1、水电站厂房设计指导老师： 徐寅 一、任务书1、 设计技术要求厂房课程设计重点是主厂房内部主要设备和结构的布置，以及轮廓尺寸的决定，设计图应符合工程图纸的要求，说明书应能说明设计内容，文字通顺，整洁2、 工作内容水电站厂房课程设计要求学生根据所给任务书，利用说给的资料，完成下列工作：用简略的方法选择厂房的主要和辅助设备进行厂区和厂房内部布置，决定厂房的轮廓尺寸绘制设计图纸和编写设计说明书二、工程概况该水电站是一座以发电为主兼有防洪、灌溉、过木、供水等综合效益的县办骨干电站。采用钢筋混凝土堆石坝，最大坝高 74m，坝址以上控制流域面积 564k，占全流域面积的 75.3%，多年平均流量为 水库总库
2、容为 ，属多年调sm/6.173 38107.2m节。厂房为坝后式，安装 3 台 8000KW 机组，总装机容量 ，保证出力KW45500KW，多年平均发电量 ，年利用小时 3025h，在系统中（地方电hKW402网）担任调峰、调相任务，并可对下游梯级进行调节，经济效益显著。在枢纽布置上，为避免厂房、溢洪道、筏道的相互干扰，将岸坡式溢洪道布置在坝左岸的一鼻形山脊上，用钢筋混凝土挡土墙与堆石坝衔接，出口消能采用挑流形式。过木干筏道布置在坝左岸的山坡上。隧洞布置在坝右岸的山体中，具有导流、发电引水和放空等多种功能，即施工期用隧洞导流，并在导流洞口上的山岩中另开一洞口，与隧洞相连成为“龙抬头”形式，
3、采用塔式进水口作为发电引水和放空隧洞的首部，水库蓄水时将导流洞口封赌。隧洞直径为 5.2m。隧洞出口设有放空水库用的闸门。在放空闸门上游另凿发电引水岔洞，洞径 4.6m，然后以三根 的钢支管与机组相m2连。本工程规模属大（2）型，枢纽为二等工程，电站厂房按 3 级建筑物设计。三、主要设备1、水轮机和发电机电站最大水头 Hmax=64.3m，加权平均水头 Hcp=59.63m，最小水头 Hmin=38.02m。按水头范围及装机容量，套用 3 台现有机组。水轮机的型号为 HL220-LJ-140，单机额定出力为 8333KW，该机组适用 Hmax=65m，H min=38m，额定流量 16.5m3
4、/s，和电站水头范围比较匹配。发电机型号为 SF8000-16/3300，单机额定出力 8000KW（悬式），采用密封式通风，可控硅励磁。水轮机导叶 b0 为 0.35m。水轮机带轴长 3.74m，发电机转子带轴长 4.785m.。一台机组在设计水头、额定出力下运行的尾水位为 100.1 m。2、调速器：选用 YDT-3500 型电气液压式3、主阀：采用卧式液压型摇摆式接力器双平板偏心蝴蝶阀4、桥式起重机：本电站的最重部件为发电机转子带轴重 37.5t，结合厂房布置要求。选用起重机跨度 LK=12m，主副钩最大起升高度分别为 20m 和 22m，主钩最高位置至轨顶距离为 0.911m，小车高度
5、 2.723m。厂房屋顶结构厚度为 2.456 m。四、设计参考资料中华人民共和国行业标准（SL 266-2001）：水电站厂房设计规范 中华人民共和国水利部 编 中国水利水电出版社 2001DLT5186-2004 水力发电厂机电设计规范水力机械（第 2 版）金钟元 编 中国水利水电出版社 1992水电站机电设计手册：水力机械 水利电力出版社 1983水电站建筑物（第二版） 马善定，汪如泽 编 水利水电出版社 1996水工设计手册（第 1 版） 第七卷 水电站建筑物 华东水利学院主编 水利电力出版社 1989专门水工建筑物 - 张光斗，王光纶著 - 上海科学技术出版社 1999水电站厂房设计
6、 顾鹏飞 水利电力出版社 1987小型水电站 陈坤，姚珍格，李柯君 著 水利电力出版社 1993水电站建筑物设计参考资料 张治滨 等编 中国水利水电出版社 1997水电站教学参考资料汇编 江西省水利水电学校 崔清溪 主编 水利电力出版社 1992水利水电工程专业毕业设计指南 (第二版) - 胡明，沈长松 主编 - 中国水利水电出版社 2010五、辅助设备1、 油系统，透平油系统，供应机组轴承的润滑和操作调速器接力器和进水阀用的压力油；绝缘油系统，供应各种电气设备如变压器，油断路器用有，均属于绝缘油系统。两类油的事故排油由管道排往集水井，事故后再将集水井的油抽出来。由于电站距离县城比较近，交通方
