毕业设计-水电站厂房设计

若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文1摘要 1第一章若水工程原始资料 1第一节概述 1第二节水文气象资料 1第三节工程地质和水文地质 3第四节设计基本数据 7 第一节水轮机的选型 第二节水轮机结构与外型尺寸估算 第三节调速系统的选择 第四节发电机的选择 第五节起重设备 第三章水电站厂房布置 第一节机组的布置 第二节机组附属设备的布置 第三节主厂房主要尺寸的确定 第四节安装场的布置及尺寸的确定 第五节副厂房的布置 第六节厂房的通风、空调、采暖与采光 第一节厂内主要结构布置 若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文2第二节蜗壳结构计算 第五章厂区枢纽 …………67第一节坝址的确定 第二节枢纽布置 致谢参考文献附录I发电机层平面图Ⅱ水轮机层平面图I厂房横剖面图IV厂房纵剖面图V蜗壳层结构钢筋图VI下坝址枢纽布置图VII厂区枢纽布置图VIII发电机层楼板结构图若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文3本次毕业设计的题目是若水电站枢纽工程水电站厂房设计。若水电站位于沅水一级支流巫水下游峡谷河段，电站正常蓄水位192m、库容0.0738亿立方米、装机容量16兆瓦，是一座以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益的水电工程，枢纽建筑物由溢流闸坝、重力式挡水坝、右岸引水发电隧洞和引水式厂房组成。本次设计内容主要有：机电设备(含水轮机、发电机、起重机、调速器及油压装置等)选择、水电站厂房布置、主副厂房结构设计、厂区枢纽布置、发电机楼板层结构设计。关键字：厂房机电设备布置结构设计若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文4Theobjectofthisgraduatedesignisthepowerhouseofruoshuihydroelectrichub.Ruoshuihydroelectricstationlocateatthegorge,onthedownstreamofWushuiwhichisthefirstlevelbranchofYuanshui,withthenormalreservoiroperationlevelof192meters,thereservoircapabilityof0.0738billionm³andtheinstalledcelectricityasthelord,ofcourse,italsohavethesynthesisbenefitsofprotectingfromthefloandtravel.ThisprojectiscomprisdiversiontunnelswhichlocateontherightbankThemaincontentofthisgraduateengineeringdesignis:makingchoiceofhydroelequipmentincludinggenerator、chainblocketstation;designingtheconfigurationofthemainandsubsidiarypowerhouse;arrangingthehubatthesiteofthestation;designingtheframeworkoffloorandboardonthegeneratorfloor. 若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文5第一章若水电站枢纽工程原始资料若水电站位于沅水一级支流巫水下游峡谷河段，下距会同县若水乡镇2km,距洪江市15km。坝址下游2km有洪江～绥宁省级公路从若水乡镇经过，交通较为便利。该工程原规划拟定正常蓄水位245m,由于水库兴建库区淹没损失大，且淹没省级重点保护单位——高椅古民居。为避免库区高椅古民居淹没，早日实现中级电气化县目标，2002年5月对若水河段规划进行了重新复核，使原一级开发改为二级开发，并经省厅审查通过。复核后本工程初拟正常蓄水位192m,迥水至高椅坝址，库容0.0738亿m³,装机16MW,是一座以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益的水电工程，枢纽建筑物由溢流闸坝、重力式挡水坝、右岸引水发电隧洞和引水式厂房组成。二工程等别和建筑物级别本工程以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益。水库正常蓄水位192m时库容为0.0738亿m³,电站装机容量为16MW,根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》SL252-2000规定，工程规模为小(1)型，工程等别为IV等。永久性建筑物闸坝、电站厂房等属4级建筑物，临时建筑物属5级。相应洪水标准为：1大坝、发电引水隧洞等永久性主要建筑物的设计洪水重现期为50年(P=2%),校核洪水重现期为500年(P=0.2%)。2电站主、副厂房、变电站及公路等建筑物的设计洪水重现期为30年(P=3.33%),校核洪水重现期为100年(P=1%)。各频率洪峰流量详见下表1-1。表1-1坝址洪峰流量表频率(%)125坝址洪峰流量 若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文6厂址洪峰流量二水位～流量关系曲线1下坝址水位～流量关系曲线详见下表1-2。表1-2下坝址水位～流量关系曲线表高程系统：85黄海水位Z(m)流量Q(m³/s)水位Z(m)流量Q(m³/s)水位Z(m)流量Q(m³/s)2上坝址水位～流量关系曲线详见下表1-3。表1-3上坝址水位～流量关系曲线表高程系统：85黄海水位Z(m)流量Q(m³/s)水位Z(m)流量Q(m³/s)流量Q(m³/s)3厂址水位～流量关系曲线详见下表1-4。表1-4厂址水位～流量关系曲线表高程系统：85黄海流量Q(m³/s)若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文7水位Z(m)流量Q(m³/s)22.05万1淤沙浮容重3.0km21cm0.25KN/m²第三节工程地质与水文地质饱和抗压强度：20～30MPa抗剪断指标：f′=0.8～0.9下坝址c'=0.70MPa若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文8二坝址工程地质条件1上坝址工程地形、地质条件上坝址位于河流弯曲段下游，流向279°,基本为“U”型横向河谷。河床基岩裸露，高程181～184m,河床宽136m,水深0.5～3.0m。坝轴线上游100～350m,河床深槽较发育，一般槽宽20～40m,槽深11～14.5。当蓄水位192m时，河谷宽161m,左岸冲沟较发育，坝轴线上、下游分别分布2°及3°冲沟，边坡具下陡上缓特征，高程227m以下坡角45°,以上坡角25°,山顶高程271m;右岸地形较平顺，上游有一小冲沟分布，边坡较陡峻，坡角35°~45°,山顶高程292m。坝址区除两岸均分布有宽度较窄，厚3～4m冲积阶地堆积及左岸分布厚1～3m残积堆积外，基岩大部分裸露，出露的主要岩性为砂质板岩、绢云母板岩夹长石砂岩、厚层长石砂岩、含砾砂岩、含砾砂质板岩。坝区岩石风化受岩性与地形等因素影响，长石砂岩抗风化能力较强，风化较浅；板岩、绢云母板岩抗风化能力较弱，风化深度较大，两岸山顶受地形切割呈弧立小山包，则强风化深达25～36m。