水電站廠房的設(shè)計論文

1、 緒論水電站廠房是水電站主要建筑物之一，是將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設(shè)施。廠房中安裝水輪機、發(fā)電機和各種輔助設(shè)備。通過能量轉(zhuǎn)換，水輪發(fā)電機發(fā)出的電能，經(jīng)變壓器、開關(guān)站等輸入電網(wǎng)送往用戶。所以說水電站廠房是水、機、電的綜合體，又是運行人員進行生產(chǎn)活動的場所。其任務(wù)是滿足主、輔設(shè)備及其聯(lián)絡(luò)的線、纜和管道布置的要求與安裝、運行、維修的需要；為運行人員創(chuàng)造良好的工作條件；以美觀的建筑造型協(xié)調(diào)與美化自然環(huán)境。水電站廠區(qū)包括：（1）主廠房。布置著水電站的主要動力設(shè)備（水輪發(fā)電機組）和各種輔助設(shè)備的主機室（主機間），及組裝、檢修設(shè)備的裝配場（安裝間），是水電站廠房的主要組成部分。（2）副廠房。布置著控制設(shè)備

2、、電氣設(shè)備和輔助設(shè)備，是水電站的運行、控制、監(jiān)視、通訊、試驗、管理和運行人員工作的房間。（3）主變壓器場。裝設(shè)主變壓器的地方。電能經(jīng)過主變壓器升高到規(guī)定的電壓后引到開關(guān)站。（4）開關(guān)站（戶外高壓配電裝置）。裝設(shè)高壓開關(guān)、高壓母線和保護措施等高壓電氣設(shè)備的場所，高壓輸電線由此將電能輸往用戶，要求占地面積較大。由于水電站的開發(fā)方式、樞紐布置、水頭、流量、裝機容量、水輪發(fā)電機組形式等因素，及水文、地質(zhì)、地形等條件的不同，加上政治、經(jīng)濟、生態(tài)及國防等因素的影響，廠房的布置方式也各不相同，所以廠房的類型有各種不同的劃分，例如按機組工作特點可分為立式機組廠房、臥式機組廠房。根據(jù)廠房在水電站樞紐中的位置及其

3、結(jié)構(gòu)特征，水電站廠房可分為以下三種基本類型：1. 壩后式廠房。廠房位于攔河壩下游壩趾處，廠房與壩直接相連，發(fā)電用水直接穿過壩體引人廠房。 2. 河床式廠房。廠房位于河床中，本身也起擋水作用，如廣西西津水電站廠房。若廠房機組段內(nèi)還布置有泄水道，則成為泄水式廠房（或稱混合式廠房），。 3. 引水式廠房。廠房與壩不直接相接，發(fā)電用水由引水建筑物引人廠房。當廠房設(shè)在河岸處時稱為引水式地面廠房。 水電站廠房是專門的水工建筑物,它具有一般水工建筑物的共性,故其設(shè)計有以下的特點: （1）廠房內(nèi)安裝水輪機發(fā)電機組和輔助設(shè)備,以及控制操作和進行量測的設(shè)備,主要任務(wù)是發(fā)電,所以廠房設(shè)計必須保證機電設(shè)備的安全運行和

4、提供良好的維護條件。 （2）水電站廠房是水工、機械和電機以及自動控制、電子設(shè)備的綜合體,在設(shè)計、施工和運行中,必須把幾個方面配合好,使綜合體優(yōu)化。 （3）水電站廠房設(shè)計應(yīng)力求緊湊和簡單,使建筑上美觀,運行方便,而不求豪華。 （4）廠房內(nèi)運行管理人員應(yīng)力求精簡,應(yīng)保證他們有良好工作條件和衛(wèi)生環(huán)境。 （5）水電站廠房多建在偏僻地區(qū),而機電設(shè)備一般既大又重,所以必須有較好的對外交通運輸條件。 （6）設(shè)計水電站廠房時,要根據(jù)當?shù)氐牡匦巍⒌刭|(zhì)和水文條件,既考慮安排好壓力輸水管的進水和尾水管的出水條件,又要考慮到廠房與變壓器和開關(guān)站在布置上的配合要求。 由上述特點可見,水電站廠房設(shè)計是比較復雜的,其中最關(guān)