7、便，故油化验设备按简化分析设置。2、 供水系统：技术供水，本电站水头范围为 38.0264.32m，水质符合要求，所以采用自供流的方式，取水口设在每台机蝴蝶阀前，以保证自动投入，或切除。消防供水：全厂设以消防用水总管与技术供水总管连通。油库，油处理室和变压器上装有消防喷雾头，一般情况下，采用自流供水能满足全厂消防对水压的要求，但当电站在最小水头运行时，则水压不足，故需另外加两台卧室水泵（一台备用）从下游抽水送至消防总管，同时作为技术供水的备用水泵。3、 排水系统：分机组检修排水，厂房渗漏排水和厂区排水三部分。a， 检修排水，采用廊道间接排水方式，即检修机组是，蜗壳和尾水管汇总的积水通过盘形阀的
8、控制，先流经廊道排往集水井，然后再由水泵抽排至尾水渠，集水井上共设两台检修排水用井泵，两台水泵同时工作，待积水抽空后，再由一台抽排闸门的漏水。b， 渗漏排水，与检修排水公用一集水井，设一条深井泵，检修排水泵可作为渗漏排水泵的备用水泵，渗漏排水泵的起动和切除有液位信号器根据集水井的水位变化控制，集水井的有效容积为 40m3，可利用的廊道容积为 58.7 m3。厂房沉陷，温度缝的渗水，坝体渗水，机组顶盖与主轴密封渗漏水，压力钢管伸缩节漏水等，经厂内排水沟，管引至集水井，然后再由渗漏排水泵抽排至尾水渠。c， 厂区排水，选用 4 台单级双吸卧式泵，厂区排水时 4 台水泵逐台起动，以减小厂用变压器的压降
9、。厂区排水集水井的有效容积为 94.13m3.4、 压缩空气系统：高压气系统选用 1.5m3 储气罐各一只，低压机 2 台（一台备用），为确保制动用气的可靠性，在制动用气储气罐的进气侧装有逆止阀，当两台储气罐压力不平衡时，只允许调相用储气罐的气进入制动储气罐。风动工具盒吹扫用气均用调相供气管引出。5、 直流系统：有一组铅酸蓄电池两套充电装置组成，共全厂和事故情况下控制，保护，信号和自动装置的直流电源。蓄电池按浮充电方式运行。6、 通风，采光：本电站为地面式厂房，主厂房采用自然通风方式，中控室，载波室装设窗式空调器，蓄电池室，酸室装设轴流风机，通过管道将新产出的酸气排至厂外。位于水轮机层副厂房中
10、的母线道，也用轴流风机通风散热。主机房采光用自然采光和人工照明相结合的方式。人工照明的正常电源是厂用电系统，当用电系统事故时，则利用蓄电池室的直流电源供电。7、 尾水闸门：本电站三台机组公用一扇 4X2m 平板滑动钢闸门，由一台 5 吨电动葫芦启动。六、厂区布置主厂房位于坝后河床右岸位置，安装布置在同一岸与右岸进厂公路连接。考虑充分利用厂坝之间的空间并有利于主厂房的通风，采光等因素，将副厂房分为两部分，一部分在主厂房的上游侧，称上游副厂房：另一部分在主厂房左端，称端部副厂房。变电站布置在端部副厂房与溢洪道之间的一块平地上，因溢洪道与变电站成一交角，故变电站为一不规则矩形，面积 200m2。主变
11、压器靠近右端部副厂房布置。为方便主变引出线和进入安装厂检修，两台主变错开布置，且变电站与安装场同高程，并设有运输轨道。进区变开率到引接线及搬运的方便，布置在端部副厂房靠下游侧屋外处，并设置围栏，以保证安全。35KV 配电装置如采用屋外型设备，则受场地限制，布置较困难，故采用屋内型设备。根据进出线方向及总体布置要求，将 35KV 开关室布置在靠变电站下游侧处，开关室面积7.8X19.8m2，设两个出口，为方便维护，110KV 开关站高压设备均采用中型布置，110KV 母线避雷针选用体积较小的氧化锌避雷器，并安装在构架上。在户外开关室下游侧布置有厂区排水泵房。主厂房内部布置1， 发电机层及安装场发
