水利工程論文-燈泡貫流式水電站廠房三維靜動(dòng)力分析(二).doc

水利工程論文-燈泡貫流式水電站廠房三維靜動(dòng)力分析(二)摘要：國(guó)內(nèi)水利水電工程建設(shè)目前正處于前所未有的蓬勃發(fā)展時(shí)期，許多低水頭徑流式水電站建設(shè)逐步在我國(guó)的江河上興建，其中燈泡貫流式水電站由于流道平坦，機(jī)組過(guò)流量大、單位轉(zhuǎn)速高、效率高、尺寸小、重量輕、能量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好等優(yōu).點(diǎn)成為目前比較普遍的一種開(kāi)發(fā)型式。然而，由于燈泡貫流式水電站廠房獨(dú)特的布置型式，致使應(yīng)力分布有不同于常規(guī)水電站廠房的特點(diǎn)，特別是在高地震烈度區(qū)修建的燈泡貫流式水電站。因此，本項(xiàng)目的研究分析具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：燈泡貫流式水電站靜、動(dòng)力計(jì)算分析有限元1.3燈泡貫流式水電站廠房布置及特點(diǎn)29511.3.1廠房類(lèi)型燈泡式貫流機(jī)組廠房多為擋水廠房，廠房本身作為樞紐擋水建筑物的一部分。擋水廠房可分為單純擋水廠房和溢流廠房。由于廠房兼作擋水建筑物，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與閘坎等擋水建筑物相同。單純擋水廠房為通常采用的形式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廠房四周有足夠高的擋水墻擋水，水庫(kù)上游來(lái)水流量大于發(fā)電用水時(shí)，多余水量由瀉水閘棄水。溢流廠房可通過(guò)廠房頂瀉流，分擔(dān)瀉水任務(wù)，減少瀉水閘孔數(shù)，節(jié)省瀉水閘工程量。溢流廠房上、下游擋水墻無(wú)須設(shè)置到水庫(kù)最高水位以上，廠房本身土建工程量也可減少。同時(shí)廠房的浮托力也減少，廠房的接觸力也可大為改善。廠房頂溢流堰面可設(shè)閘門(mén)也可不設(shè)閘門(mén)。不設(shè)閘門(mén)時(shí)，水位超過(guò)溢流堰面時(shí)，自由溢流棄水，可省去金屬結(jié)構(gòu)工程量。樞紐正常蓄水位較高時(shí)，通常設(shè)置閘門(mén)擋水，水庫(kù)需要棄水時(shí)，由閘門(mén)控制瀉流。在溢流棄水發(fā)電時(shí)，由于水流的射流作用增加發(fā)電量，在溢流棄水不發(fā)電時(shí)，減少或清除了廠房尾水的回流淤積。溢流廠房的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，比常規(guī)擋水廠房施工難度大。在有條件的情況下采用溢流廠房其經(jīng)濟(jì)效益還是很好的。1.3.2廠房布置及特點(diǎn)（1）流道及進(jìn)出口設(shè)備布置燈泡式水輪發(fā)電機(jī)組過(guò)水流道外形由生產(chǎn)廠家根據(jù)試驗(yàn)確定并提供給設(shè)計(jì)部門(mén)，流道通?？煞殖蛇M(jìn)口段、中段和出口段。燈泡式水輪發(fā)電機(jī)組放置在流道中段內(nèi)，其上游部分為進(jìn)口段，下游部分為出口段。流道進(jìn)口段通常布置有攔污柵、檢修閘門(mén)及其所屬的起閉設(shè)備和進(jìn)口閘墩、胸墻及橋面結(jié)構(gòu)。上游閘門(mén)至機(jī)組首部距離很近，流道進(jìn)口的布置主要是確定攔污形式和攔污柵、檢修門(mén)及壩頂公路的相對(duì)位置。大多數(shù)燈泡貫流式機(jī)組電站在廠房渠道進(jìn)水口處依次設(shè)置攔污浮排、攔沙坎、攔污柵,以攔截飄浮物和防止推移質(zhì)泥沙進(jìn)入機(jī)組流道。