1、地面廠房布置設(shè)計第一節(jié) 立式機組廠房設(shè)備布置一、廠房設(shè)備布置的內(nèi)容和要求在樞紐布置、廠房類型、電氣主結(jié)線和主要的設(shè)備選擇初步確定后，即可進行廠房設(shè)備布置。廠房設(shè)備布置工作的主要內(nèi)容是：（1）確定水輪機、發(fā)電機、調(diào)速設(shè)備、主閥起重設(shè)備以及其他輔助設(shè)備在廠房內(nèi)的合理位置、布置形式和支承方式；（2）確定主、副廠房的布置方式以及主副廠房的尺寸；（3）確定主廠房內(nèi)垂直和水平通道的位置和尺寸；（4）提供設(shè)備布置的圖紙和數(shù)據(jù)以供設(shè)備安裝和廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計使用。設(shè)備布置應滿足以下基本要求：（1）必須結(jié)合水電站樞紐的地形、地質(zhì)條件、自然環(huán)境和水工建筑物在布置上的特點等、盡量減少土建工程量、使總造價經(jīng)濟合理。（2）設(shè)

2、備布置緊湊，位置合理，便于安裝、運行、檢修和操作管理。盡量減少安裝工程量。（3）能滿足勞動保護、遙控、防空等特殊要求，以及防火、防淹、防潮等要求。并能適應水電站分期建設(shè)和提前發(fā)電的需要。（4）應能滿足水工結(jié)構(gòu)和建筑的施工方面的要求，力求布置整齊美觀。二、立式機組地面廠房的結(jié)構(gòu)輪廓1、主廠房的總體輪廓主廠房中布置有許多機電設(shè)備，由于各種設(shè)備安裝高程不同而將廠房在高度上分成幾層。習慣上以發(fā)電機層樓板高程為界將廠房分為上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)。上下部結(jié)構(gòu)高度之和（即由尾水管基底至屋頂?shù)母叨龋┚褪侵鲝S房的總高度。水輪機軸中心的連線稱為主廠房的縱軸線，與之垂直的機組中心線稱為橫軸線。每臺機組在縱軸線上所占的范

3、圍為一個機組段，各機組段和安裝間長度的總和，就是廠房的總長度，廠房在橫軸線上所占的范圍，就是主廠房的寬度。2、主廠房的上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)包括屋頂結(jié)構(gòu)、圍墻、門窗、樓板、吊車梁以及支承屋頂結(jié)構(gòu)和吊車梁的排架柱等。這些構(gòu)件在水電站中多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。主廠房發(fā)電機層樓板以上布置有發(fā)電機上機架，勵磁機、機旁盤、調(diào)速器操作柜和油壓裝置、橋式吊車等機電設(shè)備及走道，樓梯、吊物孔等廠內(nèi)交通設(shè)施。安裝間一般位于主廠房的一端，進廠大門設(shè)于安裝間處，對外可與進廠公路相連接，有時還鋪設(shè)有變壓器進廠軌道以利變壓器進廠檢修。3、主廠房的下部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)一般可分為水輪機層和蝸殼尾水管層。如水輪機層高度較大，可在發(fā)電機層與水

4、輪機層之間增設(shè)發(fā)電機出線層，水輪機層以下是混凝土塊體結(jié)構(gòu)。（1）水輪機層。這里布置有水輪機頂蓋，調(diào)速器的接力器，發(fā)電機機墩，蝸殼進人孔，油、水、氣系統(tǒng)和電纜等，左端布置有低壓空壓機，貯氣筒，樓梯等，右端布置有油庫，油處理室，樓梯等。上游側(cè)為蝴蝶閥室，走廊和母線道。 （2）蝸殼尾水管層。水輪機層以下一般都是埋設(shè)蝸殼和尾水管的混凝土塊體結(jié)構(gòu)，但有時為了運行上的需要常在尾水管上游側(cè)的空間布置進人孔和主閥室，如果這部分空間較大，則形成蝸殼水管層。在上游側(cè)布置有蝶閥，油壓裝置，蝶閥基礎(chǔ)、樓梯等。（3）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。它是整個廠房和地基連接的部分，作用在廠房上的所有荷載都將由基礎(chǔ)傳給地基。因此廠房必須建造在堅固

5、可靠的地基上，且對于不同的地基采用不同的地下輪廓線。 廠房的下部結(jié)構(gòu)是混凝土塊體結(jié)構(gòu)，體積比較龐大，基礎(chǔ)開挖和工程量都比較大，并且下部結(jié)構(gòu)中，埋設(shè)部件很多，使施工變得復雜，施工過程必須特別注意。三、立式機組地面廠房的設(shè)備布置（一）水輪機及其進出水設(shè)備的布置1、水輪機的布置水輪機選定之后，水輪機的安裝高程是廠房的一個控制性標高，應通過計算確定。2、進水管和主閥的布置進水管進入廠房后，應有一水平段，以便布置主閥和與蝸殼連接。此水平管段的中心線高程應與水輪機安裝高程相同。主閥的布置方式一般有兩種：一種是將主閥布置在主廠房內(nèi)的上游側(cè)，并使之位于橋吊工作范圍之內(nèi)，閥上各層樓板都設(shè)有主閥吊物孔，可利用主廠

6、房內(nèi)的橋式吊車來安裝和檢修主閥。這種布置比較緊湊，運行管理方便，但往往會增加廠房寬度，并且萬一主閥爆裂，水流會淹沒主廠房。因此要求主閥必須十分安全可靠。另一種是將主閥布置在廠房外專設(shè)的閥室中，對于高水頭的地下廠房，或在特殊的情況下才采用第二種布置方式。這時主閥的運輸、安裝、檢修需專設(shè)起重運輸設(shè)備和通道,也不便于運行維護。采用這種布置時，主閥室要設(shè)置專門的水流出口，且主閥爆裂可將水流排走，以免對主廠房造成危險。3、蝸殼的布置中、高水頭水電站廠房內(nèi)的混流式水輪機一般均采用金屬蝸殼。金屬蝸殼的內(nèi)圈焊接在座環(huán)的上、下環(huán)上，上半部通常用彈性墊層與上面的混凝土隔開。為了在檢修水輪機時，能將蝸殼和主閥后面進

