水電站廠房的設(shè)計(jì)(蘭州交大)

1、蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE PAGE 63 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(jī)、發(fā)電機(jī)和各種輔助設(shè)備。通過能量轉(zhuǎn)換，水輪發(fā)電機(jī)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(jī)、電的綜合體，又是運(yùn)行人員進(jìn)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(yùn)行、維修的需要；為運(yùn)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）主廠廠房。布布置著水水電站的的主要動動力設(shè)備備（水輪輪發(fā)電機(jī)機(jī)組）和和各種輔輔助設(shè)備備的主機(jī)機(jī)室（主主機(jī)間），及及組裝、檢檢

2、修設(shè)備備的裝配配場（安安裝間），是是水電站站廠房的的主要組組成部分分。（2）副廠廠房。布布置著控控制設(shè)備備、電氣氣設(shè)備和和輔助設(shè)設(shè)備，是是水電站站的運(yùn)行行、控制制、監(jiān)視視、通訊訊、試驗(yàn)驗(yàn)、管理理和運(yùn)行行人員工工作的房房間。（3）主變變壓器場場。裝設(shè)設(shè)主變壓壓器的地地方。電電能經(jīng)過過主變壓壓器升高高到規(guī)定定的電壓壓后引到到開關(guān)站站。（4）開關(guān)關(guān)站（戶戶外高壓壓配電裝裝置）。裝裝設(shè)高壓壓開關(guān)、高高壓母線線和保護(hù)護(hù)措施等等高壓電電氣設(shè)備備的場所所，高壓壓輸電線線由此將將電能輸輸往用戶戶，要求求占地面面積較大大。由于水電站站的開發(fā)發(fā)方式、樞樞紐布置置、水頭頭、流量量、裝機(jī)機(jī)容量、水水輪發(fā)電電機(jī)組形形式

3、等因因素，及及水文、地地質(zhì)、地地形等條條件的不不同，加加上政治治、經(jīng)濟(jì)濟(jì)、生態(tài)態(tài)及國防防等因素素的影響響，廠房房的布置置方式也也各不相相同，所所以廠房房的類型型有各種種不同的的劃分，例例如按機(jī)機(jī)組工作作特點(diǎn)可可分為立立式機(jī)組組廠房、臥臥式機(jī)組組廠房。根據(jù)廠房在水電站樞紐中的位置及其結(jié)構(gòu)特征，水電站廠房可分為以下三種基本類型：1. 壩后后式廠房房。廠房房位于攔攔河壩下下游壩趾趾處，廠廠房與壩壩直接相相連，發(fā)發(fā)電用水水直接穿穿過壩體體引人廠廠房。 2. 河床床式廠房房。廠房房位于河河床中，本本身也起起擋水作作用，如如廣西西西津水電電站廠房房。若廠廠房機(jī)組組段內(nèi)還還布置有有泄水道道，則成成為泄水水式

4、廠房房（或稱稱混合式式廠房），。 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(dāng)廠房設(shè)在河岸處時稱為引水式地面廠房。 水水電站廠廠房是專專門的水水工建筑筑物,它它具有一一般水工工建筑物物的共性性,故其其設(shè)計(jì)有有以下的的特點(diǎn): （11）廠房房內(nèi)安裝裝水輪機(jī)機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)組和輔輔助設(shè)備備,以及及控制操操作和進(jìn)進(jìn)行量測測的設(shè)備備,主要要任務(wù)是是發(fā)電,所以廠廠房設(shè)計(jì)計(jì)必須保保證機(jī)電電設(shè)備的的安全運(yùn)運(yùn)行和提提供良好好的維護(hù)護(hù)條件。 （22）水電電站廠房房是水工工、機(jī)械械和電機(jī)機(jī)以及自自動控制制、電子子設(shè)備的的綜合體體,在設(shè)設(shè)計(jì)、施施工和運(yùn)運(yùn)行中,必須把把幾個方方面配合合好,使使綜合體