12、电机层与安装场地面同高，布置有 3 台发电机。在机组上虞侧第二象限区布置 YDT-3500 型调速器，每台机组各设 6 块机房盘。布置在主机房上游侧排架柱之间，盘背面距墙 1m。机组中心吸纳上游侧布置蝴蝶阀吊孔（3.4X2.2m），机组中心线下游侧还布置有设备吊物孔（2.5X2.5m ），以吊运水轮机层下的其他较重设备。在发电机层左端布置有通往水轮机层的楼梯。在安装场设有设备吊物孔（2.4X2.4m ）和通往桥吊操作室的钢楼梯，安装场楼梯板上还设有转子轴孔，轴孔下层设转子墩，以便检修时支承转子用。2， 水轮机层在水轮机层上游侧布置操作蝴蝶阀用的油压装置，蝴蝶阀控制柜和碟阀孔。在调速器下面水轮机
13、层上布置有调速轴及其推拉杆。水轮机层下游侧布置油，气，水管道以及机组检修排水用盘形阀和尾水管平压操作阀门竖井。发电机主引出线布置在水轮机层上游侧第二象限+y 偏-x32.5 o 方向发电机风罩上，中性点引出线布置在-x 轴方向的风罩上。在机墩旁水轮机层地面上还布置有复励磁变压器及其保护网。发电机出口电路互感器及中性点电路互感器布置在发电机机墩风罩上。机墩进入孔布置在机墩下游侧。水轮机层右端，安装场下层，布置有油库。油处理室和空气压缩装置及楼梯间。本层还布置有通往发电机层及蝴蝶阀室层的楼梯。3， 蜗壳，尾水管层在蝴蝶阀室中布置有胡得阀及其伸缩节，蝴蝶阀接力器，漏油装置等，尾水管进入孔通道也从蝴蝶
14、阀室中进入。七、主厂房轮廓尺寸1， 主厂房个高程确定水轮机安装高程：一般根据水轮机在各种工况下允许的吸出高度值和相应的上游设计低水位，并考虑厂房位置的地形，地质等条件，经技术，经济比较后确定本电站一条机组在设计水头，额定出力下运行的尾水位 101.1m 作为设计低水位，水轮机吸出高程按下式计算：Hg=10- -K H900式中： =100.1m，K=1.2， =0.128，H p=58m，带入数据的 Hg=0.98（m） 考虑到气蚀系数不能完全反应水轮机的气蚀性能，以及根据水轮机厂家的建议，取Hg=0，即考虑一定的安全裕量因此水轮机的安装高程为：安 =Z 下设线 +Hg+ =100.10+0+
15、 X0.35=100.275(m)b02 12另用其他不利工况下算得的安装高程予以校核，上述安装高程数值均满足要求，厂房落座在岩基上。当一台机组满发是，尾水管出口的淹没深度为 1.653m，满足淹没出流要求，2， 尾水管底板高程和厂房基础开挖高程：本电站尾水管高度为 3.685m，导叶高度bo=0.35m，取尾水管底板结构厚度 0.815m，则尾水管底板高程为：100.275- X0.35-3.685=94.4159（m）12厂房基础开挖高程为 94.415-0.815=95.6（m）此外排水廊道底板高程为 94.315m,集水井底板高程为 91.50m。3， 蝴蝶阀室地面高程：进厂压力钢管中
16、心高程为 100.275m，钢管直径为 2m，因尾水管进人孔从蝴蝶阀室进入，考虑通道要求及蝴蝶阀室开关器的安装，取钢管底部至蝴蝶阀室地面高度为 2m，则蝴蝶阀室地面高程为：100.275- -2=97.275224， 水轮机层地面高程：水轮机层地面高程= 安装高程 100.375+蜗壳进口断面半径 0.902+蜗壳上部混凝土高度0.7m=101.877m5， 发电机层地板高程和安装场地面高程：发电机层的地板高程为 107.255m，根据套用机组的具体尺寸推算得出的。发电机层与水轮机层的高差为 5.378m，满足水轮机层的设备布置和运行维护所需的空间。6， 电站 50 年一遇设计洪水位和 200