7、水管中的水放空，通常在緊靠主閥下游鋼管的底部裝設(shè)通往尾水管或集水井的排水管，并裝設(shè)控制閥門。同時，在進水鋼管的頂部還應安裝通氣閥，以便于蝸殼和鋼管放空或充水時，能自動進氣和排氣。蝸殼進人孔一般可設(shè)在主閥下游進水鋼管處，也可從水輪機層向下用垂直孔洞聯(lián)通一水平短洞進入蝸殼。低水頭的水電站廠房，可采用鋼筋混凝土蝸殼，放空蝸殼和引水管的排水管，常設(shè)在進口處底部并通向尾水管。蝸殼進人孔多設(shè)在前半段。4、減壓閥的布置高水頭水電站在廠房下部塊體中，有時要裝設(shè)減壓閥，以減小水錘壓力。減壓閥一般安裝在壓力水管末端的蝸殼旁邊。廠房內(nèi)裝設(shè)有減壓閥時，機組段長度和廠房的總長度會增加。5、尾水管和尾水閘門的布置尾水管中

8、彎曲形尾水管和直錐形尾水管應用較多，一般大、中型水電站中，大多數(shù)采用彎曲形尾水管。小型水電站中才采用直錐形尾水管。尾水管在布置時，可使直錐段的頂端與水輪機的基礎(chǔ)環(huán)相接，尾水管出口潛沒于尾水中。為了檢修水輪機，還需要設(shè)置尾水管進人孔和排水管。進人孔一般設(shè)在尾水管的直錐段，當上游有主閥室時，尾水管進入孔可設(shè)在該處。由主閥室進入尾水管。如電站沒有主閥室（例如壩后式水電站廠房中，上游端一般不設(shè)主閥）則進人孔可布置在下游側(cè)，由水輪機層沿豎井下至尾水管進人孔高程后，再水平進入尾水管。尾水管的排水管進口應設(shè)在尾水管的最低點。末端通入集水井，排水管上應設(shè)控制閥門。尾水閘門一般設(shè)置在尾水管的出口，當檢修水輪機或

9、機組作調(diào)相運行時，封閉尾水管出口。尾水閘門常用的有平板閘門和疊梁閘門等。可數(shù)臺機組共用一套閘門，平時將閘門存入專設(shè)的門庫中或放置在尾水閘墩上。運用時沿尾水平臺吊到指定地點。尾水閘門啟閉機的型式，可根據(jù)起重量的大小選擇門式起重機、橋式吊車、活動絞車或電動葫蘆等。6、下部塊體的最小尺寸一般情況下主廠房的長度及寬度主要取決于下部塊體結(jié)構(gòu)的尺寸，只有在高水頭水電站上，才取決于發(fā)電機層的尺寸，決定廠房塊體結(jié)構(gòu)最小尺寸時，必須考慮廠房的施工（主廠房塊體結(jié)構(gòu)的混凝土一般劃分為兩期進行澆筑），運行及強度，剛度穩(wěn)定性等多方面的因素。當水輪機安裝高程和蝸殼，尾水管的尺寸選定后，可根據(jù)水輪機安裝高程及轉(zhuǎn)輪的尺寸定出

10、尾水管的頂部高程，再減去尾水管的高度就得到尾水管的底部高程。尾水管的底板厚度可先憑經(jīng)驗估計，以后再進行驗算。一般情況下基巖上的尾水管底板厚度在12m左右。蝸殼頂部到水輪機層地面高程之間的混凝土厚度一般可采用1.22.0m。這樣就大致決定了塊體結(jié)構(gòu)的高度。圖1 下部塊體結(jié)構(gòu)示意圖塊體結(jié)構(gòu)的平面尺寸，主要取決于蝸殼的平面尺寸和施工條件。為了蝸殼的拼裝、焊接，以及便于蝸殼外側(cè)預埋件的布置及綁扎鋼筋、燒搗混凝土等，在蝸殼的四周混凝土的厚度至少要有0.81.0m。這樣蝸殼兩邊各加一個后即得到機組段的最小長度。蝸殼下游側(cè)在外邊再加上外墻厚度，一般可估取13m,在蝸殼上游側(cè)之外。再加上主閥室的寬度及外墻厚，

11、塊體結(jié)構(gòu)的平面尺寸地就大致決定了。這樣定出的尺寸就是塊體結(jié)構(gòu)的最小尺寸。當然這些尺寸還要通過結(jié)構(gòu)檢查校驗。（二）發(fā)電機的布置1發(fā)電機的型式和布置方式常用的發(fā)電機型式：懸式和傘式。懸式發(fā)電機：推力軸承位于轉(zhuǎn)子上方，支承在上機架上。發(fā)電機的傳力方式為：轉(zhuǎn)動部分重量(發(fā)電機轉(zhuǎn)子、勵磁機轉(zhuǎn)子、水輪機轉(zhuǎn)輪)推力頭推力軸承定子外殼機座；固定部分重量(推力軸承、上機架、發(fā)電機定子、勵磁機定子)定子外殼機座。圖2 懸式發(fā)電機圖3 傘式發(fā)電機傘式發(fā)電機：推力軸承位于轉(zhuǎn)子下方，設(shè)在下機架上。發(fā)電機的傳力方式為：機組轉(zhuǎn)動部分的重量推力頭和推力軸承下機架機座。上機架只支撐上導軸承和勵磁機定子。懸式發(fā)電機的穩(wěn)定性比傘式