据钻孔压水试验和地下水观测资料，坝区岩体透水性较差，地下水位坡降陡达40~50%,埋藏较浅，远高于设计正常蓄水位。坝基岩体透水率小于5lu占96.8%,基本属弱透水岩体；防渗帷幕下限(q<5lu)埋深，左岸5.2～20m,河床5～7m,右岸2.5～12m。2下坝址工程地形、地质条件下坝址位于上坝址下游660m,基本为“U”型横向谷，河流流向265°,河床大部分为冲积砂砾石覆盖，河床高程182～183.5m,河床宽202m,右河床为浅滩，水深0.5～1.0m,左河床为人工改造河槽，水深1.5～2.0m。当正常蓄水位192m时，河谷宽232m。两岸地形对称，边坡较陡峻。左岸坡角40°~43°,为崩坡积物所覆盖，山顶高程324.74m;右岸坡角42°~45°,基岩裸露，山顶高程315.25m。坝区除少部分为第四系松散堆积物覆盖外，基岩大部分裸露，出露的主要岩性有绢云坝区地质构造较简单，断层未见。岩层产状N20°~25E,SE<60°~70°,其走向与河流坝区岩石风化主要受岩性所控制，坝基及坝肩大部分为绢云母板岩，其抗风化能力较弱，两岸肩强风化相对较深。据钻孔地下水位观测资料，左坝肩地下水位埋深9.5～40m(高程225m以上),右坝肩地下水位埋深3～23m(高程226m以上),远高于蓄水位。据钻孔压水试验资料表明，基岩的透水性与岩体风化程度密切相关，强风化带及弱风化带上部岩体节理裂隙较发育，岩体完整性较差，透水性较强，为中等透水带，弱风化带中下部和微风化岩体透水性较差，基本为弱透水或微透水带。坝基防渗帷幕下限(q<5lu)埋深，左岸10～28m,河床2~10m,右岸6～20m。3坝基岩石物理力学指标坝基岩石物理力学指标建议值在下表1-5中列出。若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文9岩石名称风化程度饱和抗压强度砼与岩石抗剪强度砼与岩石抗剪断强度弹性模量抗冲流速临时开挖坡比备注fCn工长石砂岩含砾砂岩强2.5~30~0.5~0~0.3~4~5上坝址弱2.7~45~0.6~0√8~7~8砂质板岩强2.54~8~0.40~00.10~2~2~35上坝址弱2.75~20~0.55~0~4~5绢云母板岩强2.5~6~80.38~0~0.102~5下坝址弱2.72~15~0.5~0~0.40三引水发电隧洞及厂房工程地质条件1引水发电隧洞下坝址引水隧洞进口位于坝线右岸上游，洞段穿越河间地块，出口位于河湾下游9冲沟口附近。洞轴向N16°W。进口段(0～40m):地形坡角28°~60°,上覆岩体厚6～18m,围岩为Za²*岩组灰绿色绢云母板岩，劈理发育，岩层产状N20°E,SE∠65°,倾向洞外偏右侧，与洞轴线交角36°,主要发育产状N70°W,SE∠78°,N50°W,SW∠87°及N10°E,SE∠85°三组节理，面多闭合平直，延伸长0.5～1.0m。强风化带下限埋深8～12m,岩体因节理裂隙发育较破碎，成洞条件差，建议采取明挖。开挖坡比i=1:0.5,i永=1:0.75。洞脸边坡由于受层面与多组节理组合切割稳定性较差，建议采取加固处理措施。洞身段(40～110m):上覆岩体厚18～66m,围岩为Z²³岩组上部灰白色厚层状长石砂岩，围岩呈弱～微风化状态。岩层产状N22°E,SE∠64°,与洞轴线交角38°。主要发育N50°~60°W,SW∠85°~87°及N10°E,SE∠80°~85°两组节理，面紧密闭合，延伸长0.5～1.0m。该段位于地下水位以下，岩体完整性较好，基本稳定，成洞条件较好。其中平距40～70m段属Ⅲ类围岩，f=4～5,K₀=35～40MPa/cm;平距70～110m段属Ⅱ类若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文洞身段(110～350m):上覆岩体厚24～107m,围岩为Z²³、Za²²岩组灰绿色绢云母板岩夹中厚层长石砂岩，围岩呈弱～微风化状态，岩层产状N22°E,SE∠64°,与洞轴线交角38°,板岩内产状N15°E,NW∠75°劈理较发育。主要发育N50°~60°W及N10°E两组高倾角节理，面平直闭合，延伸长0.5～1.0m。该段位于地下水位以下，岩体完整至较完整，大部分洞段基本稳定，成洞条件较好，但局部洞段(310～350m)劈理、节理较发育，稳定性较差。其中平距110～310m段属Ⅲ类围岩，f=4～5,K₀=30～35MPa/cm;平距310～350m段属IV类围岩，f=3～4,K₀=15～20MPa/cm。出口段(350m以后):地形坡角15°~45°,上覆岩体厚2～24m。围岩为Z²²岩组灰绿色绢云母板岩夹长石砂岩，板岩内劈理发育。岩层产状N15°E,SE∠65°~70°,倾SW∠79°及N80°E,W∠36°四组节理，面多闭合，延伸长1～5m。强风化带下限埋深5~16m。该段位于地下水位以下，岩体因节理、劈理发育完整性差，成洞条件差，建议采取明挖，开挖坡比，i永久=1:0.5,i永久=1:0.75。由于N10°E及N80°E,倾向洞外的两组缓倾角节理较发育，加上与NWW向、NNW向高倾角节理组合形成不稳定块体，对洞脸边坡与开挖边坡稳定不利，建议采取锚固处理措施。2厂房下坝址厂房位于河弯下游9冲沟出口的冲积堆积I级阶地一带，阶地宽10～12m,阶面高程183～184m,后山坡坡角45°,基岩裸露。阶地上部为灰褐色粉质粘土，下部为砂砾石，厚1.0～1.8m,基岩为Za²3、Za²²岩组灰绿色绢云母板岩夹灰白色长石砂岩。向两组缓倾角(35°~36°)节理=0.6-0.65;弱风化绢云母板岩Rg=15~20MPa,f=0.5-0.55;开挖坡比=1:0.3-1:0.5,i永=1:0.5-0.75。四天然建筑材料本阶段勘察按普查精度要求进行，除对原规划料场进行复核外，重点对石料进行了勘测，共勘查储量：砂砾料180.85×10⁴m³,土料77.5×10⁴m³,石料988.22×10⁴m³,储量基本能满足要求。共调查了7个料场，总储量77.5×10⁴m³,均分布在团河Ⅱ级阶地，为黄褐色、红棕色无用层厚度仅0.5m。除高标、若水两料场有少量农田及柑桔林外，其他产地均为荒地，开采条件好。除若水料场运距为2.5km较近外，其他料场运距较远达10～14km。各料场距公路较近，运输方便，推荐料场土的物理力学指标：天然含水量26%,最优含水量22%,最大干密度1.56～1.60g/cm²,压缩系数Vz=0.32MPa¹,内摩擦角18°,凝聚力23KPa。2砂砾料共调查26个料场，总储量180.85×10⁴m³,其中砂约46.39×10'm³,砾134.46×10⁴m²,水上66.56×10⁴m³,水下114.29×10⁴m³,主要分布在团河、巫水、沅水等河流。团河的砂料场，砾石成分板岩较多，磨圆度较差，粗砾含量偏高，砂约占15～20%,砂砾石质量较差。1.5m,水下可采厚度1.5～2.0m。无用层厚度0～0.8m,最厚2m,开采较为方便。沅水的滩料场，远距近，仅2～5km。其他料场运距较远达9.5～28.5km。除三洲、高椅料场不通公3石料共调查5个料场，总储量988.24×10⁴m³。除独岩滩料场为估算储量外，其他四个料场均实测断面，用平行断面法计算储量。5个料场均位于库内两岸。为Z²、Za³的厚层砂岩、含砾砂质板岩、含砾砂岩等，弱风化岩石较坚硬，饱和抗压强度R。=25-50MPa。表部无用层为风化破碎岩石，厚度0～20m。靠近河岸边为弱风化岩石，山坡无用层厚度较大，开采条件较差。芦塘等四个料场运距近，小于1km,应优先开采。独岩滩料场远距较远，达5.5km,可作为备用料场。各料场均无公路相通，需修建简易公路。第四节设计基本数据一工程开发的任务若水水电站工程开发的任务是以发电为主，兼顾防洪、旅游、生态治理等综合利用，它的兴建将促进会同县工农业生产的发展。