1、灯泡贯流式水电站厂房设计灯泡贯流式水电站厂房设计第一部分说明书（初稿）2010年6月第一章 已知材料水库水位：正常蓄水位：46.0m，校核洪水位49.00m(P=0.05%)，设计洪水位49.00m(P=0.2%)，防洪高水位49.00m(P=0.5%)，死水位：44.0米。水库容积：总库容11.87108m，调节库容：2.14108m，防洪库容6.0108m，调洪库容7.87108m。下泄流量及相应水位：校核洪水位时最大下泄流量：32300m/s，下游水位：47.45m.；设计洪水位时最大下泄流量：29100 m/s，下游水位：46.71m；水库最小泄流量：221 m/s。灯泡式水轮机G2(
2、XJ)-WP-780参数：额定出力：41MW最大工作水头：14.39m最小工作水头：4.59m机组额定水头：Hr=8.57m单机组额定过流量：526.5m2、设计原则(1)、充分考虑电站特点（水文水能、电力系统技术条件，电站总体布置)。(2)、有利于降低电站投资、运行费、缩短工期，提前发电(3)、提高水电站总效率，多发电(4)、便于管理、检修、维护，运行安全可靠，设备经久耐用(5)、优先考虑套用机组3、内容(1)、确定机组台数及单机容量(2)、选择水轮机型式（型号）(3)、确定水轮机转轮直径D1、n、Hs、Z a；Z0、d0。 (4)、绘制水轮机运转特性曲线(5)、估算水轮机的外形尺寸、重量及
3、价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装置选择(6)、根据选定水轮机型式和参数，结合水轮机在结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向厂家提出制造任务书，最终由双方共同商定机组的技术条件，作为进一步设计的依据。第二章 枢纽布置泄水闸、发电厂房、船闸、连接建筑物。峡江水利枢纽坝址段河流为单槽河段，主要的建筑物相对位置的分布形式有：1、船闸和厂房集中布置：厂房位于船闸和泄水坝段之间。在施工方面，导流程序简单，只做一道纵向围堰。但厂房交通不便。2、船闸和厂房分散布置：厂房和船闸分别布置在泄水坝段两侧。船闸布置于河流主航道一侧的岸边。对于河床较窄的情况，工程量较省。当河流有通航需求和早日发电需求时
4、需修建左右两条纵向围堰。但厂房进厂交通、出线均容易解决。本工程采用的方案2依据：坝址区河面较宽，由于处于赣江干流上，河流有通航需求，并且有早日发电需求。所以选择方案2，修建左右两条纵向围堰。第三章 水轮发电机的确定3.1水轮机型号的选择：依据：(1)、水轮机产品技术资料：系列型谱、生产厂家、产品目录、模型综合特性曲线。(2)、水电站技术资料：河流梯级开发方案、水库的调节性能、水电站布置方案、地形、地质、水质、泥沙情况、总装机容量、水电站运输、安装技术条件。(3)、水文情况：特征流量及特征水头(Qmax、Qmin、Qav、Hmax、Hmin、Hr、Hav) 、下游水位流量关系曲线Qmax=323
5、00m/s、Qmin=221 m/s、Qav=、Hmax=Z正Z下minhA-B=14.39 mHmin= Z死Z下maxhA-B=4.59mHr=8.57mHav=11.53m(4)、水电站有关经济资料：机电设备价格、工程单价、年运行费等3.2机组台数及单机容量的选择已知总装机容量(=Z0N单)，N单不同，D1、n 、Hs、均不同1、机组台数与机电设备制造的关系N总一定，Z0多N单尺寸（D1）小制造运输容易造价高(单位千瓦耗材多、制造量大)。所以一般选用较大的N单。2、机组台数与电站投资的关系Z0多单位千瓦投资阀门、调速、管道、辐设、电气等增加厂房尺寸增加。N单D1尾水管高度低开挖少投资少3