12、好，故轉(zhuǎn)速大于150r/min，多采用懸式發(fā)電機。傘式發(fā)電機總高度轉(zhuǎn)低，可降低水電站廠房高度，故轉(zhuǎn)速小于150r/min時，多采用傘式發(fā)電機。發(fā)電機的布置主要有開敞式、埋沒式、和半島式三種，開敞式布置時一般適用于容量較小的機組；埋沒式布置方式一般適用于大、中型電站。半島式布置由于廠房內(nèi)場地狹小，設(shè)備擁擠給安裝、檢修造成不便，故采用不多。 （a）開敞式 （b）埋沒式圖4 發(fā)電機的布置方式示意圖2、發(fā)電機的冷卻與通風發(fā)電機運行時會引起發(fā)熱，如不進行冷卻，會使機組效率降低甚至損壞。目前主要是依靠通風設(shè)備用冷空氣冷卻。發(fā)電機的通風方式與發(fā)電機的布置方式密切相關(guān)，主要有開敞式、川流式、半川流式和密閉式等

13、四種。小型立軸水輪發(fā)電機采用開敞式通風，自廠房及機坑內(nèi)吸入冷空氣，熱空氣排入主機房中，適用于開敞式布置的發(fā)電機。單機容量在10000kw以下的埋沒式或半島式布置的發(fā)電機，常采用川流式或半川式通風，冷空氣自水輪機機坑內(nèi)或室外進入發(fā)電機，從定子出來的熱風排出廠外或機房。對于大容量埋沒式或半島式布置的發(fā)電機，宜采用密閉式通風，定子周圍設(shè)置空氣冷卻器，冷卻器冷卻后的冷風經(jīng)專設(shè)風道 進入轉(zhuǎn)子，熱風從定子送入空氣冷卻器冷卻，循環(huán)冷卻時空氣量是固定的。3、電機的支承結(jié)構(gòu)立式發(fā)電機的支承結(jié)構(gòu)通常稱為機墩，它的底部固結(jié)在水輪機層大體積混凝土上，上部與發(fā)電機層樓板或風罩連接。它的作用是將發(fā)電機支承在預定

14、的位置上，并給機組的安裝、運行、維護、檢修創(chuàng)造有利的條件。對于采用懸式或傘式發(fā)電機的立式機組，機墩將承受發(fā)電機和水輪機的全部動、靜荷載，有時還要承受發(fā)電機層樓板傳來的部分荷載并將這些荷載傳給廠房的下部塊體結(jié)構(gòu)。為了承受這些荷載，機墩必須有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。常用的機墩，有如下幾種型式。（1）圓筒式機墩：它一般為上、下直徑相同的等厚的鋼筋混凝土圓筒。有時為了施工立模便利，也有將外圍作成正八角形時。圓筒式機墩的筒壁厚度一般在1.0m以上，其上端與發(fā)電機層樓板相聯(lián)接或與發(fā)電機通風道的外墻（風罩）相連，下端則固結(jié)于蝸殼頂部的混凝土上。圓筒的內(nèi)部空間稱為水輪機井，機組的主軸位于其中。水輪機安裝、檢

15、修時，轉(zhuǎn)輪和頂蓋可由井中吊進和吊出。水輪機井的下部直經(jīng)，可略小于座環(huán)外徑，一般為（1.31.4）倍轉(zhuǎn)輪直徑，這樣可使機墩荷載的一部分經(jīng)水輪機座環(huán)傳至下部塊體結(jié)構(gòu)。機墩的一側(cè)需布置接力器，另一側(cè)布置機墩進人孔，其尺寸一般為2×1.2m左右。圓筒式機墩廣泛用于各種水頭和容量的機組，其優(yōu)點是：剛度大，抗扭、抗震性能好；結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。缺點是：占水輪機層空間較大，使輔助設(shè)備布置和預埋管路等較為不便：水輪機井空間較小，使水輪機安裝、檢修也不夠方便。（2）平行墻式機墩：機墩由兩平行承重鋼筋混凝土墻及其間的兩橫梁所組成。發(fā)電機直接支承在平行墻及其間的橫梁上。圖5 美國包德水電站的平行墻式機墩這

16、種機墩的優(yōu)點是：水輪機頂蓋處寬敞，工作方便，檢修水輪機時可以在不折除發(fā)電機的情況下將水輪機轉(zhuǎn)輪從兩平行墻間吊出。但其剛度和抗扭性不如圓筒式機墩。（3）環(huán)形梁式機墩：一般由四或六根立柱以及固接于柱頂?shù)沫h(huán)形梁組成。發(fā)電機支承在環(huán)形梁上。這種機墩的優(yōu)點是：水輪機層可充分利用立柱間的凈空布置設(shè)備；機組的出線、安裝、檢修均較方便；機墩的混凝土用量少。缺點是：結(jié)構(gòu)剛度及抗扭抗震性能較圓筒式差，結(jié)構(gòu)施工也略復雜些，多用于中小型機組。（4）框架式機墩：機墩由兩個平行的鋼筋混凝土框架和兩根橫梁所組成。發(fā)電機支承在框架上部的梁系上。這種機墩的優(yōu)點是：可方便地利用框架下的空間布置輔助設(shè)備和管路等；機組的安裝、檢修都

17、較方便；施工簡單，節(jié)省材料，造價較低。缺點是：剛度、抗扭抗震性較差。一般適用于小型機組。 圖6 環(huán)形梁立柱式機墩     圖7 框架式機墩對大型水電站還有大矮機墩、鋼機墩等。（三）主廠房內(nèi)附屬設(shè)備和輔助設(shè)備的布置主廠房內(nèi)屬于水輪機的附屬設(shè)備有：調(diào)速器、油壓裝置、接力器和減壓閥等。屬于發(fā)電機的附屬設(shè)備有主引出線、中性點設(shè)備、勵磁系統(tǒng)、機旁盤和發(fā)電機的冷卻設(shè)備等。屬于廠房輔助設(shè)備有：壓縮空氣系統(tǒng)，油系統(tǒng)和水系統(tǒng)等。1、水輪機附屬設(shè)備調(diào)速器的布置調(diào)速器由操作柜、油壓裝置和接力器（或稱作用筒）三個主要部分組成并用油管和傳動設(shè)備聯(lián)成一體。操作柜在布置時應盡量靠近接