二主要技术规范及参考资料《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》SL252-2000《混凝土重力坝设计规范》DL5108-1999《水电站厂房设计规范》SD335-89《水电站进水口设计规范》SD303-88《水利水电工程可行性研究报告编制规程》DL5020-93《水工隧洞设计规范》SD134-84《水电站调压室设计规范》DL/T5058-1996《水利水电工程设计防火规范》SDJ278-90《水工设计手册》第七册三水库特征水位、下泄流量及下游水位正常蓄水位：192.00m;设计洪水位(P=2%):193.75m,下泄流量Q=5220m²/s,相应下游水位193.3m;校核洪水位(P=0.2%):199.4m,下泄流量Q=8440m³/s,相应下游水位198.67m;死水位：191.50m。正常蓄水位：192.00m;设计洪水位(P=2%):194.78m,下泄流量Q=5220m³/s,相应下游水位194.15m;校核洪水位(P=0.2%):200.24m,下泄流量Q=8440m/s,相应下游水位199.34m;死水位：191.50m。六设计控制标准1稳定控制标准基本组合(设计情况):Kc≥1.05,k'≥3.0特殊组合(校核情况):Kc≥1.00,k′≥2.5抗浮安全系数Kf≥1.102应力控制标准(1)基础面不出现垂直拉应力(2)最大垂直压应力小于地基允许承载力(地基承载力安全系数取2)若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文3防渗设计标准(1)相对隔水层控制线：3～5lu若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文第二章机电设备选择一水轮机选择的基本资料装机容量N₂=16MWH,=11.5m,Hmax=12.9m,Hmn=9.5m,H。=12.3m二水轮机型号的选择根据设计水头H=11.5m,参照金钟元《水力机械》附表1,可以有两种选型方案，分别为方案一(HL310型水轮机)和方案二(ZZ560型水轮机)。根据课题需要本设计中选用方案一：HL310型水轮机。不再作机型的比较。三单机容量的选择水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。根据已确定的装机容量，就可以拟定可能的机组台数方案。在选择机组台数时可从下列方面考虑：1机组台数与机电设备制造的关系机组台数增多时，机组单机容量减小，尺寸减小，因而制造及运输都有比较容易，这对于制造能力和运输条件较差的地区是有利的。但实际上小机组单位千瓦消耗的材料多，制造也较麻烦，故一般都希望选用较大的机组。2机组台数与水电站投资的关系当选用的机组台数较多时，不仅机组本身单位千瓦的造价高，而且随着机组台数的增加。相应的闸门、管道、调速器，辅助设备和电气设备的套数就要增加，电气结线也较复杂，厂房平面尺寸也需加大，机组安装维护的工作量也增加，因此从这些方面来看，水电站单位千瓦的投资将随台数的增加而增加。但另一方面，采用小机组则厂房的起重能力、安装场地、机坑开挖量都可缩减，因此又可减小一些水电站投资。总的来说，机组台数变化要引起水电站投资变化，在大多数情况下，台数增多将增大3机组台数与水电站运行效率的关系机组台数增多能够增加水电站的电能，但当增多到一定程度，再增多时对水电站的运行效率就不会有显著的影响了。当水电站在电力系统中担任基荷工作时，选择机组台数少，可合水轮机在较长时间内以最优工况运行，合水电站保持较高的平均效率。4机组台数与水电站运行维护工作的关系机组台数多，单机容量小，运行方式就比较灵活，机组发生事故后所产生的影响小，检修也较容易安排。但因运行操作次数随之增加，发生事故的机率增高了，同时管理人员增多，运行费用也提高了。因此不宜选用过多的机组台数。若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文四水轮机主要参数的确定1转轮直径的计算H,=11.5m2效率修正值的计算=93.6%△η=7max-7max-ξ=0.936—0.896—0.01若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文=0.03η=ηy+△η=0.826+0.033转速的计算=0.022<0.03选用与之接近而偏大的同步转速n=71.4rpm4工作范围的检验计算在设计水头H,=11.5m以额定出力N.工作时，其相应的最大单位流量为：=1.20<1.4m³/s=1.20×4.5²×√11.5=82.41m²/s若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文在HL310型水轮机的主要综合特性曲线图上，分别画出(5运转特性曲线的绘制机相应的最大功率N₄(英制马力；按下式可求得相应的原型水轮机最大功率若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文7r=7m+△η(3)运转特性曲线的计算表2-1HL310转轮运转特性曲线计算表转轮型号：HL310D₁=4.5mD=0.39mn=71.4rpmN(h,)N(h,)Nr(Kw)9753.199752.989753.099753.159753.269753.519753.89若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文HL310转轮运转特性曲线计算表转轮型号：HL310D₁=4.5mDy=0.39mn=71.4rpmN(h₀)水轮机出力限制线7%的出力储备线，可按各水头下水轮机最大出力的93%求得。本设计中因选用HL310型水轮机，绘制过程中因N,差值过小，而出现线重合等现象，精水电站的海拔高度▽可由表2-2中的厂址水位与流量关系得出。表2-2厂址水位～流量关系曲线表高程系统：85黄海若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文水位Z(m)流量Q(m³/s)水位Z(m)流量Q(m³/s7飞逸转速的计算8轴向水推力P的计算若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文五水轮机安装高程的确定对立轴混流式水轮机，安装高程由下式确定：式中故机组安装高程为173.5m。第二节水轮机结构与外型尺寸估算混流式水轮机主要由以下几部分组成：(1)埋入部分：包括蜗壳、座环、尾水管等；(2)导水机构：包括顶盖、底环、导叶和导叶操作机构等；(3)转动部分：包括转轮、主轴等；(4)导轴承、密封装置及其他附属装置。一蜗壳1断面形式面尺寸，便于施工。蜗壳顶角点和底角点的变化形式有直线和抛物线两种。直线变化结构简单，水力损失大；抛物线变化结构复杂，水力损失小。为便于施工，故选用直线变化规律。断面形式如图2-1所示。图2-1蜗壳断面图2蜗壳的水力计算查《水电站机电设计手册(水力机械)》,进口断面流速V=2.9m/s,故所需的进口断蜗壳计算表如表2-3所示。表2-3蜗壳断面计算表断面序号半径(米)面积(平方米)角度123蜗壳进口断面的具体尺寸如图2-2所示：(单位：米)若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文采用半图解法求解其它断面的面积，计算过程如图2-3所示。图2-3蜗壳断面计算图同理可求出30度、60度、90度、120度、150度断面的面积和半径，如表2-4所示：表2-4蜗壳计算表φFR根据以上各值可画出蜗壳平面单线如图2-4所示：图2-4蜗壳平面单线图若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文二尾水管1确定尾水管的基本尺寸肘型尾水管。