5、體優(yōu)化。 （33）水電電站廠房房設(shè)計(jì)應(yīng)應(yīng)力求緊緊湊和簡簡單,使使建筑上上美觀,運(yùn)行方方便,而而不求豪豪華。 （44）廠房房內(nèi)運(yùn)行行管理人人員應(yīng)力力求精簡簡,應(yīng)保保證他們們有良好好工作條條件和衛(wèi)衛(wèi)生環(huán)境境。 （55）水電電站廠房房多建在在偏僻地地區(qū),而而機(jī)電設(shè)設(shè)備一般般既大又又重,所所以必須須有較好好的對外外交通運(yùn)運(yùn)輸條件件。 （66）設(shè)計(jì)計(jì)水電站站廠房時時,要根根據(jù)當(dāng)?shù)氐氐牡匦涡?、地質(zhì)質(zhì)和水文文條件,既考慮慮安排好好壓力輸輸水管的的進(jìn)水和和尾水管管的出水水條件,又要考考慮到廠廠房與變變壓器和和開關(guān)站站在布置置上的配配合要求求。 由由上述特特點(diǎn)可見見,水電電站廠房房設(shè)計(jì)是是比較復(fù)復(fù)雜的,其中最最

6、關(guān)鍵的的是要選選擇好水水輪發(fā)電電機(jī)組,即要盡盡可能選選用轉(zhuǎn)速速高、尺尺寸小、重重量輕的的機(jī)組,因?yàn)閺S廠房尺寸寸和起重重設(shè)備的的規(guī)模等等都是隨隨著機(jī)組組的尺寸寸而定的的。對于于一般的的地面式式廠房,選擇合合適的吸吸出高度度也是非非常重要要的。而而且,全全廠的機(jī)機(jī)組臺數(shù)數(shù)不宜太太多?？偪傊?在在設(shè)計(jì)中中要做多多個比較較布置方方案,進(jìn)進(jìn)行技術(shù)術(shù)經(jīng)濟(jì)、運(yùn)運(yùn)行管理理綜合比比較,以以選擇確確定最優(yōu)優(yōu)設(shè)計(jì)方方案。第一章 水水電站廠廠房的位位置及形形式選定定第一節(jié) 水水電站廠廠房的選選擇 根根據(jù)報告告審查會會決定采采用鋼筋筋混凝土土面板堆堆石壩為為壩型，選選中壩址址建壩。左左岸河岸岸式溢洪洪道，右右岸長隧隧洞

7、引水水，在桐桐子營大大橋以下下4200米處河河道右側(cè)側(cè)建岸邊邊廠房的的樞紐總總體布置置方案。通通過工程程所在地地區(qū)水文文、地質(zhì)質(zhì)、地形形、地貌貌構(gòu)造，初初步擬定定在桐子子營大橋橋以下4420米米處，靠靠近貢水水河的右右岸桔園園處建設(shè)設(shè)廠房，采采用引水水式廠房房布置形形式，通通過有壓壓隧洞引引水。選選此處是是因?yàn)樵撛摰貐^(qū)位位于角礫礫巖、粉粉砂巖巖巖基上，地地基比較較好，地地勢平坦坦、開闊闊，廠房房容易布布置，從從而工程程開挖量量小，交交通便利利，可節(jié)節(jié)省材料料和費(fèi)用用，便于于工程的的施工，另另外，該該地區(qū)靠靠近汞水水河，從從而比較較容易泄泄水。第二節(jié) 廠廠房布置置方岸的的選定 方方岸一：主廠房房

8、位于桔桔園平坦坦處，副副廠房位位于主廠廠房上游游一側(cè)，升升壓站緊緊接副廠廠房，尾尾水渠布布置在主主廠房下下游，斜斜對河岸岸。這個個方岸的的優(yōu)點(diǎn)是是（1）基基礎(chǔ)開挖挖幾劈坡坡工程量量小。（22）尾水水出口與與河道斜斜交，免免受下泄泄洪水的的頂托。（33）升壓壓站緊接接副廠房房，縮短短了引出出線的長長度。 方方岸二：副廠房房位于主主廠房的的兩側(cè)，位位于進(jìn)廠廠公路的的一側(cè)，升升壓站位位于主廠廠房的左左側(cè)，尾尾水渠布布置在主主廠房的的下游。這這個方岸岸的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是（11）靠近近公路，交交通便利利。（22）升壓壓站遠(yuǎn)離離副廠房房，延長長了引出出線的長長度。 對對于上述述兩個方方岸的比比較，可可以得出出結(jié)論