6、、机组台数与运行效率的关系Z0多平均效率提高(1) 担任基荷时：出力变化小，流量变化稳定，可用较少的台数，使水轮机在较长时间内以最优工况运行，其平均效率也比较高。(2) 担任峰荷时：出力变化幅度大，应该选用较多的台数，以增加其运行灵活性，提高整体运行效率。(3) 对于轴流定浆和混流式水轮机，可以选用较多的台数，而对于轴流转浆式水轮机因其调节性能好，可以选用较少的机组。4、机组台数与电站运行维护工作的关系台数多，运行灵活，事故影响小，但同时增加了事故的几率，也增加了管理人员、提高了运行费，所以不宜采用过多的台数。总之，一般应采用较大的N单，较少的台数，但一般至少应选2台，少数情况下可选1台。中大
7、型电站一般选46台，根据机组的制造水平和装机容量也可以选用更多的台数。一般应采用较大的N单，较少的台数，但一般至少应选2台，少数情况下可选1台。中大型电站一般选46台，根据机组的制造水平和装机容量也可以选用更多的台数。关于水轮机类型选择方面：下图是各种水轮机的水头适应范围从上图中得到，适应本工程的低水头电站水轮机有：轴流式、贯流式和双击式。由于只有全贯式和灯泡式水轮机的装机容量比较大，而灯泡贯流式水轮机水流顺畅，水力效率比较高，有较大的单位流量和较高的单位转速，同一水头下，同一出力下，发电机与水轮机尺寸都较小，从而使厂房尺寸较小，减少土建工程量，优点显著，此工程选择该种水轮发电机机形式。本工程
8、机组台数比较了八、九、十台三个方案，经过经济技术等综合方面的比较，拟定9台灯泡式水轮发电机，机型号：GZ(XJ)-WP-780，单机额定流量：526.5m/S；水头损失：H=1.80410-6QP QP为水轮机的单机额定流量 当H0.3m时，H取0.3m经计算：H=0.5m。额定转速71.4r/min，额定比转速986mKW；水轮机安装高程Za=w+Hs-D1/2w 选用水电站设计尾水位45.4m。得到Za=23.00m。发电机型号：SFWG40-84/8400；单机容量40MW。发电机组的水能指标：多年平均发电量11.4435108KWh ，P=90%时的保证出力为43.75MW，算术平均净
9、水头11.53m，加权平均水头10.95m，最大水头：14.39m，装机年利用小时数3179h。第四章 厂房段布置设计4.1厂房类型灯泡式贯流机组厂房作为挡水厂房时有两种型式：1、单纯挡水厂房：结构简单。2、溢流式厂房：结构复杂，施工难度大，厂房顶可泄流分担泄流任务，可减少泄水闸孔数，节省泄水闸工程量。接触应力可得到改善。本工程拟采用单纯挡水式厂房，降低施工难度，为保证工期提供保障。4.2厂区布置主要内容有：主、副厂房，主变场地、开关站、进尾水渠及进场交通线路的相对位置，并使之与整体枢纽统一协调。1、主厂房布置原则尽量减小压力水管的长度。尾水渠尽量远离溢洪道或泄洪洞出口，防止水位波动对机组运行
10、不利。主厂房的地基条件要好，对外交通和出线方便，并不受施工导流干扰。本工程厂房段布置在枢纽右侧，厂房的右侧为安装间，直通进厂公路。纵向方面，由于厂房屋顶高程大于坝顶高程，无法布置坝顶公路，所以厂房轴线布置在坝顶轴线下游，并满足布置闸门启闭机及坝顶公路等坝顶设施要求。2、副厂房布置原则副厂房可选的位置： 主厂房的上游侧。适用于坝后式水电站。尾水管顶板上。影响主厂房的通风、采光，需加长尾水管，从而增加工程量。由于尾水管在机组运行时振动较大，不宜布置中央控制室及继电保护设备。主厂房的两端。当机组台数多时，这种布置会增加母线及电缆的长度。由于本工程的机组台数多，机组段长，综合考虑采用第二种布置方式。即