18、力器，以縮短油管，并便于安排回復裝置。同時操作柜應盡可能靠近機旁盤，使值班人員在操作柜旁能通視機旁盤上的各種儀表，以便在開機或停機時以及試驗時進行手動操作。而油壓裝置應盡可能地靠近操作柜并布置在同一高程，以縮短油管。接力器是直接控制水輪機導葉開度、調(diào)節(jié)進入水輪機流量，以保持機組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的機構(gòu)，一般布置在蝸殼斷面較小的上游側(cè)，固定在機墩的孔洞中。圖8 接力器示意圖調(diào)速柜和油壓裝置均應布置在橋式吊車吊鉤的工作范圍之內(nèi)，周圍還應留1m左右的通道，以便安裝、檢修。通常都是一臺機組設(shè)有一套調(diào)速設(shè)備，且應盡量布置在本機組段內(nèi)，以免主機組分期安裝時給施工和安裝帶來困難。當廠房上游側(cè)設(shè)有蝴蝶閥時，如果油壓裝置

19、的容量足夠，則蝴蝶閥的操作也可以利用它的壓力油。否則，應在蝴蝶閥的近旁布置專用的油壓操作設(shè)備。2、發(fā)電機的附屬設(shè)備及其布置（1）發(fā)電機主引出線的布置：主引出線即母線，一般采用方形的匯流銅排或鋁排。由于母線價格較貴，故要求在廠房內(nèi)母線長度應最短，并且是明線，沒有干擾，出線要暢通，母線道應干燥，且通風散熱條件好。故主引出線由發(fā)電機定子上的引出端接出后，通過主出線道進入母線道，經(jīng)低壓配電裝置，最后接主變壓器。引出線一般固定在出線層天花板的母線架上，并用鐵絲網(wǎng)圍護。在引出線上，常接有電壓和電流互感器等。中性點的位置應與發(fā)電機主引出線位置錯開一定角度。容量大的機組在中性點需設(shè)消弧線圈，可將它布置在機墩附

20、近。（2）勵磁盤的布置：勵磁盤是用于控制和調(diào)整發(fā)電機勵磁電流的，每機有35塊，它與勵磁機聯(lián)系較多，故最好布置在空氣比較干燥的主機房內(nèi)，或布置在與發(fā)電機層同高的副廠房內(nèi)。（3）機旁盤的布置：機旁盤一般包括機組自動操作盤、繼電保護盤，測量盤和動力盤等，每機35塊，用來監(jiān)視和控制機組運行。采用電氣液壓調(diào)速器時，其電氣元件盤常和機旁盤并列布置在一起。機旁盤常布置在發(fā)電機層主機的側(cè)旁。對于采用金屬蝸殼的中高水頭水電站廠房，機旁盤與調(diào)速器操作柜常布置在發(fā)電機層上游側(cè)。機旁盤與廠房墻之間應有不小于0.8m的檢修試驗通道，盤面至發(fā)電機風道蓋板邊緣或吊物孔邊緣之間應有0.60.8m的通道，以便在機組或主閥檢修時

21、，盤前仍可通行。3、壓縮空氣系統(tǒng)水電站上有許多設(shè)備使用壓縮空氣。為了向這些設(shè)備供應壓縮空氣需設(shè)壓氣系統(tǒng)。壓縮空氣系統(tǒng)可分為高壓氣和低壓氣系統(tǒng)。油壓裝置和高壓空氣斷路器用氣屬高壓氣系統(tǒng)，一般為25個大氣壓（2.53Mpa）；其他用氣設(shè)備屬低壓氣系統(tǒng)，一般為57個大氣壓（0.50.7Mpa）。 壓氣系統(tǒng)設(shè)備包括高、低壓空壓機、貯氣桶及相應的輸氣管及閥門等。壓氣機工作時噪音很大，故應遠離中央控制室。4、油系統(tǒng)水電站上各種機電設(shè)備所用的油主要有兩種:各種變壓器及油開關(guān)等電氣設(shè)備需要用絕緣油；各種軸承潤滑及油壓操作用油叫透平油。 絕緣油的作用是絕緣、散熱及滅弧；透平油的作用是潤滑、散熱及傳遞能量。水電站

22、上要設(shè)油系統(tǒng)，油系統(tǒng)一般包括下列組成部分：油庫；油處理室；中間排油槽；補給油箱；廢油槽；事故油槽；油管。5、供水系統(tǒng)水電站廠房供水系統(tǒng)供給生活用水，消防用水及技術(shù)用水。供水的方式有上游壩前取水，廠內(nèi)引水鋼管取水，下游水泵取水及地下水源取水四種。6、排水系統(tǒng)廠房中的技術(shù)用水，生活用水，各種設(shè)備及伸縮縫滲漏水，以及檢修機組時壓力水管、蝸殼、尾水管的放空水量，都需要排往下游。因此廠房內(nèi)必須設(shè)置排水系統(tǒng)。排水系統(tǒng)包括滲漏排水系統(tǒng)和檢修排水系統(tǒng)兩部分。（四）起重設(shè)備及其布置1、橋吊的任務、構(gòu)造和工作范圍水電站廠房內(nèi)的起重設(shè)備常用的為電動橋式吊車（橋吊），橋式吊車由大梁（移動行架式）、小車、驅(qū)動操縱機構(gòu)和

23、提升機構(gòu)等部分組成。橋吊大梁可在吊車梁的軌道上沿廠房縱向行駛，吊車梁則支承于主廠房上下游兩側(cè)的鋼筋混凝土排架柱上。橋吊大梁上的小車又可沿大梁在廠房內(nèi)橫向移動，這樣橋吊上的主、副吊鉤就可以到達發(fā)電機層的絕大部分范圍。橋吊大梁、小車移動的極限位置，構(gòu)成了吊車的工作范圍。廠房內(nèi)所有需要用橋吊來吊運的設(shè)備，都必須布置在它的工作范圍內(nèi)。 圖9 橋式起重機的工作范圍2、橋吊的起重量橋吊的起重量，決定于廠房內(nèi)設(shè)備的最重部件。中、高、水頭的水電站廠房內(nèi)最重部件一般是帶軸的發(fā)電機轉(zhuǎn)子，低水頭河床式水電站中有時可能是帶軸的水輪機轉(zhuǎn)輪，當主變壓器需在廠內(nèi)檢修時，主變壓器也可能是控制性最重部件。橋吊主鉤起重量應能起吊