9、：方岸一一，工程程量小，主主副廠房房布置緊緊湊，廠廠區(qū)布置置合理，雖雖有一些些不足之之處，但但較方案案二是利利多弊少少，故采采用方案案一。第二章 下下部結(jié)構(gòu)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)與布置置第一節(jié) 水水輪機(jī)的的計(jì)算一、水輪機(jī)機(jī)型號及及主要參參數(shù)選擇擇： 11.水電電站最大大水頭=65.89mm，設(shè)計(jì)計(jì)水頭=50.4m，加加權(quán)平均均水頭=500.4mm,最小水頭=35.7m，裝裝機(jī)容量量為244MV，初初步布置置2臺機(jī)機(jī)組，則則單機(jī)容容量為112MVV。 22. 水水輪機(jī)型型號選擇擇根據(jù)該水電電站的水水頭變化化范圍335.77m665.889m,在水輪輪機(jī)系列列型譜表表3-44，查出出合適的的機(jī)型有有HL223

10、0和和HL2220,現(xiàn)將這這兩種水水輪機(jī)作作為初選選方案，分分別求出出其有關(guān)關(guān)系數(shù)，并并進(jìn)行分分析。水輪機(jī)HLL2300型水輪輪機(jī)方案案的主要要參數(shù)選選擇 （11）轉(zhuǎn)輪輪直徑計(jì)計(jì)算 查查表3-6可得得HL2230型型水輪機(jī)機(jī)在限制制工況下下的單位位流量=11110L/S=11.111/s,效率=85.2%，由由此可初初步假定定原型水水輪機(jī)在在該工況況下的單單位流量量=1.11/s,效效率=886.00%，設(shè)設(shè)=977%水輪機(jī)的額額定出力力 =1223711KW,上述的的、和=1223711KW、=50.4m代入式 =1.85m 2.1選用與之接接近而偏偏大的標(biāo)標(biāo)稱直徑徑=2.0m（2）轉(zhuǎn)速速n

11、的計(jì)計(jì)算 查查表3-4可得得HL2230水水輪機(jī)在在最有工工況下單單位轉(zhuǎn)速速=711.0rr/miin,初初步假定定=711.0rr/miin,將將已知的的和=500.4mm，=22.0mm代入式式 n=2552.00r/mmin,選用與與之接近近而偏大大的同步步轉(zhuǎn)速nn=3000r/minn. 2.223.效率及及單位參參數(shù)修正正HL2300型水輪輪機(jī)在 最優(yōu)工工況下的的模型最最高效率率為=990.77%，模模型轉(zhuǎn)輪輪直徑為為=0.4044，根據(jù)據(jù)式3-14 可得原原型效率率：=1-=1-=93.2% 2.33 則效率修正正值為=93.2%-90.7%=2.55%. 考考慮到模模型與原原型水

12、輪輪機(jī)在 制造工工藝質(zhì)量量上的差差異，常常在已求求得的值值中再減減去一個個修正值值。先取取=1.7%，則則可得效效率修正正值為=1.77%，由由此可得得原型水水輪機(jī)在在最優(yōu)工工況和限限制工況況下的效效率為 （與上述述假定值值相同）單位轉(zhuǎn)速的的修正值值按下式式計(jì)算： 2.44 則 =由于，按規(guī)規(guī)定單位位轉(zhuǎn)速可可不加修修正，同同時單位位流量也也可不加加修正。由上可見原原假定的的=866%、是正確確的，那那么上述述計(jì)算及及選用的的結(jié)果，是正確確的。4.工作范范圍的檢檢驗(yàn) 在在選定，后，水水輪機(jī)的的及各特特征水頭頭相對應(yīng)應(yīng)的即可可計(jì)算出出來。水水輪機(jī)在在下工作作時，其其即為，故故=1.00241.11