11、副厂房布置在主厂房的下游侧。由于电站水头不大，水流流速不大，同时灯泡灌流式水轮发电机的水流流态顺畅，产生的震动很小，可以忽略此因素影响，不妨碍中央控制室及继电保护设备的布置。3、主变压器的布置原则（1）主变压器的位置应结合安装、检修运输、消防通道、进线出线、防火防爆要求确定。（2）应尽量靠近厂房，尽量与安装间在同一高程上，变压器的运输和高压侧出线要方便。（3）应布置在不受到洪水淹及的露天场地上，基础坚实可靠对于河床式厂房，由于尾水管较长，可将升压变压器布置在尾水平台上，这时尾水平台的宽度，应使升压变压器在检修移出时符合最小安全净距的要求(详见电气设备规范)。综合各方面因素，厂房在坝顶轴线的下游
12、，空余位置较大，本工程拟将升压变压器布置在副厂房后部的尾水平台上。4、开关站的布置原则上尽量将开关站与升压变压器布置在同一高程上，尽量布置在靠近升压变压器场的开阔地。所以，结合高程特点拟将开关站布置在安装间下游端的岸边开阔地带，在不影响厂房进口交通的前提下尽量靠近升压变压器。5、进出口建筑物的布置：进水渠、拦砂砍、拦污排布置、进水渠采用正向进水方式。拦砂砍高度通常高于进水渠底23m。拦砂砍高程要经计算和实验确定。平面轴线形状有利于利用泄水闸泄水的水流将拦截的泥沙由泄水闸排往下游。其建基面高程要考虑水库泄水时的冲刷影响，防止水流淘刷破坏。经过试验计算确定，本工程拦沙坎高出进水渠端底部5.5m拦污
13、栅有锚缆固定拦污排、固定浮排等，根据具体经济技术情况比较择优选用。由于机组台数较多，且水库运行水头差不大，拦污栅采用固定式拦污栅，并设置清污抓斗槽。出口建筑物主要是尾水渠的布置，尾水渠和泄水闸之间的导墙需结合水工整体模型及水轮机具体技术要求试验确定。6、进厂交通布置由于厂房布置在枢纽的右岸，交通条件方便，采用水平直接进场方式。并有回车场地。公路的坡度不宜大于10%12%，转弯半径大于20m。详细情况见厂区枢纽布置示意图。4.3厂房布置4.3.1设备布置一、流道及出口设备布置：流道进口：拦污栅、检修闸门及其所属的启闭设备和进口闸墩、胸前及桥面结构。任务：确定拦污型式和拦污栅、检修闸门及坝顶公路的
14、相对位置。流道中段：布置灯泡式水轮发电机组。流道出口：布置工作门及其启闭设备。二、主副厂房设备布置。（一）、主厂房布置布置各种水轮机附属设备（调速器、油压装置、起重设备及防飞逸设备）及油气水系统布置。1、运行层设备布置：（1）机旁盘(自动、保护、量测、动力盘)。与调速器布置在同一侧，靠近厂房的上游或下游墙。（2）调速柜。应与下层的接力器相协调，尽可能靠近机组，并在吊车的工作范围之内。（3）楼梯。一般两台机组设置设置一个楼梯。便于运行人员到水轮机层巡视和操作、及时处理事故。楼梯不应破坏发电机层楼板的梁格系统。由于此工程机组台数多。（4）吊物孔。在吊车起吊范围内应设供安装检修的吊物孔，以勾通上下层
15、之间的运输，一般布置在既不影响交通、又不影响设备布置的地方，其大小与吊运设备的大小相适应，平时用铁盖板盖住。运行层平面设备布置应考虑在吊车主、副钩的工作范围内，以便楼面所有设备都能由厂内吊车起吊。2、水机及电缆廊道层布置：（1）调速器的接力器。位于调速器柜的下方，与水轮机顶盖连在一起，并布置在蜗壳最小断面处，因为该处的混凝土厚度最大。 （2）电气设备的布置。发电机引出线和中性点侧都装有电流互感器，安装在合理位置上。设专门的电缆出线廊道，引出母线敷设在廊道上方，而各种电缆架设在其下方。水轮机电缆廊道层比较潮湿，对电缆不利。对发电机引出母线要加装保护网。（3）油、气、水管道。一般沿墙敷设或布置在沟