弯肘形尾水管是由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。其大致形状如图2-5所示：图2-5混流式水轮机尾水管尾水管的基本尺寸查表4-18(金钟元《水力机械》),HL310水轮机可采用Z。型标准系列如表2-5所示：表2-5尾水管标准型式与实际计算表参数hLB₅h₆h₅标准Z。实际尾水管高度h,指从水轮底环平面到尾水管底板的高度，是决定尾水管性能的主要参数。对高比速混流式水轮机(D₁<D₃),h≥2.6D,为了保证机组运行的稳定性，最低不得 若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文解得h₃=4.053m,而h₁+h₂=h-h₄=11.2-6.084-4.053=1.113m,h₂可取为0.2-0.5,(单位：米)图2-6尾水管外形尺寸图(单位：米)2尾水管型线图的绘制(见图2-7)尾水管标准弯管段尺寸如表2-6所示：(单位：米)参数aR₆R₈Z₆实际若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文图2-7尾水管型线图1水轮机总重量估算水轮机总重量指不包括调速器、油压装置和其他辅助设备的水轮机整体重量。查《水电站机电设计手册(水力机械)》图2-55可知，2转轮重量估算查《水电站机电设计手册(水力机械)》图2-56可知，若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文第三节调速系统的选择水轮机调速系统的基本任务是：使水轮发电机组稳定地以额定转速运行，在机组负荷变化工其他外扰作用下，保证机组的转速变化不超过一定的范围，并能迅速地稳定于新的工况，从而保证发电机输出的交流电频率满足用电设备的要求。水轮机调节是通过调速系统根据机组转速的变化不断地改变水轮机过流量来实现的。调速系统的主要设备有：调速器、油压装置和漏油装置。一调速器的型式及工作容量的选择调速器型式选择的一般要求有以下两点：(1)当电站和机组容量较大，在系统中承担调频任务，应选用调节品质好，自动化程度高的电气液压调速器。当机组容量较小，在系统中地位不重要，经常承担基荷时，也可选用机械液压调速器。(2)选择调速器时应考虑到调速器某些五一节对电站其他设备的要求和影响。2调速器工作容量的选择调速器的工作容量是指在一定的工作油压下，调速系统所具有的最大可能输出功率，该输出功率不仅取决于调速功的大小，还取决于关机时间的长短。而主配压阀直径并不能全面地反映调速器的工作容量，对直径相同但结构不同的主配压阀，具有不同的最大行程，窗口尺寸和开、关机时间调整方式，因而其摩阻系数和可能最大输出功率也不相同。所以只有同一类型的主配压阀才能按其活塞直径表征调速器的容量。选择调速器工作容量时，应留有适当的余量以保证机组可靠地开关导叶，关机时间应式中λ——计算系数。取为0.030;在标准接力器系列表中选择与之接近的直径300mm。若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文D₀=4500mm,D₀w=390mm,Z₀=20,Z₀w=15。主配压阀的直径与通向接力器的油管直径是相等的，主配压阀油的流量为主配压阀直径为大型调速器以主配压阀的直径为表征组成系列的，因此在反击式水轮机调速器系列型谱表中本水电站可选择DT-100。查《水电站机电设计手册》表6-7可知其基本资料如表2-7所示：表2-7DT-100基本资料表型号制造厂机械柜尺寸基础柜尺寸电气柜尺寸重量参考价格DT-100杭州发电设备厂440×800×7万元调速器外形如图2-8所示：若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文图2-8调速器外形尺寸图二油压装置的选择1油压装置的组成油压装置是向水轮发电机制调速系统供给压力油的能源设备，是调速系统的重要组成部分。同时也可作为进水阀、调压阀以及液压操作元件的压力油源。油压装置有分离式和组合式两种。分离式油压装置的压力油罐与回油箱分开；组合式油压装置的压力油罐装在回油箱上面的框架上。前者容量范围较大，适用于大中型水轮机。后者结构紧凑，但容量较小，仅适用于中小型水轮机。本电站采用组合式油压装置。油压装置的主要部件有：(1)压力油罐：其中油占总容积的30-40%,其余70-60%为压缩空气。(2)回油箱：其容积约为压力油罐容积的1.2-1.4倍。(3)油泵：一般均为螺旋油泵，有立式和卧式两种。(4)油泵附件：包括安全阀、逆止阀和节流阀等。(5)压力油罐的附件：包括压力表、油位信号及自动补气装置、压力信号器、空气阀等。2油压装置的选择计算油压装置的选择计算主要是确定油压装置的台数和容量(工作能力)。为了满足机组调节和安全运行的要求，通常每台水轮机装设一台油压装置。油压装置的工作能力是以压力油箱的总容积和额定油压为表征的。压力油箱的总容积V可按下列经验公式估算V=(18-20)V;查油压装置系型谱表，本水电站可选HYZ-1.6。查《水电站机电设计手册》可知其基本尺寸如表2-8所示：表2-8油压装置基本尺寸表油压装置型号油罐长度m油罐宽度n油罐高h油罐外径DHYZ-1.6油压装置外形尺寸如图2-9所示：第四节发电机的选择一水轮发电机的型式选择已知发电机主要参数如表2-9所示：表2-9发电机主要参数表额定功率KW功率因素cosφ转速(r/min)额定容量KVA二水轮发电机的通风冷却方式及其选择大中型水轮发电机常采用密闭式空气循环冷却和水内冷两种冷却方式。通过两个通风方式的比较，本电站采用密闭式空气循环冷却。密闭式空气循环冷却的冷却方式是借助转子风扇或轮同的风扇作用合空气在发电机内部循环流通，热空气通过冷却器用水冷却。若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文三水轮发电机外形尺寸估算p—磁极对数(42);C—系数(4×10⁶-6.5×10⁶),此处取为4×10°,故采用伞式发电机。2外形尺寸估算(1)平面尺寸估算定子机座外径D转子外径D₃D₄=D₅+0.6m(10000<S,<100000KVA)D₄=6.3+0.6=6.9mD₇=1400-1600,取为1400(2)轴向尺寸计算h₁=l,+2r+600mm=702+2×264+600=1830mmh₂=0.10D,=0.1×7060=706mmh₄=1500-1800,此处取为1500mm,其中机架高500-700,此处取为500mmh₈=0.25D,=0.25×7060=1765mm(伞式承载机架)下机座支承面至主轴法兰底面之间的距离h,h₀=700-1500mm,此处取为700mmH—发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度H=h₆+h₅+h₄+h₂+h+h₈+h₅=500+600+1500+706+1830+1765+700h₁=0.7H=0.7×7601=5321mmh₂=0.46h₁+h₀=0.46×1830+1202=2032mm3水轮发电机重量估算(1)发电机总重量G,k₁—系数，对悬式发电机取8-10,此处取为8。(2)发电机转子重量一般可按发电机总重量的1/2估算(3)发电机飞轮力矩若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文GD²=K₂D³⁵I,GD²=K₂D³⁵I,=4.5×7.06³⁵×0.702=2954t.m²发电机外形尺寸如图2-10所示：图2-10发电机外表尺寸示意图(单位：米)第四节起重设备水电站起重设备一般采用桥式起重机或门式起重机。桥式起重机有单小车和双小车两种。