13、1/ss 2.55則水輪機(jī)的的最大引引用流量量為與特征水頭頭和相對應(yīng)應(yīng)的單位位轉(zhuǎn)速為為 2.66r/minn在HL2330型水水輪機(jī)模模型綜合合特性曲曲線圖上上分別繪繪出，的直線線，這三三根直線線所圍成成的水輪輪機(jī)工作作范圍（圖圖中陰影影部分）基基本上包包含了該該特性曲曲線的高高效率區(qū)區(qū)，所以以對于HHL2330型水水輪機(jī)方方案，所所選定的的參數(shù)，是合理理的。5.吸出高高度計(jì)算算 由由水輪機(jī)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)工況參參數(shù)=884.552r/minn,在在圖上可可查得相相應(yīng)的氣氣蝕系數(shù)數(shù)約為，并并在圖22-266上查得得氣蝕系系數(shù)的修修正值約約為，由由此可求求出水輪輪機(jī)的吸吸出高度度為： 2.77可見HL

14、2230型型水輪機(jī)機(jī)方案的的吸出高高度滿足足電站要要求。二、水輪機(jī)機(jī)HL2220型型水輪機(jī)機(jī)方案的的主要參參數(shù)選擇擇 11. 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪直徑徑的計(jì)算算查水力機(jī)機(jī)械可可得HLL2200型水輪輪機(jī)在限限制工況況下的單單位流量量=11150LL/S=1.115/ss,效率率=899.0%，由此此可初步步假定原原型水輪輪機(jī)在該該工況下下的單位位流量=1.15/s,效效率=990.00%，設(shè)設(shè)=977%水輪機(jī)的額額定出力力 =1223711KW上述的、和和=1223711KW、=50.4m代入式 =選用與之接接近而偏偏大的標(biāo)標(biāo)稱直徑徑=2.0m2. 轉(zhuǎn)速速n的計(jì)計(jì)算 水水力機(jī)械械查表表3-44可得HHL22

15、20水輪輪機(jī)在最最有工況況下單位位轉(zhuǎn)速=70.0r/minn,初步步假定=700.0rr/miin,將將已知的的和=500.4mm，=22.0mm代入式式n=2448.55r/mmin,選用與與之接近近而偏大大的同步步轉(zhuǎn)速nn=2550r/minn.3. 效率率及單位位參數(shù)修修正 可可得HLL2300型水輪輪機(jī)在 最優(yōu)工工況下的的模型最最高效率率為=991.00%，模模型轉(zhuǎn)輪輪直徑為為=0.46，根根據(jù)式33-144 可得得原型效效率=1-=1-=93.3%則效率修正正值為=93.3%-91.0%=2.33%. 考考慮到模模型與原原型水輪輪機(jī)在 制造工工藝質(zhì)量量上的差差異，常常在已求求得的值值

16、中再減減去一個個修正值值。先取取=1.3%，則則可得效效率修正正值為=1.00%，由由此可得得原型水水輪機(jī)在在最優(yōu)工工況和限限制工況況下的效效率為 （與上述述假定值值相同）單位轉(zhuǎn)速的的修正值值按下式式計(jì)算：則 =由于，按規(guī)規(guī)定單位位轉(zhuǎn)速可可不加修修正，同同時單位位流量也也可不加加修正。由上可見原原假定的的=900.0%、是正確確的，那那么上述述計(jì)算及及選用的的結(jié)果，是正確確的。4. 工作作范圍的的檢驗(yàn) 在在選定，后，水水輪機(jī)的的及各特特征水頭頭相對應(yīng)應(yīng)的即可可計(jì)算出出來。水水輪機(jī)在在下工作作時，其其即為，故故=0.9968mm,取 3.30因，取 3.331判斷大小偏偏心，因因?yàn)閙mmmmm,