現(xiàn)在有部分電站,取消攔污浮排,在電站進(jìn)水口上游的攔沙坎上設(shè)置一排攔污柵,即把攔污柵布置在進(jìn)水墩前緣上游數(shù)十米處。采用這種通敞式布置的主要優(yōu)點(diǎn)有:因攔污柵離廠房有一定的距離,使廠房前有一相對(duì)靜水區(qū),水流流態(tài)比較穩(wěn)定,過(guò)柵流速較小,污物容易清除,由于攔污柵引起的水頭損失小,可以提高機(jī)組出力；一旦某孔攔污柵被污物堵塞嚴(yán)重,水流可以從其它孔通過(guò),在廠房前的靜水區(qū)內(nèi)進(jìn)行調(diào)整,不至于對(duì)某一機(jī)組的發(fā)電出力產(chǎn)生明顯的影響,因此,通敞式攔污柵不失為一種好的布置形式。流道出口段布置有尾水閘門(mén)及其啟閉設(shè)備。由于貫流式機(jī)組流道平直,機(jī)組上下游閘門(mén)的設(shè)計(jì)水頭和操作水頭相差不大,從經(jīng)濟(jì)角度尾水閘門(mén)亦具備作為工作閘門(mén)的條件。尾水快速閘門(mén)和尾水事故閘門(mén)是貫流式機(jī)組電站尾水閘門(mén)布置的兩種類(lèi)型,也是防機(jī)組飛逸事故的常用過(guò)速保護(hù)措施,當(dāng)電站采用機(jī)組和尾水閘門(mén)聯(lián)合運(yùn)行方式時(shí),又是控制電站流量流道的工作閘門(mén)。（2）主廠房布置燈泡貫流式機(jī)組主機(jī)成臥式布置在流道內(nèi)，尾水管為直錐形，對(duì)溢流式和非溢流式等各種廠房結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的適應(yīng)性，溢流式廠房雖然可節(jié)省廠房投資，但這種廠房有噪音大、通風(fēng)采光條件差、吊物孔受氣候影響、溢流面的吊物孔密封要求高等缺點(diǎn)，在我國(guó)所建崖電站中大多采用非溢流封閉式廠房。機(jī)組間距、廠房高度、跨度燈泡貫流式機(jī)組的安裝程序有兩種:第一種，尾水管里襯(包括法蘭段)管形座接力器基礎(chǔ)(廠房封頂)橋機(jī)機(jī)組。第二種，尾水管里襯(廠房到頂)橋機(jī)管形座機(jī)組尾水管里襯法蘭段。主廠房高度主要決定于配水環(huán)(導(dǎo)水機(jī)構(gòu))組件翻身的吊裝要求。各大件吊裝方法必須與廠家協(xié)商，認(rèn)真對(duì)待，一旦沒(méi)有考慮周到，將給安裝檢修帶來(lái)很大麻煩。主廠房跨度主要由機(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸和發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)各部件的安裝要求決定。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子安裝前，先將燈泡頭冷卻套(或發(fā)電機(jī)上游柜架)吊入機(jī)坑內(nèi)。為了方便安裝，應(yīng)認(rèn)真審查廠家發(fā)電機(jī)安裝豎并的尺寸，滿(mǎn)足幾個(gè)大件的安裝要求。燈泡式機(jī)組間距主要由流道尺寸決定，一般比常規(guī)機(jī)組小。由于管形座的支臂已形成進(jìn)入機(jī)組內(nèi)部的通道，有些大型機(jī)組此通道與廊道相接，故在機(jī)組之間不必設(shè)置樓梯，只需在主廠房?jī)啥嗽O(shè)置樓梯至水輪機(jī)廊道。樓梯進(jìn)口可設(shè)在主廠房下游側(cè)副廠房?jī)?nèi)。目前國(guó)內(nèi)已運(yùn)行和在建的燈泡貫流式機(jī)組電站，主廠房的布置形式各有其特點(diǎn)，歸納起來(lái)有以下幾種:主廠房分運(yùn)行層、管道層和廊道層共三層的格式。國(guó)產(chǎn)機(jī)組的調(diào)速器和油壓裝置管道接口以及回油箱等設(shè)備均布置在樓板下面，加之輔助設(shè)備較多，尺寸大，如果都布置在運(yùn)行層，水工結(jié)構(gòu)、設(shè)備布置方面都有一些困難?