17、 年一遇校核洪水位分别为 109.80 和 110.86m，均高于发电机层地板高程，如发电机层布置在下游最高洪水位以上，则仍需从现有高程提高 2.6m 至 3.6m。虽然不够经济，最终决定仍采用 107.255m，但在主机房下游最高洪水位一下设置防洪钢窗，作为急防洪措施，并在厂房下游侧建有混凝土墙，由于超过发电机层高程的洪水位率较小且历时不长，这种措施还是可行的。安装场地地板高程曾考虑略高于下游最高洪水位，而与发电机层不同高的布置方案，这样虽有利于厂房区防洪和对外交通，但因厂房布置在河床中，原地面较低，所以将增加厂区的填石工程量，且该电站主机房的高度是由满足主变检修来控制的，这样将增加厂房的高
18、度，综如上述，实际采用了安装场与发电机层地板同高的布置方案。为确保洪水期安全运行，在厂外设置有防洪墙。尾水平台高层与安装场地板高程相同。7， 吊车轨顶高程：轨顶应按吊运发电机转子带轴，水轮机转轮带轴以及主变三者所需的最大高度控制。发嗲你家转子带轴厂 4.785m，比水轮机转轮带轴 3.74m 要长，故先以吊运发电机转子带轴控制：从下游侧吊运（上游布置机旁盘，调速器等），取转子距地面安全距离为0.6m，吊索长 1m,由吊车资料知吊钩极限位置至轨顶距离为 0.911m，则发电机层地面至吊车轨顶的高度为：0.6+4.785+1.0+0.911=7.296（m）若从吊运主变考虑，要求吊钩与发电机层地面
19、的高度为 7.4m，则发电机层地面至吊车轨顶的高度至少为：7.4+0.911=8.311（m）本电站实际取用 9m，故吊车轨顶高程为：107.255+9=116.255（m）天花板高程和屋顶高程：小车顶部至轨顶的高度为 2.723m，小车顶部至天花板的安全距离取 0.5m，则天花板高程为：116.255+2.723+0.5=119.478（m）厂房屋顶结构厚度为（包括大梁，屋面板，女儿墙）为 2.356m，则屋顶女儿墙顶高程为：119.478+2.456=121.934（m）8， 厂房总高度为 121.934-95.6=26.234m。其中上不结构高度 121.934-107.255=14.6
20、79m。主机房净高（算至吊顶）12.223m。主厂房长度1， 机组间距（机组段长度）：机组间距取决于蜗壳，尾水管或发电机平面尺寸与设备的布置。蜗壳最大宽度为 5.5m，因 2,3 号机组间设有一温度沉陷缝，故取蜗壳间混凝土厚度为2m，则由此所需机组间距为 5.5+2=7.5m。尾水管出口官渡为 3.836m，考虑分缝，取尾水渠闸墩厚 3m，故有尾水管控制所需机组间距为 3.836+3=6.836m。发电机风道外径为 5.9m；机组间布置的 YDT-3500 调速机的平面尺寸为 1.9X1.1m，取道宽 1m，则所需距离约为 9m。综上所述：机组间距不应小于 9m，因 2，3 号机之间分了缝，且
21、布置有并列排架柱，另外考虑到机墩之间电器设备的布置等，最终取机组之间距离为 10m。2， 机边组段长度：与安装场相邻的右边机组段长度，按结构和调速器布置需要取5.5m。与安装场相对一端的左边机组段布置有蝴蝶阀吊孔和楼梯等，因蝴蝶阀中心线与机组中心线的距离为 2.1m，桥吊最大宽度为 6.626m，若取桥吊缓冲器外端至墙的距离为 0.5m,故按吊运蝴蝶阀要求，则左边机组段长不应小于3， 安装场长度及厂房总长度：按检修一台机组在安装场防止四大件考虑，长度为14.4m，相当于机组段长度的 1.44 倍。沿长度方向共设两条温度沉陷缝，缝宽 2cm，则主厂房净长度为2X10+5.5+6.5+14.4+2
22、X0.02=46.42（m）再加安装场一端的边墙厚度 0.4m（另一端为副厂房），则主厂房总长度为：46.42+0.4=46.82（m）主厂房宽度1， 上游侧宽度，是根据发电机房的设备布置决定的。取机旁盘距墙 1m 机旁盘宽0.55m，机旁盘距蝴蝶阀吊孔边缘 0.7m，蝴蝶阀吊孔尺寸 2.2X3.3m(厂房宽度方向2.2m)，蝴蝶阀吊孔至机墩风道外缘 0.7m，机墩风道外半径 2.95m，则主厂房上游侧宽度为 1+0.5+0.7+2.2+0.7+2.95=8.05（m），取 8m。这一尺寸能满足蝴蝶阀，伸缩节，蜗壳进人孔，旁通关和钢管排水管等的布置要求。2， 主厂房下游侧宽度：从满足发电机层设