双小车桥式起重机与单小车起重机不同之处是在桥架上设有两台可以单独或联合运行的小车，每台小车只有一个起重吊钩，藉手动变速作主钩或副钩使用，当吊运最重件(如发电机转子)时，两台小车借助平衡梁联合起吊。最重吊运件的重量为105吨，且机组台数小于4台，故可选用一台单小车桥式起重机。二主要工作参数的选择1起重量查表7-1(水电站机电设计手册),额定起重量为110吨。2跨度 若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文起重机大车轨道中心线之间的垂直距离(或起重机大车两端车轮中心线之间的垂直距离)称为跨度，以米表示。根据厂房宽度起重机跨度定为22米。3起升高度双小车起重机每台小车只有一套起重机构，其吊钩的下极限位置应保证发电机转子或水轮机转轮从机坑吊出，同时还应满足吊运进水阀及水轮机埋设部件及安装的要求。4主要附属装置主厂房每台单小车桥式起重机一般都设置主、副钩各一个。主钩一般应满足起吊额定起重量的要求，副钩则按产品标准配置。吊钩装置基本尺寸如表2-10所示：表2-10吊钩装置尺寸吊钩量(t)吊钩形式吊钩尺寸(mm)ADL₂L₃L₅d双钩图2-11吊钩装置图平衡梁基本尺寸如表2-11所示表2-11单小车桥式起重机配用的平衡梁外形尺寸单位：mm主钩起重量(I)LHh₂SB2600主钩起δDb₂L₂h₃平衡梁重 若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文图2-12如表2-12所示：表2-12其它主要尺寸表起重量()L起升速度(m/min)主钩副钩主钩副钩主钩副钩小车大车极限尺寸(mm)大车最大轮压重量(1)吊钩至轨面距离吊钩至轨道中心距离小车起重机总重主钩副钩主钩h主钩副钩L₃L₂起重量(I)主要外形尺寸(mm)两台桥机并车尺寸(mm)主钩副钩小车轨距起重机最大宽度B小车长度轨面至起重机顶端距离H轨面至缓冲器距离并车后起重机最大宽度B₀两主钩之间距轨道面至平衡梁挂钩的距离挂钩至上下环底距离h,若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文第四章水电站厂房布置厂房布置的基本要求是：(1)应适应地质、地形、水文、气象等自然条件，并根据电站枢纽布置的具体情况、不同类型厂房的特点，全面考虑，合理布置。(2)应满足设备安全运行，便于安装检修及操作管理，厂内各种设备布置协调，并考虑水工结构上的要求。(3)应充分考虑设备进厂以及厂内吊装、运输的要求。(4)应考虑电站初期运行要求，尽可能不设或少设临时设施，对于分期建设的电站，应考虑远、近期结合。(5)应考虑防火、防淹、防潮及劳动保护等方面的要求，力求布置整齐美观。(6)在满足电波运行及安装检修要求的前提下，尽量减少土建工程量，节省投资。主厂房由机组段(包括端机组段)和安装场组成，所以主厂房布置和尺寸的确定，主要就是机组段和安装场的布置和尺寸的确定。而机组段尺寸主要取决于水轮机蜗壳、尾水管、发电机等设备的外形尺寸。一尾水管层的布置反击式水轮机的泄水设备——尾水管的顶部与基础底板之间的空间是尾水管层，布置为减少开挖量，采用弯肘形尾水管。它由直锥段、肘管段和扩散段几个部分组成。水轮机采用标准型尾水管。尾水管底板高程为161.37米，厚1.5米，基础开挖高程为159.87米，出口底板高程为167.265米。为减小扩散段结构跨度，通常设有2个隔墩。厂内设有通往尾水管的通道和进人孔，进人孔的尺寸为600×800毫米。进人孔的位置，布置在尾水管的圆锥段。当停机放空尾水管的水，检修人员从水轮机沿进水阀坑的爬梯下去，然后水平进入廊道，打开设在尾水管直锥段的金属盖，利用梯绳爬进尾水管内。2集水井、集水廊道和水泵室主厂房内常在下部结构部分的基础块体最低部位设置集水井或集水廊道，并在上方设水泵室，以便及时利用水泵排除基础渗水。一般蜗壳有不管通到尾水管，尾水管将水引入集水井或集水廊道，然后由水泵抽水向下游排出。出口高程一般设在下游水位以上。蜗壳层是反击式水轮机的引水设备蜗壳及其周围的钢筋混凝土结构块体和空间部分。本电站采用单元供水，厂内不设蝴蝶阀，而在调压井处设控制闸门。此为引水隧洞设计部分，故在本设计中不做进一步探讨。机组转轮直径4.5米，蜗壳为混凝土蜗壳，蜗壳的包角为180度。蜗壳内设进人孔，若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文进人孔的布置在进口的上部。进人孔的大小为φ650毫米。蜗壳层平面布置图如图3-1所示：图3-1蜗壳层平面布置图三水轮机层的布置1圆筒式发电机机墩用圆筒式机墩。机墩内部是空的便于水轮机安装时吊进、检修时吊出。机墩内布置接力器，预埋各种油、气、水管道和布置电缆、电线。运行人员经常要进入内腔进行巡视和检修工作，机墩要留有进人孔，机墩高度不能太矮。机墩内径要按大于水轮机转轮直径、小于发电机转子直径，并考虑下机架支承等要求而定。根据经验，圆筒式机墩内径D≥(1.3-1.5)D=5.85m-6.75m(伞式水轮发电机)水轮机机坑应按下列要求进行布置：(1)应便于在水轮机机坑内检修、安装、维护导轴承和伞式机组的推力轴承。(2)当机组采用不吊发电机转子而拆出水轮机转轮进行检修时，此时机墩结构及布置尺寸应考虑转轮运出的通道，并设置必要的吊运装置以满足转轮拆装的要求。在决定机坑进人孔的位置时，应注意水轮机接力器和推拉杆对进入机坑通道的影响。进入水轮机机坑的门为一个。门宽为1.5米，门的高度为2米。因此根据水轮机层布置的主要数据可大致绘出水轮机层的平面图，如图3-2所示：图3-2水轮机层平面图(单位：m)一般有定子外露、定子埋入和上机架埋入三种布置形式。定子埋入式和上机架埋入式使发电机层宽敞，同时由于提高了发电机层高程而增加了水轮机层高度，可增设一层作为出线层。这两种布置形式被广泛采用。本电站采用定子埋入式。2机旁盘它包括机组自动操作盘、机组继电保护盘、机组测温盘、机组动力盘等，每台机组的机旁盘为3块，每块尺寸为0.8m×0.55m×3.1m。布置在发电机层并尽桶靠近调速器操作柜且在同一侧，以便运行人员在机组启动时能观察到盘上的仪表。此外，还要考虑到节省电缆和布线方便，机旁盘通常靠近副厂房。3励磁机和励磁盘励磁机布置随发电机容量而异，有直接布置在同步发电机转子轴顶，也有发与发电机转子轴相联接的单独布置方式。励磁盘最好布置在发电机层，如果太拥挤，也要布置在水轮机层，但需用通风设备以保证该层不致太潮湿。励磁室尺寸为5.2m×1.5m。为运行人员经常从发电机层到水轮机检查巡视提供方便，在每两台机组之间设钢筋混凝土楼梯一座。楼梯净宽1.2米，坡度以34度到38度之间为宜。在水轮发电机的上、下游侧应留有2-2.5米的交通道，各种设备间也必须保持运行巡视和检修需要而留的1.5-2.0米的距离。因此根据拟定的发电机层的主要数据可大致绘出发电机层的平面图，如图3-3所示：第二节机组附属设备的布置考虑到厂房内蜗壳的结构以及蜗壳进水口与调压室的连接，本次设计中不对进水阀进行设计，故机组附属设备的布置主要是对调速设备的布置。它包括两方面的内容：接力器的布置形式大致有四种：本设计中采用直缸式接力器布置在机坑内壁上。当采用混凝土蜗壳时，接力器的布置与蜗壳的断面形状有关。采用梯形断面混凝土蜗壳时，接力器和调速器的布置缺点是油压装置和调速器要跨机组段布置，因此在前期工程中有可能要增加临时设施。二调速器和油压装置的布置调速器和油压装置的布置，应与接力器布置位置相适应，并尽量靠近。调速器、油压装置通常均布置在发电机层，它们之间的距离在满足操作、维护、检修方便的前提下，应第三节主厂房主要尺寸的确定主厂房的尺寸的确定，即主厂房总长、总高和宽度的确定。主厂房的总长度包括机组段的长度(机组中心间距),端机组段的长度和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。方向的尺寸确定，同时还应考虑机组附属设备及主要通道、吊物孔的布置及其的需尺寸。