；蛘呷绻掠嗡惠^高，安裝場(chǎng)需抬高，運(yùn)行層與安裝場(chǎng)取同一高程的話，下面的空間高，可增設(shè)管道層。這樣，運(yùn)行層顯得整齊、美觀、方便，把一些閥門(mén)、自動(dòng)化元件等附屬設(shè)備布置在管道層也便于操作維護(hù)，兩全其美。而運(yùn)行層設(shè)一整層還是局部，通常又有兩種方式:運(yùn)行層為局部，布置成半弧島式，僅下游側(cè)設(shè)有運(yùn)行層，發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)豎井的蓋板在管道層。這樣可減少噪音的影響，管道層檢修維護(hù)方便，節(jié)省投資，但這種布置由于運(yùn)行層面積小，運(yùn)行維護(hù)不夠方便。運(yùn)行層為整層，將發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)安裝豎井的蓋板布置在運(yùn)行層，這樣就形成了整個(gè)運(yùn)行層地面，比較寬敞，運(yùn)行管理方便。對(duì)于管道層中管道、電纜的布置方式，可根據(jù)此層的高度以及其它綜合因素分如下在運(yùn)行層的樓板下面架空和在管道層分別設(shè)置管道溝及電纜溝兩種。廊道層是貫穿各機(jī)組的通道，此層布置有軸承油箱、測(cè)量管路、排水泵等輔助設(shè)備。主廠房分運(yùn)行層與廊道層共二層的格式。如前所述，進(jìn)口機(jī)組的調(diào)速器、回油箱、油壓裝置之間聯(lián)接管路的接口在側(cè)面，閥門(mén)自動(dòng)化元件布置較集中，組合體積小，其管道及閥門(mén)等輔助設(shè)備只需在主機(jī)周?chē)晕⒌鸵稽c(diǎn)的坑中布置便可，有些自動(dòng)化元件布置在燈泡體內(nèi)，只需將聯(lián)接管路和電纜布置在機(jī)組兩側(cè)的電纜溝和管道溝內(nèi)，不必設(shè)管道層。這樣，既節(jié)省土建費(fèi)用又方便運(yùn)行，主廠房寬敞。例如:南津渡、馬跡塘等電站都是如此。由于國(guó)產(chǎn)機(jī)組調(diào)速器、油壓裝置等設(shè)備的要求，耀設(shè)管道層即主廠房分三層是合理的，如果制造廠能鈞調(diào)速器及油壓裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使自動(dòng)化元件盡量布置在機(jī)械拒內(nèi)或燈泡體內(nèi)，連接管接口布置采幾進(jìn)口機(jī)組的形式，這樣主機(jī)室就可以分兩層布置，既司減少工程量又便于運(yùn)行管理。（3）副廠房的布置副廠房必須便于同主廠房聯(lián)系,還應(yīng)注意運(yùn)行人員的工作條件。為了充分利用尾水管基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以上的空間,副廠房布置在主機(jī)室的下游側(cè),這是燈泡貫流式機(jī)組電站常用的格局。機(jī)旁盤(pán)、勵(lì)磁盤(pán)宜布置在這里且與操作層同高程,便于運(yùn)行管理。在尾水管上部布置副廠房節(jié)省投資,但是這樣副廠房通風(fēng)差、噪音大,工作環(huán)境差。尤其是有些尾水副廠房頂層兼作公路橋梁(如馬跡塘水電站),汽車(chē)開(kāi)過(guò)時(shí)振動(dòng)、噪聲都比較大。因此中央控制室、載波通信室、資料室等主要生產(chǎn)副廠房(這些需要運(yùn)行人員8連續(xù)工作的場(chǎng)所),不宜放在尾水平臺(tái)上副廠房?jī)?nèi),應(yīng)放在靠近岸邊安裝場(chǎng)靠下游側(cè)的副廠房?jī)?nèi)(如木京電站)。為改善下游側(cè)副廠房的通風(fēng)條件和采光條件,可將下游擋水墻向后移,使之