24、最重部件。副鉤主要用于安裝和檢修一些小而輕的設(shè)備和部件。如起重量為75/20t，表示主副鉤分別起重75t和25t。圖10 橋式起重機3、橋吊的跨度和安裝高程橋吊的跨度是指大梁兩端輪子的中心距，選擇時應盡量采用標準系列產(chǎn)品中的標準跨度。起重量決定后，可按標準系列表選用合適的橋吊。選擇橋吊跨度時還要與主廠房下部塊體結(jié)構(gòu)的尺寸相適應，使主廠房排架柱直接架立在下部塊體結(jié)構(gòu)的一期混凝土上。橋吊的安裝高程是指吊車軌頂高程。橋吊的跨度和安裝高程應滿足在吊運最大部件時，不影響其他機組和設(shè)備的正常運行。吊運部件與周圍建筑物和設(shè)備之間應留一定安全距離。（五）安裝間的布置安裝間是廠房對外的主要進出口，通常設(shè)在靠河岸

25、對外交通方便的廠房一端。運輸車輛都夠直接進入，以便利用橋吊裝卸設(shè)備。安裝間又是進行設(shè)備安裝和檢修的場所。它應與主廠房同寬，以便統(tǒng)一裝置吊車軌道。安裝間面積的大小，決定于安裝和檢修工作的內(nèi)容。當機組臺數(shù)在46臺以下時，所需面積按裝配或解體大修一臺機組考慮。較小及較輕的部件可堆置于發(fā)電機層地板上，所以安裝間面積只按能在橋吊主、副鉤工作范圍內(nèi)放置下機組四大件來考慮。這四大件是：發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸。轉(zhuǎn)子要在安裝間進行組裝和檢修，四周要留12m的工作場地。轉(zhuǎn)子放在安裝間時，必須將軸豎直固定。軸要穿過地板，所以地板上相應位置要預留大于軸法蘭盤的軸孔，并在軸孔下面設(shè)置鋼筋混凝土的轉(zhuǎn)子承臺，承臺中預設(shè)地腳螺栓，以

26、固定轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子承臺的高度要滿足轉(zhuǎn)子底部距發(fā)電機層樓板有11.5m的空間。發(fā)電機上機架。重量不大，但占地不小；水輪機轉(zhuǎn)輪帶軸。四周要留出1m的工作場地；水輪機頂蓋。一般情況下安裝間的長度大約等于11.5倍機組段長度。1-發(fā)電機轉(zhuǎn)子；2-發(fā)電機主軸孔；3-水輪機轉(zhuǎn)輪；4-上機架；5-卡車；6-吊物孔；7-主變坑圖11 安裝間布置示意圖安裝間的基礎(chǔ)最好座落在基巖上，若基巖埋藏較深，則可利用開挖的空間布置空壓機室，油處理空，水泵室等。（六） 廠內(nèi)交通為了便于設(shè)備的安裝，維護、檢修和運行人員的巡視檢查與操作，保證運行的正常和工作的安全，廠房內(nèi)部必須布置一定的交通通道。（七）廠房的采光、取暖、通風、防潮

27、、生活衛(wèi)生及保安防火等問題（略）第二節(jié) 立式機組地面廠房主要尺寸的確定確定廠房主要尺寸的步驟是：根據(jù)蝸殼及尾水管外形尺寸，確定下部塊體結(jié)構(gòu)最小尺寸，然后根據(jù)水輪機及發(fā)電機層設(shè)備布置要求，確定下部塊體結(jié)構(gòu)及各層布置，定出主廠房各層控制高程及平面尺寸。一、廠房各層高度和主要高程的確定 在立式機組廠房中，各主要高程如圖12所示。 圖12 立式機組廠房尺寸示意圖1、水輪機安裝高程對于立軸反擊式水輪機，其安裝高程是指導葉中心線高程。2、尾水管底板高程尾水管底板高程=3、廠房基礎(chǔ)開控高程廠房基礎(chǔ)開挖高程=尾水管底板高程-尾水管底板厚度s(m)初設(shè)階段，巖基=1.02.0cm；土基：=34m。4、水輪機層地

28、面高程水輪機層地面高程=式中金屬蝸殼進口斷面半徑；混凝土蝸殼為進口斷在水輪機安裝高程以上的高度； 蝸殼進口頂部混凝土厚度，決定于結(jié)構(gòu)的強度和接力器的布置。初步計算可取0.81.0m左右，大型機組可達23m。 5、主閥廓道地面高程主閥廓道地面高程=1/2（1.82.0）m式中主閥外徑； （1.82.0）m閥底至廓道地面的安裝檢修距離。6、 電機層和安裝間地面高程 在確定發(fā)電機層地面高程時，一般要考慮以下幾方面的因素。（1）當機組選定后，水輪機安裝高程至發(fā)電機定子殼基礎(chǔ)安裝高程之間的主軸長度h2和定子高度h3均為定值，未經(jīng)廠家同意，不能任意增長或縮短。（2）水輪機層凈空高度必須滿足發(fā)電機出線。布置

29、機墩進入孔（孔高一般為22.5m,孔頂上機墩度不小于1.0m）和運行管理要求，一般均需34m。如布置電纜夾層，尚需適當加高。（3）發(fā)電機層地面高程最好高于下游最高洪水位，以便進廠公路（或鐵路）在洪水期也能暢通，并使廠房上部結(jié)構(gòu)保持干燥，有利于電氣設(shè)備的運行和維護。安裝間地面高程最好能與發(fā)電機層地面和進廠通路相同，且高于下游設(shè)計洪水位。這對機組安裝檢修，運行管理和對外交通均有利。7、尾水平臺高程尾水平臺是布置尾水閘門，啟閉機的地方，也是主廠房的外部通道，在施工期還可能是重要的運輸?shù)缆贰Ｆ涓叱套詈门c安裝間地面高程相同，但也有根據(jù)下游洪水位以及設(shè)備布置和交通要求，使尾水平臺高于或低于安裝間地面高程。