L₁=L₄x+L_x式中L₁——机组段+x方向的最大长度L_——机组段-x方向的最大长度L和L可按尾水管层、蜗壳层和发电机层分别计算，取其中的最大值。L+x=R₁+δ₁=6.850+1.4=8.25mL=R₂+δ₁=4.275+1.6=5.605m图3-4机组间距计算简图一若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文图3-5机组间距计算简图二图3-6机组间距计算简图三若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文R——蜗壳+x方向最大平面尺寸；B——尾水管宽度；b——两台机组之间风罩外壁的净距，两台机组间设楼梯，b=3.2m;2端机组段长度的确定3主厂房总长度主厂房总长度L二厂房宽度的确定以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分。解之得：α=3.06B=B₁+B₂=20.25+13.75=34m若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文B₀=13.75+11.25=25m▽=▽+r+h₄=173.5+2.22m+2=177.72m5发电机装置高程▽▽₂=▽+1.83=181+1.83=187起重机的安装高程▽ch₈——吊运部件与固定的械缎备间的垂直净距，=1m;h₀——吊运部件与吊钩间，h₀=1.2m;▽c=V₂+h₇+h₈+h₉+h₀+h₁=182.83+0.706+1+5.321+1.2+0.9=191.957m▽=▽c+h₂+h₃+h₄=191.957+6.45+0.3+1.5=281.7881.78分别如图3-7、3-8所示：图3-7厂房横剖面图98.707文191.957又191.057二号机组—号机又185.83厅间△9x177.724△☑344△√元x173.5△△√4△x16137AA<△A△4Q☆4若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文第四节安装场的布置及尺寸的确定安装场是为设备的到货卸车、拆箱清扫、组合、预装或解体大修而设置的。一安装场的位置与高程安装场位于主厂房左端，并与对外交通道同侧，以方便交通运输。装配场的下面一般有一层至二层可作辅助生产车间，下面一层地面高程与水轮机层相同，便于交通。这两层通常布置油库、油处理室、油化验室、压气机室、机修间和电工维修车间等。安装场的高程与发电机层楼板高程相同，以充分利用场地，便于安装、检修、及运行维护管理。因此安装场的高程为182.83。二安装场的布置及尺寸(1)装配场宽度安装场与主厂房同宽，以便于利用起重机沿主厂房纵向运行，即安装场的宽度为34(2)装配场长度L。L。=(1-1.5)L₁=16.015m—24.0225m,取为20m。对于混流伞式机组，需要布置的机组主要部件有：发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮、水轮机顶盖、推力轴承支架。(1)发电机转子直径周围留2.0米间隙，以供安装磁极之用装配场楼板留有孔口，孔径比主轴法兰直径大0.5米，转子主轴伸入装配场的下层的转子主轴支承台，台上设有用以固定主轴的螺栓，螺栓数与主轴法线上孔数相符；支承台的高度应使主轴在竖立后转子底面距装配场楼板约0.5到0.8米，本设计中取为0.6米，以便在磁极下放进千斤顶和垫板。在不进行转子装配或检修期间，孔洞盖上铁板或混凝土板。(2)发电机上机架周围留有1.0米间隙，供作通道用。(3)水轮机顶盖及转轮周围留有1.0米间隙，供作通道用。(4)由于大中型水电站的主变压器较为高大，要检修主变压器，必须沿轨道将主变压器推进装配场，要利用主厂房内的起重机将变压器铁芯从壳内吊出，势必使用权主厂房增加高度。因此，在装配场需设变压器检修坑，检修前先将主变压器整体吊入坑中，然后用起重机吊出铁芯，要求铁芯吊起后离装配场楼板面不小于0.2米。如果采用钟罩式变压器，检修时只需将钟罩吊起，无需吊出铁芯就可检修。通常可在主变压器场就地露天检修，装配场就不必设变压器检修坑了。变压器坑的尺寸是变压器拆去散热器后的外形尺寸每侧各加0.25米，坑的位置可与四大件相重叠，因为并不同时进行检修。大型水电站主厂房的装配场设有变压器轨道和铁路轨道，以便火车和变压器直接进入厂房。装配场设有进厂大门，布置在厂房下游侧，其尺寸由运输车辆运进最大部件而定。通行载重汽车的大门宽度取为3.5米，高度取为5米。第五节副厂房的布置一副厂房的组成副厂房的规模根据水电站装机容量、机组台数、电站在电力系统中的作用、自动化程度和遥控的应用，而有所变化。二副厂房的位置方案1:副厂房设在主厂房的上游侧其优点是布置紧凑，电缆短，监视机组方便，主厂房下游侧采光通风良好。缺点是电气设备线路与进水系统设备互相交叉干扰，引水管道貌岸然可能需增长，不晚适应电站分期建设、提前发电的要求，施工、运行干扰较大，易受机组振动和噪音的影响。适用于引水道式、坝后式和混合式水电站。方案2:副厂房设在主厂房的下游侧其优点是电气设备的线路都有集中在下游侧，与水轮机进水系统设备互不交叉干扰，监视机组方便。缺点是主厂房的采光、通风和外观爱到影响，由于发电机引出母线和变压器布置在主厂房下游侧，尾水管的振动影响较严重，容易引起电气设备的误操作，运行人员难于忍受。由于可能要延长尾水管的长度，会相应增加厂房下部结构尺寸和工程量，电气出线也较复杂。适用于河床式水电站。方案3:副厂房设在主厂房靠对外交通的一端其优点是主、副厂房的总宽度较小，采光通风良好，给运行人员值班创造良好的工作条件，能适应电站分期建设、初期发电的特点，运行与机电设备安装干扰较小，能减轻机组振动与噪声对中央控制室的影响。缺点是母线与电缆线路较长，增加了投资，大型电站当机组台数较多时，监视、维护距离较长，检修、试验时的联系不如前两种位置方便。综合分析后，选用方案一，使得工程量少，主副厂房布置紧凑，联系方便，厂区布置合理，虽有一些不足之处，但比方案二、方案三仍然是利多弊少。三副厂房的平面布置中央控制室是整座水电站厂房运行保护、调度、控制和监视的神经中枢，与主厂房邻近，可缩短控制电缆长度，有有利于主机室与中控室的联系；室内要求通风良好，光线均匀柔和，避免阳光直射至仪表盘面并设有防西晒的隔热遮阳措施，无噪声干扰，室内温、湿度适当，以保证仪表的灵敏度和准确性。室内净高为4.5米。长为10米，宽为8米面积80平方米。2集缆室布置在中控室和继电保护盘室的下层，面积稍小于中央控制室。长为9米，宽为8米，面积72米。室内只有电缆和电缆吊架，布置简单，室内净高2.5米；以工作人员能站立工作为宜。该层汇集来自主厂房和变电站的各种操作电缆，然后通往中控室的控制盘、操作盘。集缆室安全出口为两个，并应做好防潮设计。3继电保护盘室布置在中控室附近，长9米，宽8米，面积为72平方米。4通讯室及远动装置室当输电电压在110KV以上时，为了电站与系统调度中心联系，由系统调度中心指挥电站运行，专设载波电话通讯室、自动电话交换机室、微波或其他无线电通讯室和远动装置室等。这些房间毗邻于中控室且同一高程，室内最小高度为3.5米。要求防尘防震，避免过大的噪声，不应与蓄电池室或强电设备邻近。微波或其他无线电通讯室，应在其屋顶或附近设天线或微波发射塔。长8米，宽4米，面积为32平方米。布置在靠近机组的副厂房内，使发电机引出线较短，减少电能损耗。通向防爆间隔的通道净宽为2米，高为3米，通道上不应有裸露的电气设备、导体和电缆封端。采用成套配电装置，最小净距尺寸按规范规定。开关室长度为25米，设两个出口。门朝外开，两个出口相距为5米。采用自然通风。6母线廊道、母线室或母线竖井发电机与主变压器之间的母线，一般要经过母线廊道、母线室或母线竖器。