第10章_水电站厂房的布置设计

二、其它高程的确定
1、开挖高程
b 开挖 安装 0 h h' 2
2、水轮机层高程
水轮机 1 安装 D蜗壳进口 h '' 2
3、发电机层的高程 考虑因素有：（1）保证水轮机层所需之空间；（2） 考虑防洪所需的要求；（3）套用发电机轴长。 一般说来， ▽发电机＞ ▽ max尾水位 安装间高程一般与发电机层同高。 4、吊车轨顶高程 （1）起吊如下物件所需的高程： ①发电机带轴；②水轮机带轴；③变压器。 （2）吊车尺寸 （3）连接方式与安全距离（水平方向安全距离≥0.4m， 垂直方向≥0.3m）
（包角对进口宽度的影响示意图）
2、进流特征 （1）同一圆周上各点Vr的相等
vr Q Da B0
Da：座环固定支座的进口直径 B0：导叶高度
（2）速度矩等于常数，即 vu r K
（3） Q

360 Q
二、尾水管
尾水管是水轮机 的重要组成部分， 它可以回收部分 水流的动能，提高 水轮机的效率。
主要设备可分为5个系统：
1.
2.
3. 4. 5.
水流系统：钢管、蝶阀、蜗壳、水轮机、尾水管、 尾水闸门； 电流系统：发电机、发电机引出线、低压配电设备、 主变、高压开关站、各种电缆、母线； 电器控制设备：机旁盘、励磁设备、中控室控制设 备、互感器、继电器、自动远动装置、通迅设备等； 机械控制设备：调速设备、各种闸阀的操作设备； 辅助系统：厂用电系统、油系统（透平油系统、绝 缘油系统）、气系统（高压气： 20 ～ 25kg/cm2 ， 用于油压装置）、水系统（供、排水）、起重设备 等。
§4 机组安装高程 及其它高程的确定
一、机组安装高程
竖轴水轮机：导水叶中心高程； 横轴水轮机：转轮中心高程； 安装高程取决于吸出高度Hs，允许吸出高度是指水 轮机中压力最低点至下游水位的距离。
吸出高度
H s 10 H 900
▽/900 ：大气压校正值， ▽：厂房所在地海拔高程 ：气蚀系数，由模型试验确定， 值越大，动力 真空越大，越易产生汽蚀 △：气蚀修正系数，与计算水头有关。
四、压气系统
高压系统：用于调速系统的油压装置，2.0～2.5MPa。 低压系统：用于操作（发电机制动闸），压低尾水管中 水面（调相动行），风动工具等。 为防止压力波动，要设置储气罐，压气机类噪声大，要 远离中控室，常放在安装间下层，水轮机层，副厂房中。
五、起重设备
一般指桥吊，桥吊可以到达发电机层的绝大部分范 围内。 1、一台桥吊（来自百度文库数情况下设定一台） 2、二台桥吊（机组大，台数＞6台） 两台桥吊可以完全相同，也可一大一小，布置在一 高一低位置。
§3 厂房平面尺寸的确定
一、简述 厂房由主机房、安装间、副厂房组成。主机房和安 装间称主厂房，小型水电站一般不建副厂房。 主厂房的尺寸取决于机组段和安装间的尺寸，机组 段的长及宽一般取决于下部块体结构的尺寸，只有高水 头的电站才取决于发电机层尺寸及辅助设备。 下部块体结构主要包括：基础板、尾水管、蜗壳、 机墩、上下游墙、楼板等。 这些结构多为大体积砼，采用构造配筋，其中埋件多， 止水多，各部分轮廓形状复杂，施工质量要求高。因 此要考虑结构的刚度、强度、防渗、抗震、分缝、止 水、分期施工等诸方面的问题。
三、水电站厂房的特点 1. 整个水电站系统的中枢，是实现水能转换为 电能的关键部位； 2. 是水工、机械、电气诸方面的综合体； 3. 要求严格：除满足强度、稳定等要求外，在 通风、照明、防渗、防潮、防火、交通美观 等诸方面较一般工业要求严格 。
四、水电站厂房的类型及主要特征 规范上按结构特点及布置方式分为地面式、 地下式、坝内式及坝后厂顶溢流式 。 (电站的类型是以集中水头的方式划分)
四、安装间
1、位置与高程 （1）位置：厂房端部，可直接对外交通（铁路、 公路、水路） （2）高程：①与发电机层同高；②与对外交通同 高；③高于下游最高尾水位。 发电机层和安装间均低于下游最高尾水位可造成 厂房被淹。如乌江渡厂房被淹，黄龙滩80年有两 台机组被淹。
