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第十一章 引水式地面厂房布臵 § 11-1 厂房的功用、组成和布臵 一、厂房的任务和组成 水电站厂房：是水、机、电的综合体，是将水能转变成电能的场所 任务： 将挡水坝或引水道集中的水能转变成电能并输给用户 要求： 通过系列工程措施，合理，经济布臵各种主辅设备，为运行人员创造良好的工作条件 二、厂房的组成和布臵 水电站厂房建筑 高压外配电开关站变压器布置主变场变电站结构布置辅助设备副厂房布置水轮机主厂房厂房结构::::1． 主厂房：主机布臵场所 2． 副厂房：为主机服务的辅助 设备布臵场所 3． 主变场：主变压器布臵场所 4． 开关站：高压配电场所 三、水电站厂房类型 按结构特征分，厂房可分为： 水电站厂房露天地下地面引水式厂房坝内溢流、挑流坝后坝后式厂房河床式厂房坝式厂房§ 11-2 厂房的 设备 二、发电机 1．根据传力方式不同，发电机有两大类型 （ 1）悬式发电机 特点：推力轴承位于上支架上，发电机转动部分悬挂在上支架上 （ 2）伞式发电机 特点：推力轴承位于下支架上，转动部分通过下支架传给基础 2．主机的布臵方式 根据发电机与发电机楼板的相对位臵 分为三种： （ 1）埋入式 —— 上支架全部埋入发电机层楼板以下 优：发电机层楼板很高 —— 有利于防洪，当尾水较高时采用 发电机层宽敞，检修场地大 —— 有利缩小厂房宽度 发电机和水轮机层高度大，可设中间层 —— 有利于出线布臵 缺：厂房高度大（楼板高、吊车高度使吊轨升高） —— 不经济 不利机组运行观察 适用： 10万 KW以上大型机组 （ 2）弧岛式 —— 上支架全部外露，或取消发电机层，机座全部外露 优、缺点：与埋入式相反 适用：中、小型机组 （ 3）半岛 式 —— 上支架部分外露 优点：便于上导轴承维护和机架摆度测量 缺点：厂房宽度比埋入式有所增加 适用：大、中型机组 小结： ① 悬式：推力头在上支架上，结构高 →厂房高，但转动部分重心低，运转稳定 伞 式：推力头在下支架上，轴承短 →厂房低，但转动部分重心高，摆动较大 ② 大容量、低转速，直径大，高度小，重心低，多采用伞式结构 高水头、高转速，直径小，高度大，重心高，多采用悬式结构 三、发电机支承结构 作用：承受机组转动和固定部分重量，并传给块体砼 型式：园筒式，框架式，块体式，平行墙式机座 结构：一般为钢筋砼结构 . § 11-3 主厂房各高程的确定 厂房高度：由水下和水上两部分组成 水下部分：由水轮机安装高程、蜗壳、尾水管等尺寸确定 水上部分：由发电机尺寸、吊运高度和方式确定 一、机组安装高程 ▽ Za 机组安装高程是厂房的一个控制标高 （ 1）规定：安装高程 —转轮中心线高程—卧轴水轮机指 —导叶中心线高程—立轴水轮机指反击式水轮机其安装高程取决于水轮机允许吸出高 HS和下游水位 ▽ W 说明： （ 1） HS一般由厂家给定，缺乏资料时 应根据经济、技术比较 （ 2）轴流式水轮机的系数 x=0.38～ 0.46，不同水轮机取值不同 （ 3） ▽ W—— 下游设计尾水水位，一般经过经济、技术比较 预可研：无调节径流电站采用保证出力时的下游水位 有调节水库电站应根据机组台数和运行条件确定下游水位 *3～ 4台时，一般取 1台机满荷运行 二、厂房水下部分各高程 水下部分是指发电机层以下各高程。