30、當尾水平臺上布置有主變壓器時，為了防洪宜采用較高的高程。8、吊車軌頂高程吊車軌頂高程=發(fā)電機層地面高程+發(fā)電機層樓板至吊車軌頂高度。發(fā)電機層樓板至吊車軌頂高度，根據(jù)吊車吊運最長部件方式外形尺寸及安全距離確定。廠房內(nèi)最長吊運部件一般為發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸。傘式發(fā)電機，轉(zhuǎn)子可與軸分開吊運，電站水頭低，流量大，可能為水輪機轉(zhuǎn)輪帶軸。當主變壓器需要到安裝間檢修時，還應考慮主變抽芯起吊高度。當發(fā)電 機層地面與安裝間地面同高時，發(fā)電機層樓至板吊車軌高度可按下式確定。發(fā)電機層地板至吊車軌頂頂高度= (a)式中： 垂直向安全距離，不小于0.3m; 最高部件高度； 吊鉤吊索連接距離，一般為小1.21.5m。使用鋼性吊

31、件時可縮短至0.81.0m。 吊鉤極限位置時，吊鉤中心至吊車軌頂?shù)母叨龋僧a(chǎn)品目錄查得一般為1.21.3m。吊運最高部件時與周圍建筑物及設(shè)備間，應有不小于0.4m的水平向安全距離。考慮主變進安裝間檢修時，整體吊裝至專設(shè)的變壓器坑內(nèi)，吊出外罩然后吊出鐵芯檢修。發(fā)電機層地面至吊車軌頂高度= (b)上式中主變鐵芯或外罩高度。其它符號意義同前由式（a）和（b）兩式結(jié)果中取大者。9、廠房天花板高程和廠房頂高程為了檢修吊車和布置燈具，需在小車頂端到廠房天花板或屋頂大梁底面之間，留出>0.3m的高度。吊車在軌頂以上的高度由吊車規(guī)格決定。天花板高程=吊車軌頂高程+。再根據(jù)房頂結(jié)構(gòu)形式和尺寸，最后定出廠房

32、頂高程。二、廠房長度的確定主長房的長度取決于機組臺數(shù)，機組間距,邊機組段長度和及安裝間長度。1、機組間距機組間距是相鄰兩機組軸心之間的水平距離，當機組等距離布置時，機組間距等于一個機組段長度。一般中、低水頭大流量機組，常取決于蝸殼或尾水管的最大寬度；而高水頭小流量機組，常取決與發(fā)電機定子外徑和風道寬度。另外輔助設(shè)備的布置和廠房的分縫，對機組段長度也有影響。當機組間距由發(fā)電機尺寸控制時：=發(fā)電機定子外徑+2×風道寬+風道間過道寬發(fā)電機定子外徑由制造廠家提供，風道寬一般為0.81.5m，風道之間的通道寬一般不小于2m。通道的寬度除應滿足附屬設(shè)備調(diào)速器和樓板結(jié)構(gòu)布置時要求外，所剩通道凈寬不

33、小于0.8m。當機組間距由蝸殼尺寸控制時：=蝸殼最大寬度+蝸殼間混凝土厚度金屬蝸殼或混凝土蝸殼的最大寬度可由前面所述的方法確定， 兩蝸殼間混凝土厚度，等于蝸殼兩側(cè)混凝土厚度之和，每側(cè)厚度不小于0.8m。若蝸殼旁設(shè)有減壓閥時，則還應考慮布置減壓閥所需增加的寬度。當機組間距由尾水管控制時：=尾水管出口寬（包括中墩） +尾水閘墩厚尾水管出口寬度，可由前述方法確定，值由尾水閘門槽深度及設(shè)備布置決定，一般為23m,大、中型機組可達34m，.當有空放閥時， 則=+空放閥泄水道寬度確定機組間距時，一般應先根據(jù)上述三種情況分別擬定出機組間距，從中選出最大者作為采用數(shù)據(jù)，然后再校核看是否能滿足其他各方面的要求，

34、并進行必要的修正。各機組間距最好布置成等距的并與廠房排架柱間距一致，以簡化廠房結(jié)構(gòu)。對于壩后式廠房，機組段分縫常和大壩分縫相一致，此時，機組間距將受大壩分縫的影響。2、邊機組段長度與安裝間相鄰的邊機組段長度，必須滿足發(fā)電機層設(shè)備布置要求，下部塊體結(jié)構(gòu)尺寸應考慮蝸殼外圍或尾水管邊墻的混凝土厚度在0.81.0m 以上，而與安裝間相對一端邊機組長度（指遠離安裝間最遠的機組），除滿足設(shè)備布置外，為了保證邊機組在橋吊工作范圍以內(nèi)，則（或）,其中為橋吊主鉤至橋吊外側(cè)的距離，為吊車梁未端擋車板距端墻的距離，一般約為0.40.9m。當蝸殼前裝有主閥時，則還應滿足主閥吊裝和操作的要求，并以此來確定（或）。3、安

35、裝間的長度當機組臺數(shù)不超過46臺時，可按能放置一臺機組檢修時四大部件并留有足夠的工作通道來確定。初步設(shè)計時，可采用=（1.251.5）。當機組臺數(shù)多需要兩臺機組同時安裝或檢修時，應加大安裝間長度。當、 、和確定后，則主廠房的總長度為 =（n-1）+水輪機層長度一般與發(fā)電機層同長，視安裝間下面是否用來布置輔助設(shè)備及實際需要而定。尾水管層的長度則較短。三、主廠房寬度的確定主廠房的寬度應從廠房上部和下部結(jié)構(gòu)的不同因素來考慮。上部寬度取決于吊車的跨度，發(fā)電機直徑、最大部件的吊運方式，輔助設(shè)備的布置與運行方式等條件。廠房下部寬度取決于蝸殼和尾水管的尺寸、主閥的布置。主廠房寬度以機組縱軸線分為上、下兩部分

