護(hù)面以防止沖刷。消力池以下的一段泄水渠，則可用干砌塊石作護(hù)面。溢流堰及擋土墻都可用漿砌塊石筑成。陡槽坡度根據(jù)地形可以從10～60度，坡度愈大，流速愈高，則護(hù)面愈要求堅(jiān)實(shí)，消力池的深度、長度也要求大些。溢流堰的下面是跌水或陡槽。在跌水或陡槽的出口處必須做一個(gè)消力池，然后水經(jīng)泄水渠排到河中。圖23溢流堰 在進(jìn)水口、渠道（較長的）、前池中使用。 前池中溢流堰的作用是將多余的水或水輪機(jī)停機(jī)時(shí)，渠道全部來水排泄到水電站的下游或其它適當(dāng)?shù)牡胤健．?dāng)水電站的負(fù)荷減少時(shí)，水輪機(jī)所需要的流量也隨著減少，但這時(shí)從進(jìn)水口流入引水渠的流量還源源不斷而來，因此，就造成前池中的水量逐漸增加，水位逐漸上升，如果不把多余的水從溢流堰掩出，就會(huì)造成前池漫頂?shù)氖鹿?。溢流堰在前池中的布置可以是?cè)堰或正堰，如（圖24）所示。不過一般采用側(cè)堰較好，因?yàn)檫@樣布置可以減少前池前緣的寬度。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件再來決定合適的布置形式。微型水電站引用水流量一般不大，可以采用不設(shè)閘門的溢流堰。這種堰構(gòu)造簡單，管理方便。渠道中水位上升時(shí)可自動(dòng)溢流。溢流堰長度由流量的大小及堰頂水深的大小而定。圖24（六） 攔污柵攔污柵的主要功能是阻擋渠道水流中的石塊、樹根等雜物，防止上述雜物進(jìn)入管道損壞水輪機(jī)。裝機(jī)時(shí)在進(jìn)水口處一定要設(shè)置一道攔污柵（圖25），攔污柵網(wǎng)口大小一般是水輪機(jī)噴嘴的1/3。以保證進(jìn)入水輪機(jī)的雜物不會(huì)堵塞噴嘴。進(jìn)水管口攔污柵的面積應(yīng)是進(jìn)水口的三倍。其作用是當(dāng)進(jìn)水管口攔污柵部分因雜物阻塞時(shí)，其余未能阻塞的攔污柵面積能保證過水流量使水輪機(jī)能正常工作，減少清污次數(shù)。圖25在雜物較多的渠道中應(yīng)在進(jìn)入前池的渠道中再設(shè)置第二道攔污柵。電站管理人員在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，要經(jīng)常清理攔污柵上的雜物。渠道中的攔污柵安放時(shí)應(yīng)按（圖26）的方法有一定角度的安裝，不要90176。度安放，90176。度角安放容易造成渠道被雜物阻塞。圖26（七）壓力水管 水電站中由壓力前池引水到水輪機(jī)的引水管道叫做“水管”。水管要承受水的壓力，尤其是下端，所以這些水管叫“壓力水管”（圖27）。圖27水力發(fā)電站壓力水管在電站中很重要，但微型水電站中的水頭一般不高（100米以下），流量也小，管道直徑一般也小，施工不困難。但要注意水管的布置，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)而定，不要放在易被水沖的地方，要注意在水管破裂時(shí)也不會(huì)沖毀機(jī)房。（1）壓力水管管徑的選定 在一定的流量下，水管管徑與管內(nèi)的流速，水頭損失，造價(jià)，運(yùn)行，施工和檢修等因素有關(guān)。 如果管徑選擇不適當(dāng),小了，雖然造價(jià)低，但水頭損失加大，影響電站出力；如果管徑大，流速慢，雖然水頭損失小，但是造價(jià)高造成資金浪費(fèi)，管路長更為突出。