16、内。管道的布置应与使用和供应地点相协调，同时避免与其他设备相互干扰，且与电缆分别布置在上下游侧，防止油气水渗漏对电缆造成影响。（4）水轮机层上、下游侧应设必要的过道。主要过道宽度不宜小于1.2m1.6m。水轮机机座壁上要设进人孔，进人孔宽度一般为1.2m1.8m，高度不小于1.8m2.0m，且坡度不能太陡。3、水轮机基坑基坑层布置：布置过人检修廊道（二）、安装间的布置：1、 安装间的位置与高程 （1）安装间的位置安装间一般均布置在主厂房有对外道路的一端。对外交通通道必须直达安装间，车辆直接开入安装间以便利用主厂房内桥吊卸货。水电站对外交通运输道路可以是铁路、公路或水路。对于大中型水电站，由于部
17、件大而重，运输量又大，所以常建设专用的铁路线，中小型水电站多采用公路。（2）安装间的高程安装间的高程主要取决于对外道路的高程及发电机层楼板的高程。安装间最好与对外道路同高，均高于下游最高水位，以保持洪水期对外交通畅通无阻。安装间最好也与发电机层同高，以充分利用场地，安装检修工作方便。当水电站的下游尾水过高时，发电机层楼板常低于下游最高尾水位，从而也低于对外道路，这时可以有以下几种方案： 安装间与对外道路同高，均高于发电机层。洪水期对外交通可保持通畅，但安装间与发电机层相邻部分的场面不能加以充分利用，安装间可能因之要稍加长些，同时桥吊的安装高程将取决于在安装间处吊运最大部件的要求，整个主厂房将加
18、高。 安装间与发电机层同高，均低于下游最高水位。一是在对外道路在靠近厂房处下坡，由低于下游最高水位处起在路边筑挡水墙，挡水墙一直接主厂房。这种方式的好处是可保持对外交通通畅，但下游水位很高时挡水墙的工程量将太大。二是将主厂房大门做成挡水闸门，洪水时将大门关闭，断绝对外运输，值班人员可由高处的通道进入厂房。 安装间与发电机层同高，而在安装间上专门划出一块货车停车卸货处，此停车处高于安装间而与对外道路同高。这时安装间场面不能充分利用，而厂房的高度可能取决于卸货的要求。2、 安装间的面积和布置（1）安装间的面积安装间与主厂房同宽以便桥吊通行，所以安装间的面积就决定了它的长度。安装间的面积可按一台机组
19、扩大性检修的需要确，一般考虑放置四大部件，即发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮、水轮机顶盖。四大部件要布置在主钩的工作范围内，其中发电机转子应全部置于主钩起吊范围内。发电机转子和水轮机转轮周围要留有12m的工作场地。在缺乏资料时，安装间的长度可取1.25l.5倍机组段长；多机组电站，安装间面积可根据需要增大或加设副安装间。（2）安装间的布置安装间的大门尺寸要满足运输车辆进厂要求，如通行标准轨距的火车，其宽度不小于4.2m，高度不小于5.4m。通行载重汽车的大门宽度不小于3.3m，高度不小于4.5m。本工程主要采用载重汽车运输。发电机转子放在安装间上时轴要穿过地板，地板上在相应位置要设大轴孔，
20、面积要大于大轴法兰盘。为了组装转子时使轴直立，在轴下要设大轴承台，并预埋底脚螺栓。（三）、副厂房布置1、副厂房的位置副厂房的位置应紧靠主厂房，基本上布置在主厂房的上游侧，下游侧和端部，可集中一处，也可分两处布置。结合本工程特点副厂房设在主厂房的下游侧优点：电气设备的线路集中在下游侧，与水轮机进水系统设备互不交叉干扰，监视机组方便；缺点：影响主厂房的通风和采光；尾水管的振动影响较严重，由于发电机引出母线和变压器布置在主厂房的下游侧，容易引起电气设备的误操作，运行人员的工作环境不好。副厂房布置在下游侧需延长尾水管的长度，相应增加厂房下部结构尺寸和工程量。由于电站水头低，水流流速小，震动引起的影响很
21、小。但是综合各方面的因素，该布置形式为副厂房的最优布置。2、副厂房的组成副厂房的组成、面积和内部布置取决于电站装机容量、机组台数、电站在电力系统中的作用等因素。大型水电站的副厂房，按性质可分为三类：(一) 直接生产副厂房中央控制室，继电保护盘室，电缆室，蓄电池室，酸室和套间，蓄电池的通风机室，充电机室，计算机室，载波通讯室，油、水、气系统，厂内变压器室，巡回检测装置室等。(二) 检修试验副厂房继电保护试验室，精密仪器试验室，测量表计试验室，高压试验室，电工修理间，机械修理间，电气工具间，油化验室，水化实验室等。(三) 工作生活副厂房交接班室，运行分场，检修分场，水工分场，总工程师室，厂长室，生