布置要满足安装、维修的要求，母线竖井应设有巡视、检修用的电梯和楼梯，每隔4米设维修平台，平台和楼梯宽度为0.8米。7直流系统用房一般包括蓄电池室、储酸室、套间(前室)、通风机室和充电机室等。这些房间相邻布置在与地面同高的第一层。不布置在中控室、配电装置室(开关室)和通讯室的上方的原因是以免酸性残液渗到下面房间。蓄电池室要防止酸气外溢，避免硫酸气产生的氢气在阳光直晒下引起爆炸。除用人工照明外，还需有防爆措施。室内不设窗户或在窗户上涂漆遮光。门窗、墙壁、顶棚、蓄电池台架和调配池均应用耐酸材料铺设，地面和墙裙用白色瓷砖(缝中真耐酸砂浆)或耐酸性沥青地面，并有适当的排水坡度。设单独出入口和单独的排风系统。以上各间的门均须朝外开，以保安全。充电机室内装充电机，用来将交流电转化为直流电，送入蓄电池中储存起来，充电机室要离中控室远些，以免因振动和噪声影响中控室的操作。通风机室与蓄电池室相邻，通风用的电动机为全封闭式或防爆式。厂用变压器布置在厂外主变压器旁。每台厂用变压器布置在防火、防爆的单独小间，并与水轮机层同层，且设专用走廊。厂变压器一般就地检修，门朝外开，地面有2%坡度倾向集油槽。厂用高压成套开关柜，通常布置在水轮机层母线室附近，而不宜布置在发电机层或距中控室太近。按搬运最大设备的外形尺寸再加0.4米来确定门的宽度和高度。厂用400V低压配电装置，即动力盘，应集中布置在单独房间，400V主盘不宜靠墙布置，主盘室距中控室不宜过远，分盘室可分散布置在装配场、水轮机层、水泵室、空压机室、机修间、油处理室等负荷点附近。布置在中控室近旁的同一高程上的单独房间里，室内应基本保持恒温、恒湿，要求装设自动空调装置。进入电子计算机室应通过一个套间，防止振动和腐蚀性气体。10巡回检测装置室为及时发现故障，减轻运行人员巡视和抄表的劳动而设巡回检测装置，布置在中控室和继电保护盘室内。即将主机械、变换器柜、电动发电机组布置在继电保护盘室内，将远方操作台及打字机台布置在中控室内。以上的电气设备；其余均为电气二次回路设备和500V以下的电气设备。高压试验的电缺陷设备体积大而笨重，搬运不便，所以高压试验室布置在方便以及设备集中的地方。试验室应设置通风、采暖、防尘、防潮措施，测试工作台要求有良好采光和局部照明。第六节厂房的通风、空调、采暖与采光水电站厂房发电机层，夏季温度可达40℃以上，使运行人员感到头晕、疲倦。高程低于水面的房间严重潮湿，运行和检修人员晚患关节炎。在中央控制室、载波和微机室、发电机层等电气和自动化仪表较集中的房间，高温将使电气元件可靠性差，故障率高；低温会使电缺陷设备绝缘层脆化断裂，设备元件寿命短；相对湿度过高，会使元件发霉，绝缘下降，过低又会发生误动作。为保证运行人员有新鲜的空气、良好的采光、技术的保安和延长设备元件的寿命，必需对空气的温度、相对湿度、清洁度和气流速度加以调节。通风、空调、采暖正是解决“四度”的技术措施。水电站厂房的得热量，一方面是夏季由于厂内外空气的温差和太阳的辐射，通过屋顶、墙、窗等传入热量；另方面是厂风机电设备、照明灯具和人体的散发热量。其中以水轮发电机发出热量为主要热源。1水轮发电机的通风冷却水轮发电机运行时，内部发出大量的热，如水及时将热散发出去，将会引起转子、定子线圈的温度过高，加速导线外部绝缘层的老化，甚至造成短路而烧坏发电机。于是对水轮发电朵必须采取冷却措施。2主厂房的通风水电站主厂房中，水轮发电机产生的热量，对运行人员的健康是有害的，所以须注意通风换气。方式通常有两种，即自然通风和机械通风。本电站考虑经济问题，采用自然通风，利用厂内外气温差形成气流循环，或进、排风口位置的高差促进通风换气。3副厂房的通风需要通风的副厂房房间有：(1)精密仪表集中的房间如中央控制室、载波机室、微波机室、仪表室等，采用自然通风与机械通风相结合的方式，其中在中控室中采用空调。(2)散发有害物质的房间对于蓄电室、酸室。设单独房间，采用防爆式和电动机或采用塑料风机。酸室每小时不少于5次换气，设在室内地面开口式蓄电池每小时不少于12次换气，设在地下每小时不少于15次换气。对于油库和油处理室。设在地面，采用自然通风。(3)布置输变电设备的房间对于变压器室，主变压器采用风冷式，变压器室采用自然通风。对于母线室，采用机械排风。对于户内开关室、配电室。由于户内开关室、配电室空间小，发热量小，但存在爆炸或火灾的可能性，宜设排风系统兼事故排烟之用，每小时不少于6次换气。对电缆廊道，采用机械排风，每小时不少于6次换气，单独设置排风系统。(4)布置机械设备的房间如空压机室可采用顶部机械排风，下部从厂内机械进风，风机与空压机联动。供水设备室由于在厂房水下部分，较为潮湿，可将散热部位的热空气送入。(5)发电机层以下或地下办公室和值班室若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文利用主厂房的通风系统进行通风换气。在人员集中部位设空调系统。在尾水管直锥段的水轮机转轮室、水轮机井(机墩内腔)的水轮机室和发电机坑(风罩墙围成的内部空间)等部位，是检修条件差的地方，搞好检修通风十分必要，一般采用二空气调节当通风不能满足厂内生产和卫生条件时采用。通过对送入空调房间的空气进行人工处理和控制调节，使温度、湿度、清洁和气流速度控制在预定范围内。按布置方式分，有集中式空调系统、分散式空调系统和混合式空调系统。空调的冷源，一般利用水库深层低温水，它是空调工程最经济、简便、丰富、可靠的天然的冷源。水电站厂房空调房间的送风，必须有合适的风速，使厂房内部形成良好的气流。而空气温、湿度分布的均匀性，也与气流密切相关。通常送风的方式有：顶送、平送、侧送、地面送、纵向对射和横向匀射等方式。这些送风方式有效地利用主厂房机组的余热，对送风射流进行升温降湿。三采暖、防潮和除湿(1)利用机组热风采暖。这是水电站厂房的一种经济]合理、简单易行的采暖方式。(2)电热风采暖。由管状电热元件组成的电加热器，装在风管内或空调内，可用于有防爆防腐要求的房间、中央控制室、电算室和通讯室等房间采暖。(3)电炉采暖。允许在静止空气中开启。密闭电炉用于防爆防腐要求的蓄电池室及油系统采暖；明火电炉可用暗室采暖。(4)电辐射板采暖。利用电能通过国徽板的高温表面，以国徽方式散发热量。用于厂房内部有防爆要求的房间采暖。除湿方法有：供热降湿法、通风降湿法、供热通风除湿法和空调除湿法。白昼主厂房天然采光，主要领先吊车梁以上的高侧窗和以下的低侧窗。当厂房采用单侧采光时，窗户上沿离地高度应大于进深的1/2;采用两侧采光时，窗户上沿离地高度不小于进深的1/4。窗的下沿离地面不宜高出1-2米，以保证近窗点有足够的光线，并便于通风。夜间，设计人工照明。它可分为工作照明、事故照明、检修照明和警卫照明。天然采光和人工照明均必须注意，不使太阳光趱至仪表盘面上。洒光不能使仪表盘面上产生眩光，以免运行人员误读数据和发生视觉疲劳。若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文第四章厂房结构布置第一节厂内主要结构布置一主厂房结构布置水电站厂房为现浇的钢筋混凝土结构型式。厂房水上围护结构采用砖墙。办公副厂房采用混合结构型式。水电站厂房的结构布置应与厂房内部布置结合一起考虑，它包括了厂房伸缩缝的设置，一、二期混凝土的划分，厂房水下和水上结构布置等几部分。水电站厂房为防止地基不均匀沉陷，以及减少下部结构基础约束产生的干缩应力，必须沿厂房纵向设置永久的温度伸缩缝或沉降缝。不了避免基础不均匀沉联系群众及加强厂房整体性，在主机间不设永久伸缩缝。本电站厂房在主厂房与安装间之间，主厂房与副厂房之间设置沉降缝，以避免两个不同性质的建筑物因地基应力相差太大而引起裂缝，永久缝缝宽为2厘米，缝间填沥青油毡。厂房水下结构的永久缝设止水装置，以防渗漏。2厂房水下结构布置厂房的水下部分是现场浇筑的钢筋混凝土整体结构，其中机墩、蜗壳和尾水管等占了很大的空间。