所以，在決定管徑時(shí)，要結(jié)合具體情況，綜合分析各種因素作出合理的決定。 微型電站管徑的選擇，一般應(yīng)根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)，也可用計(jì)算的方法進(jìn)行計(jì)算選取。在水頭不高于20米時(shí)。水頭在30米以上的流速不大于2米。 計(jì)算方法：流速V=流量Q247。管道面積S 微型電站功率在一千瓦以下時(shí)可考慮選用塑料管道，使用時(shí)落差不要超過35米。（落差10米時(shí)在1平方厘米的管口產(chǎn)生1千克的壓力） 塑料管道安裝時(shí)應(yīng)盡量考慮埋于土中，以防太陽光紫外線照射老化。塑料管道安裝時(shí)埋于土中可用10年以上兩千瓦以上的機(jī)組應(yīng)考慮用鋼管做管道。 水管可選用鋼管或塑料管，管徑要根據(jù)選定的機(jī)組而定。 施工時(shí)，要確保管道連接緊，接頭處無滲漏，與地面固定要牢，直管需加支墩，支墩下部地基要牢固。安裝順序，建議由下至上進(jìn)行，可保施工安全。 天氣寒冷結(jié)冰的地區(qū)要注防凍結(jié)損壞，可將水管埋于凍土層以下。 （2）水錘當(dāng)水在管中順暢地流動(dòng)時(shí)，如果急速地關(guān)閉末端的閥門（閘閥或者蝶閥），立即斷流，有時(shí)會(huì)使水管脹破，造成事故。這種破壞力叫做“水錘壓力”，這是因?yàn)樗诹鲃?dòng)時(shí)有慣性的緣故?？梢酝ㄋ桌斫馊缦拢河幸魂?duì)人群沿著一條窄路奔跑，前面的人由于某種原因突然停止，后面的人來不及停止，就會(huì)壓在前面人的身上。跑的速度越快，跑的人越多，壓在前面人的身上的力量就越大。在水管里流動(dòng)的水也有上述現(xiàn)象。 所以我們在選擇設(shè)計(jì)水管的耐壓時(shí)要考慮上述因素。在開關(guān)閥門的時(shí)候要掌握好速度，不要急速的關(guān)閉閥門。 （3）管道的選擇 管道的耐壓要根據(jù)電站的落差來決定管道，落差高的耐壓要大，落差低的耐壓可小一些。水的壓力是每落差10米1千克壓力，塑料管一般能承受3～5（具體數(shù)據(jù)以廠家的說明書規(guī)定為依據(jù)），一般的鋼管能承受10～20千克壓力，（可參考有關(guān)材料手冊）。選用時(shí)除考慮落差壓力外，水錘壓力也要考慮進(jìn)去。 （4）伸縮節(jié)的作用 露天鋼管為減少管壁因溫度變化而引起的應(yīng)力和變形，常安裝伸縮節(jié)，以使溫度變化時(shí)水管能作軸向相對移動(dòng)。伸縮節(jié)位置常安裝于每段水管的上端，因該處對這一段來講，水壓力相對最小。在微型水電站中每段3米總長不超過24米的，可不設(shè)置伸縮節(jié)，因它的接頭處夾有膠墊可適當(dāng)變形調(diào)節(jié)。在水輪機(jī)與鋼管的聯(lián)接處，為使檢修拆卸方便，根據(jù)情況也要安裝伸縮節(jié)。伸縮節(jié)示意（圖28）。圖28（八）填墩 鎮(zhèn)墩的作用是將水管固定下來，不允許水管有任何方向的移動(dòng)，所以鎮(zhèn)墩也可叫“固定臺”。 鎮(zhèn)墩的形式通常有兩種：封閉式和開敞式。微型水電站多數(shù)采用封閉式鎮(zhèn)墩（圖29）。 圖29 鎮(zhèn)墩的位置是設(shè)置在壓力水管的前池引進(jìn)處，進(jìn)廠房和壓力水管轉(zhuǎn)彎處。當(dāng)壓力水管平直段很長時(shí)，就要每隔50～70米設(shè)置鎮(zhèn)墩，把水管固定。 因?yàn)殒?zhèn)墩是承受壓力水管的軸向力和法向力。