36、。廠房上部結(jié)構(gòu)上游側(cè)的寬度與下部結(jié)構(gòu)上游側(cè)寬度基本相等，即=。當上游側(cè)作為吊運設(shè)備的主通道時，由發(fā)電機風罩外半徑，機電設(shè)備（如機旁盤，調(diào)速器等）和主閥吊孔的布置以及吊運水輪機轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機轉(zhuǎn)子的要求來決定。并應保證吊車外緣距排架柱內(nèi)邊空隙不小于6cm，與墻內(nèi)面間隙不小于60cm。圖13 廠房寬度示意圖主機房下游側(cè)寬度，由廠房縱軸下游側(cè)蝸殼的寬度加蝸殼外圍混凝土厚度（一般不小于0.81.0m）確定；或由發(fā)電機風罩外半徑加通道寬（一般不小于0.81.2m，如作為主通道則應滿足吊運主機設(shè)備的要求）與排架柱厚度確定。應取兩者中的較大值。發(fā)電機層總寬度=+。選定B上值時，應與吊車標準跨度相符合。以便選用系

37、列產(chǎn)品，爭取提前供貨和節(jié)約費用。主機房基礎(chǔ)寬度等于上部結(jié)構(gòu)寬度加尾水平臺寬度。尾水平臺的寬度，主要由尾水管長度，尾水閘門啟閉機的型式和尺寸，是否布置變壓器以及交通要求等因素確定。一般為34m,大中型水電站有時達48m。第三節(jié) 臥式機組廠房的設(shè)備布置及尺寸擬定（略）第四節(jié) 水電站副廠房副廠房是布置各種操作控制電站運行的電氣輔助設(shè)備、附屬機械及作為工作生活的房間，緊鄰主廠房布置。由于水電站的形式及規(guī)模隨具體條件影響變化很大，副廠房房間的內(nèi)容、數(shù)量及面積互不相同，差異很大。所以，設(shè)置副廠房應根據(jù)電站的地形、地質(zhì)條件，在電力系統(tǒng)中的地位和作用、交通、自動化程度，管理機構(gòu)級別等，進行具體分析確定，既滿足

38、安全運行，又節(jié)省投資。副廠房按性質(zhì)可分為三類：一、 直接生產(chǎn)副廠房1、中央控制室中小型廠房中的中控制室是布置發(fā)電機的操作、控制、繼電保護、信號、直流、同步及勵磁等盤柜的房間，是整個電站運行、控制、監(jiān)護的中心。中控室高于發(fā)電機層地面而位于主廠房上游側(cè)。兩層之間應設(shè)有寬敞的樓梯和方便的專門交通道。中控室與主廠房應有隔音設(shè)施，并設(shè)了望主機房的窗口和平臺。中控室凈高不應小于4.04.5m，頂部設(shè)置天棚，天棚上部高度應滿足維護檢修照明設(shè)備的要求，總高度不得小于5.56.0m中控室面積應根據(jù)各種表盤的數(shù)量及尺寸進行妥善布置后確定，其平形狀宜為矩形。中控室地面及墻壁應進行建筑處理、滿足防潮，隔音、通風、取暖

39、要求。中控室照明應妥善解決，防止光線直射儀表盤面。圖14 中央控制室2、載波電話室這是利用高壓線載波與調(diào)度中心聯(lián)系的專用通訊設(shè)施。載波電話室鄰近中控室。有良好的隔音、采光、通風條件。載波機正面距墻不小于1.5m，背面距墻不小于1.0m，側(cè)面距墻無過道不小于0.8m，有過道不小于1.2m。3、電纜室電纜室應位于中控室下，其面積與中控室相等。電纜室的高度約在22.5。能滿足維護、檢修、人員工作即可。4、開關(guān)室開關(guān)室即發(fā)電機電壓配電裝置室。開關(guān)室應盡量靠近主機房與主變場，以縮短電纜。長度在7m以內(nèi)時，可只設(shè)一個出口通向其他房間或戶外，長度大于7m時，應設(shè)兩個出口，門朝外開。5、蓄電池室、貯酸室、套間

40、、通風機空、充電機室廠房設(shè)有直流系統(tǒng)，蓄電池室為直流電源。蓄電池室主要用戶為中央控制室，位置應盡量靠近。地面宜與廠外地坪同高，但不充許位于中控室及開關(guān)室的上部。蓄電池室入口處應有貯酸室及套間，門朝外開。貯酸室是貯存硫酸的房間，套間是防止酸氣外流的緩部房間。當采用可控硅整室流裝置作為蓄電池的充電設(shè)備時，可控硅整流裝置可布置在直流盤室內(nèi)，不設(shè)充電機室。當采用充電機作為蓄電池充電設(shè)備時，應在蓄電池室附近同一層專設(shè)充電機室，但應盡量遠離中控室。二、檢修試驗副廠房1電氣試驗室中小型廠房一般僅設(shè)電氣試驗室。電氣試驗室地面宜做水磨石，室內(nèi)應有通風、采暖、防塵、防潮措施。調(diào)試工作臺應有良好的自然采光和局部照明

41、。2機械修理間是廠內(nèi)簡單的機械修理場所。3工具間與倉庫工具間與倉庫布置在發(fā)電機層旁邊鄰近安裝間的位置，作為放置日常工具與零碎用品的場所。三、間接輔助生產(chǎn)副廠房這是指行政管理及生活用房，包括廠長室、總工程師室、行政黨團工作辦公室、圖書資料室、會議室、傳達警衛(wèi)室及衛(wèi)生和生活用房等，視電站條件差別很大。第五節(jié) 地面廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理一、廠房的分縫和混凝土的分期（一）廠房的分縫和止水 為解決不均勻沉陷使廠房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的附加應力問題，通常在機組段之間、廠壩之間、主機房與安裝間設(shè)置沉陷縫，使它們各自成為獨立的部分，以使結(jié)構(gòu)受力明確、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)設(shè)計算也可以簡化。伸縮縫間距一般2030m，有時間也可放寬