余下的部位中，一部分是作为厂房基础的实体底板，底板较厚，它直接浇筑在基岩上；另一部分是浇筑在底板上的厂房四周底墙，底墙也很厚，无论底板、底墙均为整片的实体结构，按布置、强度确定其厚度；第三部分是下游侧的尾水闸墩，也是厚截面的实体结构，闸墩的厚度根据尾水管的尺寸及布置上的需要确定。由于机组到货一般均迟于土建的施工期，因此厂房混凝土需分期浇筑。一、二期混凝土浇筑的范围划分如下：一期混凝土包括底板、底墙、尾水管、尾水闸墩、尾水平台和除发电机层楼板以外的厂房水上部分结构(包括安装间);二期混凝土包括蜗壳、机墩、风罩及发电机层楼板等。一期混凝土形成以后能否利用厂内吊车进行机组安装是厂房水下结构布置考虑的原则之一。另外，机组安装顺序与浇筑程序的相互配合，一、二期混凝土在各个时期相互间的受力关系也要同时考虑。3厂房水上结构布置厂房长35米，宽25米，高40.337米。当厂房长、宽、高及机组间距确定以后，即可进行排架、屋面系统、吊车梁及各层楼板等水上结构布置。排架在伸缩缝处设双柱，分别受力。由于受水下部分孔洞及边机组段加长的影响，柱距常常不能沿厂房全长等距布置，从而增加了结构计算的工作量。水电站厂房屋面结构的形式常用的有以下几种：有由于厂顶泄洪或特殊需要采用现浇的整片厚板结构；有采用屋面大梁与吊车柱整浇一起的排架结构，又有采用预制大型屋面板与大跨度的装配式结构等。本电站采用第三种方案。安装间地面承受水轮发电机、主变压器等大型设备荷载，是厂房各层楼板中承重最大的一层。安装间为现浇整体式肋形结构，根据以往设计和运行经验，其结构布置可按设备安放的位置(即按荷载大小)分区进行。安装间楼板厚度为25厘米，次梁间距为1.5-2.0米、主梁间距(次梁梁跨)以4-4.5米为宜。当主梁跨度太大(大于6米)时，在梁跨中间要加设柱子支承，此时安装间主梁、柱与厂房上部结构一起组成双层或多层排架。发电机层是主机室的一层主要楼面，随的荷载较大。由于机电设备安装及运行上的需要，在楼板开有大小不等、形状各异的孔洞。发电机层肋形结构的梁格布置为单向板。发电机层的较大孔洞有发电机大圆孔、调速器及油压装置孔、吊物孔和楼梯孔等。另外在机旁盘下还有许多小孔浅槽。发电机层结构布置一般可考虑如下：整个楼盖是以发电机风罩、上、下游侧底墙及中间短柱作为支承。从楼板的中央部位开始沿风罩上、下游侧各布置一排纵向主梁；沿风罩左、右各布置一排横向次梁；沿机组段伸缩缝边各布置一排主群众观点。若主梁跨度太大(大于6米),梁跨中间可设短柱，则梁柱便构成框架。楼盖在伸缩缝处可采用双梁、双柱布置形式，这样在机组逐台投入运行时结构受力明确。尾水平台为安装、检修尾水闸门的场地，设有移动式门式起闭机。尾水平台为支承在尾水闸墩上的肋形结构，采用现场浇筑的方法。在起闭机轨道下的尾水平台须设梁支承，尾水闸门槽平时用活动盖板封盖。二副厂房结构布置生产副厂房的荷载一般也不小，如压气机室、油库、厂用变压器室、通风机室和蓄电池室等地面荷载均有可能超过1000公斤每平方米。有的房间需要做设备基础，以承受设备动力作用的荷载；有的房间需开槽或开孔洞。中央控制室为副厂房的主要房间。其特点是面积较大，楼面的荷载大于一般民用建筑，室内布置要求比较高。由于控制盘和操作盘底部需通电缆，楼面上须开设很多不规则的孔槽。中控室的下层为无间壁的电缆夹层，夹层中无支承点可利用，致使梁的跨度较大。三变电站布置变电站是升压站与开关站的总称，当开关站与厂房靠得很近时，可将变压器放在开关站内，两者合在一起布置。变电站是电站输变电工程中的重要组成部分，安的布置主要依据电气主接线的接线方式，但与厂房及厂区布置也有一定关系。由于水电站是高电压远距离送电，因此布置变压器时必须周密考虑电站运行、设备运输、安装及检修条件。为了提高运行的可靠性和缩短昂贵的电压母线，主变压器应尽量靠近发电机布置，并考虑在高压侧有方便的出线条件。主变压器由于重量很大，宜直接布置在基岩上或混凝土基础上。主变压器应有良好的通风条件和可靠的灭火设施。按规程规定，当主变油量在2500公斤以上时，防火净距应不小于10米，与露天固定绝缘油罐的距离应不小于15米，否则要用钢筋混凝土防爆墙隔开。主变压器底部一般均设有排油、集油坑、坑内铺卵石，并铺设通向远处的排油管。升压站周围应加设保护围墙或遮栏，高度不得低于2.3-2.5米。开关站大多选择在厂房下游侧近处而又宽旷的地方。要尽量利用山地、坡地，以不占或少农田为原则。此外，选择开关站位置还要考虑输电的方向，即选择好开关站出线架与第一座高压输电塔的相对位置。开关站根据电气设备和导线的布置高度与重叠情况分类中型、半高型和高型布置几种型式。中型布置是所有电气设备均装设在同一个平面层内，设备的维修操作均在地面上进行。这种布置比较清晰明了，但占地面积料大。半高型布置一般是将断路器和隔离开关分别布置在两层平面上，前者在地面，后者在构架横梁上(操作机构则设在地面),构架的顶部遇布置母线，其余电气设备布置在地面。这种布置由于设备重叠利用了空间，平面尺寸便相应减小。高型布置适用于双母线接线方式，即将两组母线和母线隔离开关分别在构架上作上下双层布置，隔离开头的操作机构仍设在地面。这种布置比较紧凑，占地面积大为缩小，缺点是检修时上下层要高空、带电作业，因此特别要注意安全。综合考虑本电站为了架设母线和架空地线及支承电气设备，开关站须设置各种不同类型高度不等的构架，如A型、H型等。这些构架有不少采用钢筋混凝土预制构件或预应力构件。设备支架是为支承地面上的电气设备。少油式断路器、压缩空气断路器、隔离开关、电压互感器等均须有设备支架支承。设备支架的高度应使导线接至设备后工作人员在导线底下能安全通行。设备支架一般可采用钢筋混凝土预制构件，支架基础多为现场浇制。开关站的地面标高按规范应高出百年一遇洪水位1.0-1.5米。开关站场内要有足够的安全距离和交通道路。布置电缆沟、气管沟的地方均须铺上活动盖板以利交通。开关站应有良好的排水系统，为防止电缆沟、气管沟灌水，地面的排水坡应以5%左右为宜。与厂区地面高差较大的开关站，除由厂区公路通至开关站外，尚须布置电梯、楼梯或踏级等，以解决垂直交通问题。为了运行人员安全，楼梯不宜采用铁梯，跳级坡度不能太陡，并要有防滑的措施，如垂直交通仅有电梯，则要考虑备用的交通设施。第二节蜗壳结构计算蜗壳的进口与压力水管相接，它是将水流引向水轮机导叶的压力流道。蜗壳除了必须满足强度条件外，还必须满足不开裂和不渗漏的要求。一计算原则和基本假定1进口段，在垂直水流方向切取单宽的横截面，按平面结构计算。2蜗壳段，在下游压力墙中心周长上沿径向切取音宽的等到截面T形刚架，计算时不考虑各F形刚架之间的约束作用。F形刚架的截面厚度只考虑二期混凝土的厚度。当杆件截面厚度不大，即截面最小高度h与其计算跨度1之比h/l<1/5,或蜗壳尺寸很小时，则可时，应考虑剪力引起的剪切变形对杆件内力的影响，同时考虑厚壁杆件结点刚性的影响。3蜗壳主要承受内水压力作用，内水压力除静水头压力外，还包括水锤压力。内水压力在蜗壳内侧的分布按实际作用范围考虑。4在计算蜗壳的内力时，机墩传达室来的荷载不考虑动力系数。5由于蜗壳直接承受内水压力作用，混凝土必须满足抗裂要求。6不考虑温度荷载。二结构计算1基本资料内水压力：根据上游资料和压力水锤计算成果，当上游最高水位时，机组突然关闭导时，这时顶板底面的最大作用水头为11.5米。机组中心线机组中心线p₃=1×0.5×0.5×1/2×2.4=0.3t发电机层楼板荷载p₅:一个机组段落的楼板总荷载，假定其一半作用在风罩上，为P,而其作一半传到四周的支承结构上。图4-1圆筒式机墩布置图截面中心线图4-2计算简图及垂直荷载作用位置图若水电站枢纽工程水电站厂房设计正文F=1x254m(将上述各荷载换算成相当单宽圆筒中心周长上的荷载。p₄=22.43Q=22.43+9.877+0.359+1.869+5.725=40.13t=1.8691.26259x877若水电站枢纽工程水电站厂房