因此，鎮(zhèn)墩需要有足夠的重量或依賴錨筋的拉力固定住水管，具有一定的穩(wěn)定性，避免鎮(zhèn)墩在水管的作用力下，發(fā)生移動(dòng)或傾覆。此外，還須考慮它本身受力強(qiáng)度和地基的承載能力。（九）支墩 承托露天式壓力水管的支座一般叫“支墩”。支墩要允許水管沿軸線滑動(dòng)，以便適應(yīng)水管因溫度變化所發(fā)生的伸縮。支墩材料一般用混凝土或水泥砂漿砌塊石做成。為了檢修方便，管底離地應(yīng)有20～30厘米的一定距離。在高山寒冷地區(qū)支墩基礎(chǔ)底面的埋入深度應(yīng)根據(jù)凍土深度來決定。支墩的間距與管道的地形、地質(zhì)條件及管徑有關(guān)。地形變化大的，地質(zhì)條件稍差的或管徑較大的水管，支墩應(yīng)該 短些，一般為3～5米。（十） 機(jī)房機(jī)房是裝設(shè)水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、配電盤和其它輔助設(shè)備的場所，是把水力變成電力的最后一道工序。機(jī)房的設(shè)計(jì)既要適用、合理、便于運(yùn)行操作管理、又要尺寸緊湊，符合經(jīng)濟(jì)節(jié)約。應(yīng)注意掌握以下原則： 1）發(fā)電機(jī)組的機(jī)房應(yīng)選擇在漲洪水時(shí)不會(huì)被淹埋的位置。 2）發(fā)電機(jī)組安裝牢固平穩(wěn)，機(jī)房要干燥、通氣、排水流暢。 微水電機(jī)組體積小、水流量小、落差不高、發(fā)電量不大，并且其機(jī)房的內(nèi)部設(shè)備簡單。 一般戶用和1000瓦以下電機(jī)，其機(jī)房建設(shè)可以簡單些；只要能容納下機(jī)組設(shè)備并能擋風(fēng)雨就可以。1500瓦以上的電站，可設(shè)計(jì)機(jī)房，面積根據(jù)機(jī)組的大小與方便檢修為原則建設(shè)。沒有自動(dòng)控制裝置30千瓦以上的機(jī)組廠房應(yīng)考慮值班人員的休息室。（十一）尾水渠 尾水渠是水力發(fā)電機(jī)發(fā)電后的排水渠。沖擊式水輪機(jī)尾水渠道只要能將余水排出就可以，反擊式的機(jī)組（混流式、軸流式）對尾水渠有一定的要求，修建時(shí)一定要嚴(yán)格按照機(jī)組要求修建，否則對機(jī)組出力影響很大，嚴(yán)重的直接不能發(fā)電。第四章 微型水輪發(fā)電機(jī)的選擇微型水力發(fā)電機(jī)組的選擇是根據(jù)電站測量的流量、落差參照機(jī)組特性表進(jìn)行選取。 用戶測出了流量和落差（設(shè)計(jì)水頭）后就可以從微型水力發(fā)電設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)資料中，選出自己所適用的機(jī)組型號。一、 選機(jī)組水輪發(fā)電機(jī)組的造價(jià)一般僅占整個(gè)電站造價(jià)的15%～30%，但它在整個(gè)微型水力發(fā)電站中是最重要的核心部分。選擇好機(jī)組設(shè)備關(guān)系到今后電站的運(yùn)行可靠和電站的壽命。 發(fā)電機(jī)組是由水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)兩大部件組成。為了幫助如何選型，現(xiàn)將水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)型式和代號介紹如下：發(fā)電機(jī)