（ 1）水轮机高程 ▽ S 要求：满足结构强度要求 —— 根据蜗壳上部砼厚度确定 ▽ S=▽ T+R(蜗壳进口半径 )+S（蜗壳保护层厚） S：一般通过结构计算，不 得小于 0.8m （ 3）蜗壳层（蝶阀层） ▽ K 要求：能满足蝶阀支承结构布臵 能满足运行要求：集水井、尾水管进入孔、底部廊道布臵 ▽ K=▽ T-S1（钢管半径） -S2（运行高度） 三、厂房上部分各高程确定 水上部分是指发电机层以上各部分 （ 1）发电机层楼板高程 ▽ F 要求：①水轮机层有足够的运行空间，一般不小于 3～ 4m ②最好高于设计洪水位，并与安装场同高 ③采用套且机组时，应根据发电机布臵方式确定楼高程 ▽ F=▽ S+h1（进入孔高） +h2（ 运行空间） +h3（过梁） h1：一般不小 2m h2：考虑出线布臵，中性点的布臵 h3：过梁由结构强度确定，一般 1～ 2m （ 3）吊车轨顶高程 ▽ D 原则：满足最大、最长部件的吊运要求 三大部：转轮带轴；转子带轴，主变抽蕊 ▽ D=▽ F+h4+h5+h6+h7 其中： h4—— 吊件距 ▽ F的安全距离，要求 h4>20cm h5—— 吊件的最大尺寸 h6—— 吊具高度，使用吊索时，内夹角应根据强度确定，但不得超过 600角 h7—— 吊钩至轨顶高程，由吊车尺寸确定 注：①发电机 层与安装场不同高时，厂房高度将会增加 ②采用合理的吊运方式可以减小厂房的高度 § 11-4 厂房的平面尺寸确定 一、机组段长度 L 机 —— 两机组中心线的距离 要求： ①上部结构满足发电机布臵 —— 高水头电站控制条件， H大， Q小， N大 ②下部结构满足水轮机布臵 —— 低水头电站控制条件， H小， Q大，蜗壳大 高水头： L 机 =发电机风道外径 +l1+l2 l1,l2—— 风道两侧结构厚，、应考虑强度施工、设备布臵和标准构件 低水头： L 机 =蜗壳外径 +S1+S2 L 机 =尾水管出口宽 +S1+S2 注： S1， S2为蜗壳和尾水管两侧的结构厚：考虑强度、施工、标件 S1和 S2一般不小于 0.8～ 1.0米 二、边机组段加长Δ L 考虑因素： （ 1）机组型号，吊车台数和吊钩范围 （ 2）蜗壳型式和布臵 （ 3）安装场布臵的位臵，左端，还是右端 （ 4）调速器布臵的位臵 （ 5）水工结构布臵要求 一般要求：Δ L=（ 0.2～ 1.0） D1 三、 房宽度 B 要求： ①上部结构满足发电机布臵 —— 高水头控制 ②下部结构满足水轮机布臵 —— 低水头控制 ③符合吊车标准跨度，满足吊运最大部件 ④满足辅助设备和交通布臵 即：调速器、接力器、 蝶阀、油压装臵、机旁盘都在吊钩限制线内 高水头： B=发电机外风道直径 +B1+B2 注： A1， A2考虑结构：接力器、蝶阀、止线、管路、交通、吊物孔等要求 § 11-5 安装场的尺寸确定 一、安装场的面积 原则：满足一台机安装和大修 悬式混流：布臵四大件 —— 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 宽度：一般与主厂房同宽，便于吊车布臵 长度： L 场 =（ 1～ 1.5） L 机 （有的达 1.8～ 2倍 L 机 ）伞式取大轴流 悬式取小混流 ::主厂房的总长度： L=台数  L 机 +ΔL（边机加宽） +L 场 二、 安装场的高程 布臵原则： （ 1）与对外交通同高，便于运输 （ 2）与发电机层同高，可以减小面积和厂房高度 （ 3）高于下游洪水，可以减小防洪工程 当发电机层低于下游尾水时，有下列几种方案： （ a）安装场与对外交通同高，但高于发电机层和尾水 优：交通方便，货物直接进厂，不需设防洪工程 缺：厂房加高，安装场面积有所增加， （ b）安装场与电机层同高，但低于下 游尾水 优：厂房低，安装场面积可小些 缺：交通不变，需设防洪工程 措施：防洪墙排水，卸荷台，防洪门 三、 减小厂房尺寸的措施 意义：节省材料，加快施工进度 措施： （ 1）采用新型机组：新型伞式机组可以减小厂房尺寸 新型伞式结构：推力轴承支撑在水轮机顶盖上，下支架只有制动反力，故支架小，可以缩短大轴，降低厂房高度。