22、产技术科，会议室，资料室，厕所、盥洗室。（四）电气设备布置一次回路：厂用变、高压室、励磁变及二次回路的机旁盘等，布置在副厂房的下面各层。二次回路：继电保护室、电缆室、蓄电池室、中控室、计算机室等，布置在副厂房上面各层。4.3.2 结构布置1、分缝沉降伸缩缝为防止厂房地基不均匀沉陷，减小下部结构受基础约束产生的温度和干缩应力，沿厂房长度方向设置的伸缩缝和沉降缝(永久缝)。特点：一般都是贯通至地基，只在地基相当好时，伸缩缝才仅设在水上部分，但也需每隔数道伸缩缝设一道贯通地基的沉降伸缩缝。施工缝根据施工条件设置的混凝土浇筑缝(临时缝)。(1) 岩基上大型厂房通常一台机组段设一永久缝，中小型水电站可增
23、至23台机组设一条永久缝。(2) 在安装间与主机房之间、主副厂房高低跨分界处，由于荷载悬殊，需设沉降缝。(3) 永久缝的宽度一般为12cm，软基上可宽一些，但不超过6cm。2、止水厂房水上部分的永久缝中常填充一定弹性的防渗、防水材料，以防止在施工或运行中被泥沙或杂物填死和风雨对厂房内部的侵袭。厂房水下部的永久缝应设置止水，以防止沿缝隙的渗漏，重要部位设两道止水，中间设沥青井。止水布置主要取决于厂房类型、结构特点、地基特性等，应采用可靠、耐久而经济的止水型式。3、挡水墙挡水墙：上游挡水墙、下游挡水墙、左右侧向挡水墙。上游挡水墙和下游挡水墙以进、出口闸墩组成上下游挡水结构；左右侧向挡水墙设置中支持
24、墙和上下游挡水墙作为左右两端墙的支撑，共同组成侧向挡水结构。同时，进水平台与坝顶机构相连，机构与坝顶布置相协调。挡水墙高程的确定原则：下游最高水位+安全超高46.71+h第五章 厂房主要尺寸的确定5.1 厂房剖面设计一、厂房各高程确定厂房共三层：运行层、水机及电缆廊道层、水轮机基坑层。1、安装高程的确定对于贯流式水轮机，机组安装工程水轮机安装高程：T =w+Hs-D1/2w为最低尾水位。经计算得到Za =23.0m2、基坑高程的确定由于基坑高程受到流道和设备布置的影响，而流道尺寸根据厂家提供的水轮机组流到控制尺寸而确定，确定水轮机安装高程23.0后根据厂家所给水轮机技术尺寸要求确定基坑高程为1
25、2.4m。同时确定流道进口底板高程为14.25m，尾水管出口高程16.20m。而建基高程为流道设备布置外轮廓线减去底板厚度即为厂房各部位的建基高程。3、水机及电缆廊道高程水机及电缆廊道应满足设备布置要求，高程根据水轮机廊道混泥土保护层厚度确定。经过经验计算确定水机及电缆廊道高程为35.35m。4、运行层高程的确定。为了满足水机及电缆廊道层的设备布置及油电线路铺设布置要求，一般该层净高不宜小于3.5m，所以运行层楼板高程为3.5m+楼板厚，确定其高程为38.95m。5、起重机的安装高程起重机的安装高程指吊车轨顶高程，主要取决于机组拆卸检修起吊的最大和最长部件的尺寸，与固定的机组、设备、墙、柱、地
26、面之间保持水平净距0.3m，垂直净距0.6-1.0m。h7发电机定子高度和上机架高度之和(如果发电机定子为埋入式布置，h7就仅为上机架的高度)；h8吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距；固定的机组、设备、墙、柱、地面之间保持水平净距0.3m，垂直净距0.61.0m(如采用刚性夹具，垂直净距可减小为0.250.5m)h9最大吊运部件的高度(往往是发电机转子带轮或水轮机转轮带轴)；h10吊运部件与吊钩间的距离(一般在1.01.5m左右)，取决于发电机起吊方式和挂索、卡具；h11主钩最高位置(上极限位置)至轨顶面距离，可从起重机要参数表查出。初步设计为：由于枢纽为灯泡灌流式机组，计算基本原则与上式