5、鍵的是要選擇好水輪發(fā)電機組,即要盡可能選用轉(zhuǎn)速高、尺寸小、重量輕的機組,因為廠房尺寸和起重設(shè)備的規(guī)模等都是隨著機組的尺寸而定的。對于一般的地面式廠房,選擇合適的吸出高度也是非常重要的。而且,全廠的機組臺數(shù)不宜太多?？傊?在設(shè)計中要做多個比較布置方案,進行技術(shù)經(jīng)濟、運行管理綜合比較,以選擇確定最優(yōu)設(shè)計方案。第一章 水電站廠房的位置及形式選定第一節(jié) 水電站廠房的選擇 根據(jù)報告審查會決定采用鋼筋混凝土面板堆石壩為壩型，選中壩址建壩。左岸河岸式溢洪道，右岸長隧洞引水，在桐子營大橋以下420米處河道右側(cè)建岸邊廠房的樞紐總體布置方案。通過工程所在地區(qū)水文、地質(zhì)、地形、地貌構(gòu)造，初步擬定在桐子營大橋以下42

6、0米處，靠近貢水河的右岸桔園處建設(shè)廠房，采用引水式廠房布置形式，通過有壓隧洞引水。選此處是因為該地區(qū)位于角礫巖、粉砂巖巖基上，地基比較好，地勢平坦、開闊，廠房容易布置，從而工程開挖量小，交通便利，可節(jié)省材料和費用，便于工程的施工，另外，該地區(qū)靠近汞水河，從而比較容易泄水。第二節(jié) 廠房布置方岸的選定 方岸一：主廠房位于桔園平坦處，副廠房位于主廠房上游一側(cè)，升壓站緊接副廠房，尾水渠布置在主廠房下游，斜對河岸。這個方岸的優(yōu)點是（1）基礎(chǔ)開挖幾劈坡工程量小。（2）尾水出口與河道斜交，免受下泄洪水的頂托。（3）升壓站緊接副廠房，縮短了引出線的長度。 方岸二：副廠房位于主廠房的兩側(cè)，位于進廠公路的一側(cè)，升

7、壓站位于主廠房的左側(cè)，尾水渠布置在主廠房的下游。這個方岸的優(yōu)點是（1）靠近公路，交通便利。（2）升壓站遠離副廠房，延長了引出線的長度。 對于上述兩個方岸的比較，可以得出結(jié)論：方岸一，工程量小，主副廠房布置緊湊，廠區(qū)布置合理，雖有一些不足之處，但較方案二是利多弊少，故采用方案一。第二章 下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與布置第一節(jié) 水輪機的計算一、水輪機型號及主要參數(shù)選擇： 1.水電站最大水頭=65.89m，設(shè)計水頭=50.4m，加權(quán)平均水頭=50.4m,最小水頭=35.7m，裝機容量為24MV，初步布置2臺機組，則單機容量為12MV。 2. 水輪機型號選擇根據(jù)該水電站的水頭變化范圍35.7m65.89m,在水輪

8、機系列型譜表3-4，查出合適的機型有HL230和HL220,現(xiàn)將這兩種水輪機作為初選方案，分別求出其有關(guān)系數(shù)，并進行分析。水輪機HL230型水輪機方案的主要參數(shù)選擇 （1）轉(zhuǎn)輪直徑計算 查表3-6可得HL230型水輪機在限制工況下的單位流量=1110L/S=1.11/s,效率=85.2%，由此可初步假定原型水輪機在該工況下的單位流量=1.11/s,效率=86.0%，設(shè)=97%水輪機的額定出力 =12371KW,上述的、和=12371KW、=50.4m代入式 =1.85m 2.1選用與之接近而偏大的標稱直徑=2.0m（2）轉(zhuǎn)速n的計算 查表3-4可得HL230水輪機在最有工況下單位轉(zhuǎn)速=71.0

9、r/min,初步假定=71.0r/min,將已知的和=50.4m，=2.0m代入式 n=252.0r/min,選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=300r/min. 2.23.效率及單位參數(shù)修正HL230型水輪機在 最優(yōu)工況下的模型最高效率為=90.7%，模型轉(zhuǎn)輪直徑為=0.404，根據(jù)式3-14 可得原型效率：=1-=1-=93.2% 2.3 則效率修正值為=93.2%-90.7%=2.5%. 考慮到模型與原型水輪機在 制造工藝質(zhì)量上的差異，常在已求得的值中再減去一個修正值。先取=1.7%，則可得效率修正值為=1.7%，由此可得原型水輪機在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為 （與上述假定值相同）單位轉(zhuǎn)

10、速的修正值按下式計算： 2.4 則 =由于，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時單位流量也可不加修正。由上可見原假定的=86%、是正確的，那么上述計算及選用的結(jié)果，是正確的。4.工作范圍的檢驗 在選定，后，水輪機的及各特征水頭相對應(yīng)的即可計算出來。水輪機在下工作時，其即為，故=1.0241.11/s 2.5則水輪機的最大引用流量為與特征水頭和相對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為 2.6r/min在HL230型水輪機模型綜合特性曲線圖上分別繪出，的直線，這三根直線所圍成的水輪機工作范圍（圖中陰影部分）基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)，所以對于HL230型水輪機方案，所選定的參數(shù)，是合理的。5.吸出高度計算 由水輪機的設(shè)