17、所以以按大偏偏心受壓壓構(gòu)件計(jì)計(jì)算mmm. 3.32對于級鋼鋼筋查水水工鋼筋筋混凝土土結(jié)構(gòu)學(xué)學(xué)得。3.333所以按最小小配筋率率計(jì)算，查查附錄四四表3知知=.選用。 3.34 3.353.366選用在負(fù)向彎矩矩作用下下，立柱柱外側(cè)受受拉，所所以必須須通過配配筋計(jì)算算來保證證柱得外外側(cè)受拉拉強(qiáng)度。已知M=-5355.388KN.M,NN=4339.773KNN, =29945(即正向向彎矩時時配置得得)按上述同樣樣方法計(jì)計(jì)算得知知，按大大偏心受受壓構(gòu)件件計(jì)算：選用2.截面-，因截截-面得兩兩組內(nèi)力力設(shè)計(jì)值值均小于于截面-兩組對對應(yīng)內(nèi)力力設(shè)計(jì)值值，配筋筋時只需需將截面面-配置得得鋼筋直直通至截截面-

18、即可，不不用作配配筋計(jì)算算。3.截面-，已知知M=-1111.777KN.M, N=2262.50KKN, b=hh=5000MMM，取aa=440MMM，其余余資料同同截面-。上柱計(jì)算長長度，所以需要考考慮縱向向彎曲得得影響。求值;=4426mmmmmm,取因，取判斷大小偏偏心，因因?yàn)閙mmmmm,所以以按大偏偏心受壓壓構(gòu)件計(jì)計(jì)算mmm.對于級鋼鋼筋查水水工鋼筋筋混凝土土結(jié)構(gòu)學(xué)學(xué)得。所以按最小小配筋率率計(jì)算，查查附錄四四表3知知=.選用。 選用在正向彎矩矩M=55.033KN.M及相相應(yīng)軸力力N=2236.25KKN作用用下，經(jīng)經(jīng)計(jì)算承承載力滿滿足要求求。4.箍筋配配置剪跨比，上上柱，取取下

19、柱，取。因?yàn)?截面最最大剪力力V=-39.40KKN,NN=2662.550KNN -截面最最大剪力力V=77.822KN，NN=7773.226KNN-截面面最大剪剪力V=-588.088KN，NN=4339.773KNN 所以按構(gòu)造造配箍筋筋：根據(jù)據(jù)規(guī)范柱柱中非加加密區(qū)選選用雙肢肢箍，加加密區(qū)配配置雙肢肢箍。所以，經(jīng)驗(yàn)算滿足足箍筋最最小配筋筋率得要要求。為了防止中中間縱向向鋼筋得得曲凸，還還需添置置附加箍箍筋。圖3-9 柱配筋筋圖總 結(jié)這次我所做做的設(shè)計(jì)計(jì)題目是是水電站站廠房設(shè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)開始的的第一周周，從圖圖書館和和老師那那里得到到了很多多所需的的參考資資料，圖圖紙和規(guī)規(guī)范。從從第二周周

20、開始，進(jìn)進(jìn)行了廠廠房的位位置選擇擇和型式式擬定，根根據(jù)老師師給出的的地質(zhì)、水水文、氣氣象及地地震等級級資料并并綜合考考慮當(dāng)?shù)氐?、?jīng)濟(jì)濟(jì)條件和和施工難難度等因因素,結(jié)結(jié)合工程程有關(guān)條條件,選選擇在桐桐子營大大橋以下下4200米桔園園平坦處處建廠房房，采用用引水式式廠房布布置形式式。從第三周開開始，我我就開始始廠房下下部結(jié)構(gòu)構(gòu)的計(jì)算算。根據(jù)據(jù)原始資資料給定定的水位位和裝機(jī)機(jī)容量來來進(jìn)行廠廠房內(nèi)部部計(jì)算，其其中廠房房的水輪輪機(jī)通過過兩種方方案的比比較，最最終選定定水輪機(jī)機(jī)的型號號，緊接接著又進(jìn)進(jìn)行廠房房尺寸的的擬定，后來又進(jìn)行廠房的平面布置。從第七周開開始我開開始對廠廠房上部部結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)，其中