27、基本相同，只是高程选择稍有差别:h7=0m; h8=1m; h9=9m;=38,95+1+9+1.5+ h11;h11初步定为17.5m，所以C=56.456、屋顶高程屋顶高程应根据屋顶结构尺寸和形式确定，并应满足起重机部件安装与检修、厂房吊顶和照明设施布置等要求。C+ h12+ h13h12小车高度；h13为检修吊车需要在小车上方留有距离，一般取0.5m。由于起重机的具体参数暂时未确定，所以屋顶高程可初拟为61.8m。二、厂房纵剖面宽度的确定灯泡式水轮发电机组过水流道外形由生产厂家根据试验确定，并满足相关专业设备布置要求，在此可根据经验估算:转轮直径D1=7.8m。由于机组较大，可选择偏大的
28、尺寸。灯泡比D0/D1=0.81.2；取1.2得D1=9.36m引水管道进口断面平均流速V=（1.01.2），水流过栅流速一般采用1.01.4ms。取V= 1.0=2.93m/s。进口管宽度B1=（1.72.1）D1；取2.1得B1=16.38取16m。进口管高度H1=（1.52.5）D1；取2.5得H1=19.5m。得到进口流速小于V，符合要求。则进口段平面尺寸为16m19.5m。机组间距B=（2.22.8）D1；取2.8得B=21.84取22m。导叶高度（0.320.42）D1；取0.42得D0=3.276取3.3m。导叶数目：大型机组Z=1624，中型机组Z=12，小型机组Z8；导叶选择
29、20。导叶轴线与水轮机轴线交点到转轮叶片转动轴线的距离L1=（0.650.84）D1；取0.84得L1=6.552取6.5m；转轮室喉管直径d=0.973 D1=7.59m取7.6m。转轮室出口短锥半角630；一般取5；尾水管长度L2=（4.55.0）D1，取5.0得L2=39m，锥角=1112取12。断面尺寸为：宽16. m高19.5m。尾水管出口断面尺寸为宽16m高13.6m。进水口闸门至转轮中心的水平距离为25.6m，转轮中心至尾水管出口的水平距离为39m。前缘长度的确定厂房前缘挡水长度应满足流道、吊车限制线、安装间平面尺寸、边墩结构厚度、左右两端边墙结构厚度等要求。前缘长度的关键确定因
30、素是机组横轴线的确定，由于坝顶高程远小于厂房屋顶高程，所以为了使厂房坝段布置紧凑在满足启闭机而使两轴线尽量靠近。由于机组横轴线限制根据根据工作闸门及布置和厂房布置要求初步拟定厂房前缘长度：工作闸门只机组转轮中心线距离为25.6m。上下游底宽的确定5.2、主厂房平面尺寸的确定(一) 主厂房的长度L= nL0 + L安 + L1机组段长度L0机组段长度是指相邻两台机组中心线之间的距离，也称为机组间距。机组段间距一般由下部块体结构中水轮机蜗壳的尺寸控制，在高水头水电站情况下也可能由发电机定子外径控制。本工程为低水头河床式电站厂房，机组为灯泡式灌流发电机组，整个水轮发电机位于流道中央，所以机组段的控制长度与发电机的定子及厂家提供的机组流道控制尺寸有关。所以根据经验公式L0=（2.22.8）D1取最大值为21.84，取22m。确定机组段长度为22m。2边机组段加长一般除了机组段的因素外，还与装配厂的位置，厂内是否布置进水阀，起重机吊运设备的要求等因素有关。L =(0.11.0)D1由于该厂房为河床式厂房，同时作为挡水建筑物，所以可以将L取较大值，即L可取6。所以边机组段长度为：22+6=28m。3安装间长度安装间的宽度一般与主厂房相同，安装间的长度一般取L安(1.0l.5) L0=1.522=33m由于机组台数较