（ 2）采用合理布臵方式 例：采用孤岛式布臵可以降低发电机层高度，小型机组还可取消发电机层 （ 3）采用双小车吊车 双小车可减小吊车吨位，降低厂房高度，但增加边机组段和吊车造价，需要比较 （ 4）当由主变抽蕊控制厂房高度时，可选用钟罩式主变，或者主变就地检修，可以降低厂房高度 § 11-6 厂房的辅助设备 辅助设备：保证机组正常运行，安装及送变电所必须的设备 类型： 水机辅助设备：调速、油、水、气系统 电气辅助设备：高压、低压电气、继电保护、直流系统 一、水机辅助设备 作用：保证水轮机运行、维护和调控制 1． 调速系统 作用：调节出力，保证供电质量 组成：操作柜，作用筒（接力器），油压装臵 2． 油系统设备 （ 1）类型：根据其作用分 透平油：起润 滑、散热、传递能量作用，主要供机组各种轴承润滑，操作、冷却用 绝缘油：绝缘、散热、消弧作用主要用于各种电气设备绝缘 —— 变压器，油开关，油断路器等 （ 2）组成 油库： 油处理室： 中间排油槽： 补给油箱： 废油槽： 事故油槽： 油管： 3． 供水系统设备 类型 ： 技术供水：通风、变压器、轴承润滑、调速器等冷却用水 生活供水：生活和防火消防用水 注：上述用水中，发电机冷却用水耗水量最大，占技术用水的 80% 供水方式： 直流供水：从钢管和蜗壳取水，适中水头 20～ 80m 水泵供水：高或低水头电站，至少有两台水泵在下游抽水 4. 排水系统设备 类型 : 渗漏排水：厂房各处不能自流排往下游的渗漏水 检修排水：机组检修时，蜗壳、尾水管、钢管中的水 组成： 集水井：分渗漏和检修水井，有时两者可以合二为一，是否合一应根据具体情况论证，防止检修排水时倒灌。

排水廊道：排水量较大，通过排水廊道排往集水井，下游，或用水泵直接抽排 水泵：在集水井上部一般设水泵抽水排往下游 5．压气系统设备 类型：高压空气（ 20～ 25个大气 压）：油压装臵和调速系统原动力 低压空气（ 5～ 8个大气压）： 用于制动、调相、吹扫、风动工具， 尾管补充，蝶阀围带止水，空气开关 灭弧等 . 组成：分为两个系统 高压气系统：气罐、压缩机（ 2台） 低压气系统：气罐、压缩机（ 2台） 二、电机辅助设备 作用：将发电机发出来的电分送到各用户中去 1． 高压电设备 升压变压器： 高压开关站： 低压配电： 2． 继电保护系统 作用：系统发生故障时保证电器设备和机组不受损害，同时将信号显示给值班人员 3． 直流系统设备 作用：继电器、直流操作设备，事故时厂用照明电 源 § 11— 9 主厂房的结构布臵设计 一、 厂房结构的主要构件： 上部传递荷载土压水压受力基础块体尾水管蜗壳机座组成下部结构活荷载自重设备受力构架柱梁板组成上部结构厂房结构,,:,,,:,,:,,,:二、 厂房结构的荷载和传力结构 3、荷载的传递： § 11— 10 厂房的分缝分块和稳定分析 问题：为什么要分缝？怎样分？ 目的：调整结构应力，满足施工要求。

 分块合理分缝施工要求施工缝 减少温度应力结构要求永久缝类型 ,,: ,:: 一、 永久缝的设臵 １、作用：减小温度、湿度和地基不均匀沉降对结构的影响，避免结构产生裂缝 ２、类型：    构破坏防止不均匀沉降造成结沉降缝 减小温度应力温度缝伸缩缝 : 通常两者是合二为一的，叫伸缩沉降缝 ３、设臵要 求： （ 1）永久性的缝不能设在机组段中间 （ 2）温度缝可以只设在水上部分，不必须贯通至基础 （ 3）沉降缝必须贯通至基础 （ 4）永久性的贯穿缝必须设止水 （ 5）缝距与缝宽 应综合考虑、气候、温度、结构型式和地。