23、备吊运和在水轮机层布置油，气，水管道等需要，取下游侧宽度为5.5m。这一宽度能满足蜗壳结构布置要求。采用吊车标准跨度 lk=12m，可保证需吊部分均在吊钩的工作范围内。3， 主厂房宽度及厂房基础宽度：主厂房净宽为上下游侧宽度之和即8+5.5+0.5=14.4m。取尾水平台宽 4.9m，上游副厂房与主厂房之间不舍温度沉陷缝，上游副厂房基础宽度为 6.2m，则厂房基础总宽度为：6.2+14.4+4.9=25m副厂房布置1) 上游副厂房：分为两层，第一层与水轮机层同高，上游侧布置母线廊道，下游侧布置电缆廊道和走廊。母线廊道的上游侧布置 1,2 号机组引出线，下游侧布置 3 好机组引出线，均设置保护网
24、。安装场下布置油库，油处理室。油库上游侧布置有空压机室及装配件，第二层与发电机层同高，布置有发电机出口电源互感器柜，励磁电压互感器柜以及设置励磁变压器的单独小贱，在安装场上游侧布置有工具间，高压试验室及楼梯间。2) 端部副厂房共分六层。第一层与水轮机层同高，即 101.877m，布置母线电缆道和水泵房，第二层与发电机层同高即 107.255m，布置 6.3KV，10KV 开关室，蓄电池室，厂用变压器室，厂用配电装置室和电缆竖井等。第三层至第六层，如图所示。第三层高程为 11.86m 布置电缆室（中控室下层），油化验室等,第四层高程为115.36m，布置中控室，值班休息室和交接班室，中控室布置有
25、保护屏。直流屏，公用设备屏事故照明切换屏和水利监测屏等。第五层高程为 121.06m，布置载波通讯室，电工实验室和仪表修理室等。第六层高程为 124.96m，布置会议室，阅览室，资料室及自动化实验室等，第二层以上均设置楼梯间，厕所和洗手间。此外，35KV 开关室布置在变电站中。八、主厂房结构布置1， 上部结构构架，主机室布置三台机组，在安装场与 1 号机组间，2,3 号机组间各设以温度沉陷缝，将主厂房分为三个独立的结构单元。此外，主厂房与端部副厂房之间也设置一道温度沉陷缝（宽度为 2cm），主厂房共设 10 个横向构架（温度沉陷缝出设置并列构架），构架整体浇筑钢架。构架横梁（屋顶大梁）为双坡梁
26、，梁高 120140cm ，梁宽60cm。构架立柱为一变截面柱，下柱（吊车梁底面一下立柱）截面尺寸为60X120cm，上柱截面尺寸为 60X60cm。主厂房上游侧和下游侧立柱分别固结在水轮机层一下和发电机层一下的混凝土墙上。构架纵向设有躲到连系梁，过梁，以增加其纵向刚度。2）屋顶。采用钢筋混凝土现浇屋顶，屋顶纵向向次梁间距为 2.3m，截面尺寸为25X50cm，屋面板厚度 10cm，其上用 2cm 水泥浆抹平。用 1cm 水泥浆面层，加二毡三油，在铺上绿豆沙作为屋面防水层。采用外天沟排水。3）吊车梁：采用钢筋混凝土 T 形梁，梁高 120cm，肋宽 40cm，翼缘宽 60cm，翼缘厚20cm。
27、吊车梁由构架上的牛腿支承。安装场段的吊车梁为二等跨连续梁，1,2 机组段为三跨不等跨连续梁。3 号机组段为二跨不等跨连续梁。4）发电机层楼板梁系。楼板下的主梁布置在上，下游构架立柱间和构架立柱与发电机风罩间。主梁截面尺寸为 40X80cm。未被发电机风道孔切断的主梁跨度较大，故在其下设有截面 40X40cm 的立柱一根。主梁之间布置有若干次梁。发电就层楼板厚度为20cm。2，下部结构下部结构中，机墩和钢蜗壳外围结构为厂房二期混凝土。机墩采用圆筒形，圆筒内径为 2.8m，外径为 5.2m，筒壁厚度为 1.2m。发电机风罩壁厚 0.4m。机墩下游侧开一进人孔，孔高 1.9m，宽 1.2m。钢蜗壳上半圆与其外围混凝土结构之间为 2.5cm 厚的沥青油麻垫层，故钢蜗壳外围混凝土不承受蜗壳传来的内水压力荷载。尾水管为弯曲型，底板与边墩整体现浇，底板厚度为 81.5cm，浇筑尾水管顶板时在99.015m 高程出设一道施工缝。尾水闸墩厚为 1.5m。厂房周围水下墙厚为 1.2m。