11、計工況參數(shù)=84.52r/min,在圖上可查得相應(yīng)的氣蝕系數(shù)約為，并在圖2-26上查得氣蝕系數(shù)的修正值約為，由此可求出水輪機的吸出高度為： 2.7可見HL230型水輪機方案的吸出高度滿足電站要求。二、水輪機HL220型水輪機方案的主要參數(shù)選擇 1. 轉(zhuǎn)輪直徑的計算查水力機械可得HL220型水輪機在限制工況下的單位流量=1150L/S=1.15/s,效率=89.0%，由此可初步假定原型水輪機在該工況下的單位流量=1.15/s,效率=90.0%，設(shè)=97%水輪機的額定出力 =12371KW上述的、和=12371KW、=50.4m代入式 =選用與之接近而偏大的標稱直徑=2.0m2. 轉(zhuǎn)速n的計算 水

12、力機械查表3-4可得HL220水輪機在最有工況下單位轉(zhuǎn)速=70.0r/min,初步假定=70.0r/min,將已知的和=50.4m，=2.0m代入式n=248.5r/min,選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=250r/min.3. 效率及單位參數(shù)修正 可得HL230型水輪機在 最優(yōu)工況下的模型最高效率為=91.0%，模型轉(zhuǎn)輪直徑為=0.46，根據(jù)式3-14 可得原型效率=1-=1-=93.3%則效率修正值為=93.3%-91.0%=2.3%. 考慮到模型與原型水輪機在 制造工藝質(zhì)量上的差異，常在已求得的值中再減去一個修正值。先取=1.3%，則可得效率修正值為=1.0%，由此可得原型水輪機在最優(yōu)工

13、況和限制工況下的效率為 （與上述假定值相同）單位轉(zhuǎn)速的修正值按下式計算：則 =由于，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時單位流量也可不加修正。由上可見原假定的=90.0%、是正確的，那么上述計算及選用的結(jié)果，是正確的。4. 工作范圍的檢驗 在選定，后，水輪機的及各特征水頭相對應(yīng)的即可計算出來。水輪機在下工作時，其即為，故=0.968mm,取 3.30因，取 3.31判斷大小偏心，因為mmmm,所以按大偏心受壓構(gòu)件計算mm. 3.32對于級鋼筋查水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學得。3.33所以按最小配筋率計算，查附錄四表3知=.選用。 3.34 3.353.36選用在負向彎矩作用下，立柱外側(cè)受拉，所以必須通過配筋

14、計算來保證柱得外側(cè)受拉強度。已知M=-535.38KN.M,N=439.73KN, =2945(即正向彎矩時配置得)按上述同樣方法計算得知，按大偏心受壓構(gòu)件計算：選用2.截面-，因截-面得兩組內(nèi)力設(shè)計值均小于截面-兩組對應(yīng)內(nèi)力設(shè)計值，配筋時只需將截面-配置得鋼筋直通至截面-即可，不用作配筋計算。3.截面-，已知M=-111.77KN.M, N=262.50KN, b=h=500MM，取a=40MM，其余資料同截面-。上柱計算長度，所以需要考慮縱向彎曲得影響。求值;=426mmmm,取因，取判斷大小偏心，因為mmmm,所以按大偏心受壓構(gòu)件計算mm.對于級鋼筋查水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學得。所以按最小配

15、筋率計算，查附錄四表3知=.選用。 選用在正向彎矩M=5.03KN.M及相應(yīng)軸力N=236.25KN作用下，經(jīng)計算承載力滿足要求。4.箍筋配置剪跨比，上柱，取下柱，取。因為-截面最大剪力V=-39.40KN,N=262.50KN -截面最大剪力V=7.82KN，N=773.26KN-截面最大剪力V=-58.08KN，N=439.73KN 所以按構(gòu)造配箍筋：根據(jù)規(guī)范柱中非加密區(qū)選用雙肢箍，加密區(qū)配置雙肢箍。所以，經(jīng)驗算滿足箍筋最小配筋率得要求。為了防止中間縱向鋼筋得曲凸，還需添置附加箍筋。圖3-9 柱配筋圖總 結(jié)這次我所做的設(shè)計題目是水電站廠房設(shè)計。設(shè)計開始的第一周，從圖書館和老師那里得到了很多所需的參考資料，圖紙和規(guī)范。從第二周開始，進行了廠房的位置選擇和型式擬定，根據(jù)老師給出的地質(zhì)、水文、氣象及地震等級資料并綜合考慮當?shù)亍⒔?jīng)濟條件和施工難度等因素,結(jié)合工程有關(guān)條件,選擇在桐子營大橋以下420米桔