42、到4550m。主要視地質(zhì)條件和廠房布置允許沉陷量而定。一般情況下，下部結(jié)構(gòu)縫寬為12cm，上部結(jié)構(gòu)的縫寬可適當加大。沉陷縫將廠房分成若干段，每段包括12臺機組，安裝間常為單獨一段。在機組段分縫處，排架、吊車梁和板也要斷開。對于不太長的廠房，最好將伸縮縫只做到下部快體結(jié)構(gòu)為止。同時，采取能適應不均勻沉陷的措施。止水的布置有兩種基本方式： (1)開口式。縫內(nèi)水與下游連通,水下房間和廊道穿過永久變縫處周圍都用止水保護。(2)封閉式。縫內(nèi)無水或可人為控制縫內(nèi)水壓。廠房止水的構(gòu)造與重力壩的止水相似。重要的部位應設(shè)兩道止水,中間設(shè)瀝青井,次要部位可不設(shè)瀝青井。止水與基巖連接時應埋入基巖內(nèi)3050cm 常用

43、的止水片有金屬止水片和塑料止水片兩類。金屬止水片按其材料,又可分為紫銅片、鍍鋅鐵片和涂瀝青鋼片。 （a）開口式止水     （b）封閉式止水圖15 止水布置圖（二）主廠房一、二期混凝土劃分與分層分塊一般在機組安裝前澆注的混凝土稱為一期混凝土，在機組安裝時才澆注的稱為二期混凝土。一期混凝土包括:基礎(chǔ)塊體結(jié)構(gòu)、尾水管(不包括錐管段)、上下游圍墻、廠房排架、吊車梁及部分樓層的梁、板、柱、等。當采用混凝土蝸殼時除尾水管錐管段及座環(huán)附近局部混凝土外,也屬于一期澆注。 二期混凝土是為了機組安裝和埋設(shè)部件需要預留的，尾水管錐管段鋼板里襯和金屬蝸殼安裝好才分層澆注，一般包括：尾水

44、管錐管段、蝸殼外圍混凝土、機墩、風道墻以及與之相連的部分樓板、梁等。 廠房一、二期混凝土的劃分視具體情況而定,要滿足下列要求:(1)為了滿足預料埋件和機組安裝時操作方便的需要,金屬蝸殼周圍二期混凝土的最小厚度要留0.81.2。(2)機組臺數(shù)較多時,往往分期安裝,分期投產(chǎn)。(3)應使一、二期混凝土可靠地結(jié)合。 根據(jù)我國廠房規(guī)定,澆注層的厚度,基礎(chǔ)塊一般為12m底板厚度不大時,可直接取板厚為澆注厚度;在基礎(chǔ)約束范圍外,一般采用36m；尾水閘墩和上、下游墻體可放寬到68m。澆注塊的平面尺寸,除基礎(chǔ)外,其邊長一般不大于1520m,或面積不超過300。二、作用于廠房的荷載及組合（一）垂直荷載 （二）水平

45、荷載（三）荷載組合：一般按下表進行計算。表1 廠房整體穩(wěn)定和地方地基應力計算荷載組合荷載組合計算情況 荷載名稱上下游水位結(jié)構(gòu)自重機電設(shè)備重水重回填土石重上游壓力下游壓力側(cè)向水壓力揚壓力土壓力浪壓力淤沙壓力冰壓力地震力基本組合正常運行a1上游正常蓄水位下游最底水位a2上游設(shè)計洪水位下游相應水位b下游設(shè)計水位特殊組合(1)機組檢修a上游正常蓄水位下游最底水位b下游檢修水位(2)機組未安裝a上游正常蓄水位下游最底水位b下游設(shè)計水位(3)非常運行a上游校核洪水位下校核洪水位b下校核洪水位(4)地震情況a上游正常蓄水位下游最底水位b下游滿載運行水位注: 1.表中a適用于河床式廠房,b適用于壩后式及河床式

46、廠房；2.浪壓力與冰壓力非同時存在,依實際情況選擇一種計算；3.正常運行a2下游相應水位,是指上游發(fā)生設(shè)計洪水時可能出現(xiàn)的對廠房最不利水位(包括樞紐溢洪情況)；4.非常運行a下游校核洪水位,是指上游發(fā)生校核洪水時,下游可能出現(xiàn)的對廠房最不利水位(包括樞紐溢洪或不溢洪情況)；5.特殊組合(1)、(2)水重應根據(jù)實際情況扣除；(2)中蝸殼二期混凝土未澆。三、機墩荷載與荷載組合(一)、機墩荷載 機墩荷載一般有以下幾種：（1）垂直靜荷載A1。（2）垂直集中動荷載A2（3）中心水平動荷載A3。（4）扭矩荷載A4。（二）荷載組合：機墩荷載組合，按表2采用 表2 機墩荷載組合表荷載組合計算情況荷載名稱A1A2A3A4正常飛逸正常飛逸基本組合正常運行特殊組合1.短路時2.飛逸時四、細部結(jié)構(gòu)1.吊車梁吊車梁與軌道的連接方式，如圖17所示。鋼軌型號根據(jù)橋吊輪壓選定。1-C30細石混凝土找平；2-鋼板（厚度大于8mm）；3、局部電弧焊圖16 鋼軌與吊車梁連接方式吊車梁與排架柱的連接方式，根據(jù)吊車梁的形式確定。裝配式吊車梁與排架柱一般采用鋼板焊接或螺栓連接固定。梁柱連接鋼板要承受吊車的橫向水平制動力，應校核其強度。構(gòu)造形式如圖17（b）所示；對現(xiàn)澆吊車梁。需在澆筑排架柱時預埋伸入吊車梁的水平和垂直插筋，并在梁柱之間的空隙灌注200號以上的混凝土，如圖17（a）所示；吊車起重量不大，排架柱間距小