2、面积 （1）宽度：与主厂房同宽，便于桥吊运行； （2）6～10机以下，考虑一台机解体大修的需要，考 虑四大件：①转子：布置于主构工作范围之内， 周边预留1～2m的工作场地； ②发电机上机架：所占面积较大； ③水轮机转轮：周边约需1m的工作场地； ④水轮机顶盖。 其它较小部件，不一定置于安装间修理，可灵活处 理，一般安装间长度=机组段长度×1～1.5 。
1、尾水管的作用 （1）设水轮机出口断面为2－2，且无尾水管。 没有尾水管时，水轮机所利用的毛水头是 H1 ，没有 2 利用H2 ，v 2 ，此二部分损失掉了，总损失：
2 v2 h H 2 2g （2）安装圆筒形尾水管 转轮出口处形成真空： 2 2 p v p v 2-3之间的能量方程： H 2 2 2 H 0 3 3 hw23 2g 2g
2、地下厂房：枢纽布置灵活，施工不受季节影响， 需要长期的通风照明设备（河道较窄，洪水较大，可减 少与泄洪建筑物之间的矛盾）。 3、坝内式厂房：谷窄，洪水很大。可解决与泄洪建 筑物的矛盾。坝顶溢流，坝内设厂房，节约砼，应力复 杂。 4、坝后厂顶溢流式：河道窄，泄洪量大。厂房与坝 体分开，副厂房可布置在坝与厂房之间。有通风照明问 题，注意高速水流引起的振动与空蚀。 5、其它类型
1、分类 （1）金属蜗壳 适用于流量小、中高水头的电站。断面形状：圆； Vmax=9m/s，包角：一般为345°。
（2）钢筋砼蜗壳 常用于低水头大流量河床式电站，H=25～35m。一 般为梯形，包角在135°～270°之间，180°包角所对应 的进口宽度为最小。增大或减小包角都将增大进口宽度， 从而增大机组间距。
安装高度：
H s' H s H
对于不同的水轮机：△H取不同的值 竖轴混流式：△H=b0/2 竖轴轴流式：△H=xD1 横轴水轮机：△H=-D1/2
安装高程：
安装 H s' 尾水
Hs可能为±值， 值较大， Hs为负值，表示水轮机 在下游水位以下，吸出高度并不产生静力真空，而是在 转轮后产生正压。 水轮机安装在下游水位以下，会增加土建投资和施 工难度，甚至经济上不合理，因此某些气蚀系数大的水 轮机如轴流式，贯流式不适于高水头电站。 知道▽安装以后，向上可以逐步推出厂顶高程，向下 可以推出开挖高程。 下游尾水位指运行中可能出现的最低尾水位
五、水电站主副厂房的分层
主厂房由主厂方构架及其下部块体结构所组成，在高 度方面，常分为（主要有）： 发电机层、水轮机层、蝴蝶阀层（蜗壳层）。
§2 水轮机蜗壳及尾水管
蜗壳和尾水管是水轮机的引水和泄水设备，它们不 仅对水轮机的效率产生明显影响，面且其形状和尺寸也 对确定厂房的尺寸有着决定性的作用。
一、蜗壳（略）
二、机组段的长度
考虑5个方面的因素：1、蜗壳；2、尾水管；3、发电 机的平面尺寸；4、辅助设备的布置；5、结构厚度。 1、蜗壳 2、尾水管
3、考虑发电机通 风道外壁的尺寸，再考 虑楼梯、通道的宽度， 定出纵向尺寸 4、考虑辅助设备 对厂房尺寸会产生影响 高水头电站中，辅助设 备对厂房尺寸会产生影 响。 由以上四步计算， 进行比较，取最大值，就确定出了机组段的长度。主厂 房总长=机组段长度×机组台数＋安装间长度＋沉陷缝长 度
§7 副厂房
一、房间的分类
（1）控制运行房间 如：中控室、集缆室（布置在中控室下层）、配电 开关室、继电保护室、通讯室、蓄电池室、储酸室、 充电机室、通风机室、计算机室等。 （2）辅助设备室（一定要设置） 厂用配电室、厂用变压器室、空压机室、水泵室、 空调室、油处理和油罐室等。 （3）辅助生产，服务车间 机、电、工具车间，油化验室。 （4）办公室、休息室、卫生间
5、房顶高程 轨顶高程＋操作高度 减小厂房高度：（1）取消发电机层（？？？）； （2）两台吊车；（3）变压器不抽芯或降低安装间； （4）新型伞式发电机。
三、厂房横剖面图