21、中有吊車車梁，牛牛腿和排排架結(jié)構(gòu)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)和配筋筋，經(jīng)過過裂縫開開展寬度度和撓度度檢算各各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)都符合合規(guī)范要要求。在在這個階階段的設(shè)設(shè)計(jì)過程程中難度度最大的的是排架架的結(jié)構(gòu)構(gòu)計(jì)算，由由于以前前對荷載載組合方方面在以以前的學(xué)學(xué)習(xí)中只只是有所所涉及但但未深入入學(xué)習(xí)，所所以在這這個方面面花費(fèi)的的時間比比較多，最最后經(jīng)過過楊老師師的耐心心指導(dǎo)，多多次返工工后，才才完成了了此項(xiàng)計(jì)計(jì)算。經(jīng)經(jīng)過驗(yàn)算算，各項(xiàng)項(xiàng)指標(biāo)都都符合規(guī)規(guī)范要求求。從而而圓滿的的完成了了該水電電站廠房房設(shè)計(jì)。致謝 首首先對XXXX老老師表示示真摯的的謝意。在楊老師的的細(xì)心指指導(dǎo)和幫幫助下，使使我的畢畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)順利完完成，通通過畢業(yè)業(yè)設(shè)

22、計(jì)使使我對所所學(xué)課程程進(jìn)行了了綜合運(yùn)運(yùn)用，基基本掌握握了水電電站廠房房的設(shè)計(jì)計(jì)思路，在在設(shè)計(jì)過過程中，自自己獲益益非淺。因因?yàn)楸敬未卧O(shè)計(jì)工工作量比比較大,有些知知識以前前未曾涉涉及,所所以在設(shè)設(shè)計(jì)的過過程中遇遇到的困困難也較較多,在在設(shè)計(jì)指指導(dǎo)過程程中季老師循循循善誘誘和一絲絲不茍的的態(tài)度也也深深地地影響了了我。在在做畢業(yè)業(yè)設(shè)計(jì)期期間，天天天都有有老師的的身影，處處處都是是老師的的叮嚀。當(dāng)當(dāng)大家在在設(shè)計(jì)過過程出現(xiàn)現(xiàn)疑問和和困惑時時老師們們都會詳詳細(xì)解答答。再次次對楊老師的的辛勤指指導(dǎo)表示示感謝，請請老師接接受我誠誠摯的謝謝意。在設(shè)計(jì)的最最后一段段時間里里,楊老師給給我們提提供了優(yōu)優(yōu)越的設(shè)設(shè)計(jì)環(huán)

23、境境,再次次感謝老老師給我我們提供供了有些些研究生生還得不不到的待待遇；老老師給我我們悉心心指導(dǎo)，隨隨時答疑疑，這是是別人沒沒有得到到的學(xué)習(xí)習(xí)條件。我我們同組組的伙伴伴也隨時時交換思思想，研研究出最最合理的的解決方方案，使使設(shè)計(jì)更更加合理理。老師師不僅對對于我們們提出的的問題隨隨時解答答,同時時教我們們做人的的道理。在在設(shè)計(jì)的的日子里里。我們們和老師師朝夕相相處,這這使我深深深的感感受到老老師積極極向上的的人生態(tài)態(tài)度,嚴(yán)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹沃螌W(xué)要求求, 淵淵博的理理論知識識,豐富富的實(shí)踐踐經(jīng)驗(yàn)無無一不是是我今后后的努力力方向和和追求的的目標(biāo)。再次要感謝謝我的同同組伙伴伴們。在在做設(shè)計(jì)計(jì)的日子子里,我我們相互互幫助，相相互討論論，我們們是一個個團(tuán)隊(duì),所以為為了順利利完成設(shè)設(shè)計(jì)任務(wù)務(wù),我們們共同努努力，共共同進(jìn)步步。在做做設(shè)計(jì)的的同時，我我的團(tuán)隊(duì)隊(duì)合作能能力也得得到了很很大的提提高.再次衷心的的感謝XXXX老老師孜孜孜不倦的的教導(dǎo)和和同組伙伙伴