§5 厂房辅助设备
满足机组运行及安装所需要的设备称为辅助设备。 可分为油、气、水、起重、调速等方面的设备，这些设 备在布置上要满足如下方面的要求： （1）使用上的方便性，且满足功能要求； （2）紧凑但不拥挤：最小尺寸＋安全余幅； （3）上下层之间的照应：如楼梯的布置、吊车的工 作范围、吊物孔的布置等； （4）油、气、水管路系统尽量与电气系统分开。颜 色标记：红－高压油、黄－低压油、白－气、绿－水； （5）良好的工作环境：尽量考虑到环境的舒适，工 作的方便等。
1、地面厂房 （1）坝后式：厂房不挡水，坝与厂房用永久性伸缩 缝分开，厂房不参加挡水建筑物的抗滑稳定。 （2）河床式：厂房本身挡水，尾水管上部较多空间 可布置副厂房，水轮机多为轴流式，如葛州坝。 （3）引水式：厂房远离挡水，取水建筑物，厂房纵 轴多平行河道。 （4）露天式：去掉了常规地面厂房的上部结构，有 诸多问题。
p动力
由此式可知：V5与hw2-3愈小，则出口动能利用的愈 充分，动能利用系数愈大，d=0.40～0.85。
常用的尾水管形式有直锥形和弯形两种。 直锥形：简单、性能最好，开挖量大，常用于小型 水轮机，贯流式水轮机。 弯形尾水管：动能利用系数d较直锥形为低，可减 少开挖量，增加尾水管的高度h和长度L，均可提高动能 利用系数d ，增加高度h比增加长度L的效果明显，尾水 管有标准系列的尺寸。
§6 厂房电器设备
低压配电设备常设于主厂房上或下游侧，位于厂房 和高压配电设备之间，以缩短母线长度。 电气一次回路系统：即电流系统，包括发电机、发 电机引出系统、发电机电压配电设备、主变压器、高压 开关站及各种电缆、母线。 二次回路系统：监控设备的仪表和电缆。包括：机 旁盘、励磁盘、中控室中各种表盘、互感器、继电器 和控制电缆。
第 十 章 水电站厂房的布置设计
§1 水电站厂房的 功用、组成及基本类型
一、水电站厂房的功用
1、布置设备：使得机电设备能有恰当的位置，为 其安装、运行、检修提供条件； 2、转换能量：将挡水建筑物或引水建筑物集中的水 能转化为电能； 3、为人员提供工作环境 。
二、厂房枢纽建筑物的组成及设备布置
四大部分： （1）主厂房； （2）副厂房； （3）变压器场； （4）高压开关站。
三、厂房的宽度（机组中心横剖面图） 厂房的宽度应从厂房上部和下部结构的不同因素 来考虑。 1、下部块体最小宽度 上游侧： 二期砼之外缘＋阀室＋墙厚 下游侧： 二期砼＋墙厚 蝶阀常放在室内，便于安装修运行管理。 2、上部厂房的宽度 取决于发电机直径、最大部件的吊运方式、附属 设备的位置、尺寸以及其它必须预留的尺寸。如吊车 端部距墙的最小距离。 由以上1、2比较后确定厂房宽度。
一、调速设备
调节出力与转速 1、调速器柜：方形，布置在发电机层上游侧； 2、接力器：上游侧机座内； 3、油压装置：靠近调速柜。
二、油系统
1、透平油：润滑、操作、油罐置于独立房间内，注 意防火； 2、绝缘油：用于变压器、油开关，常置于厂外。
三、水系统
1、供水系统：（1）技术供水；（2）消防用水； （3）卫生用水 2、排水系统 （1）渗漏排水（排水沟－集水井－泵－尾水渠） （2）检修排水（蜗壳、尾水管）
2g
p2

H 2 H 0
p3

hw23 H 2 hw23
v2 v3
出口总损失
2 v h' hw23 2 2g
h ' h
可见，加上尾水管后要好。
（3）直锥形尾水管 此时出口速度为V5 ，列出2－3间能量方程： 2 2 p5 v5 p2 v2 H2 H 0 hw23 2g 2g
p2
2 2 v2 v5 H 2 h w 2 3 2g
尾水管作用总结： （1）当转轮在下游水位之上时，能使水轮机使用转 轮至下游水位的水头； （2）可以利用转轮出口中相当大的一部分，形成附 加的动力真空。
定义动能利用系数
2 2 v5 v2 h w 2 3 2g 2g d 2 2 v2 v2 2g 2g