1、前言本次水電站設計的主要目的是讓同學們能熟悉水電站設計的基本步驟、方 法。讓我們對以前所學的水工建筑物課程中水電站做一個整體的了解，并能將以 前所學的理論知識運用的實際工作中，由于本設計作者水平有限，所以設計中難 免有不妥之處，請老師指出以便糾正和改進。編者2011/12/23目錄前言1目錄2基本資料4一、電站工程概況4二、流域概況4三、廠區(qū)地質(zhì)4四、電站電器主線圖見圖25五、JS電站水輪機選用機型： 5第一章、 蝸殼、尾水管及主要機電設備選擇6一、蝸殼6二、尾水管設計8三、水輪發(fā)電機組9四、調(diào)速器選擇9五、起重設備的選擇10六、主閥選擇15第二章、壓力前池16一、壓力前池的作用16二、壓力前

2、池的布置形式及布置原則16三、壓力前池的主要設備16四、壓力前池布置設計17第三章、 壓力水管及機組調(diào)節(jié)保證計算19一、壓力水管的作用于要求19二、壓力水管的路線和布置形式選擇及供水方式19三、壓力水管的經(jīng)濟直徑20四、附件21五、支撐結(jié)構(gòu)21第四章、廠區(qū)及廠房布置設計26一、水電站廠房的功用26二、水電站廠房和廠區(qū)的組成26三、主廠房布置27四、副廠房的布置27五、變壓器場和開關(guān)站的布置28六、尾水渠、交通線的布置及廠區(qū)防洪排水29第五章、廠房布置設計30一、立式機組地面廠房的設備布置30二、主廠房內(nèi)附屬設備和輔助設備的布置32三、安裝間布置34四、廠內(nèi)交通34五、廠房的采光、取暖、通風、防

3、潮、生活衛(wèi)生及保安與防火等問題.34六、廠房各層高度和主要高程的確定35七、廠房長度的確定37八、主廠房寬度確定37第六章、水電站廠房施工39一、水電站廠房混凝土澆筑的分層分塊39二、水電站廠房施工程序40三、廠房混凝土施工方案40四.施工質(zhì)量控制方法和措施41總結(jié)44參考文獻45基本資料一、電站工程概況JS水電站位于X省西部地區(qū)JS村西北，只是在L河上修建的第三級引水式 水電站，該電站規(guī)劃裝機容量1300KW,最大水頭為62m,最小水頭36m,設計 水頭51m。引水渠全長約17.2Km,電站引水口位于長水，為誰泄入渡洋河，尾 水渠長3.2Km,渡洋河供水不大，不影響電站尾水泄流。尾水渠為漿砌

4、塊石襯砌, 比降為1/3000,始端渠底高程為283.96m,橫斷面尺寸見圖1,初步估計當電站 最大流量為32.8m3/s時，按均勻流計算得出正常水深為H=3.00m,則電站最高 尾水位為283.96+3.00=286.96mo電站建成后，投入地方電力網(wǎng)運行，但在電力 系統(tǒng)中所占比重不大。JS水電站的前池水位為339.9mo二、流域概況L河在長水以上屬深山區(qū)，兩岸基巖大部裸露，為震旦紀海底旦紀海底噴發(fā) 火山巖系，長水以下為丘陵區(qū)，巖石出露減少，兩岸有明顯的海漫灘地及一、二 級階地，寬23Km。大部分為水澆地，是糧食產(chǎn)量較高地區(qū)之一。三、廠區(qū)地質(zhì)電站廠房建在L河北岸一級階地上，根據(jù)地質(zhì)勘探資料，

5、表層黃土層厚1822m,細微泥卵石厚58m,再下為砂礫石，巖石高程為277. 35m地下水位為298. Omo前池進水室和壓力管道的地基均為粉質(zhì)沙壤土，尾水渠地下水位較高，一般 為287. 0288. 0m,開挖較為費工。四、電站電器主線圖見圖2五、JS電站水輪機選用機型：HL2200-LJ-140主要性能參數(shù)見表1.表1 HL220-U-140型水輪機設備主要參數(shù)水頭(ID)設計流 量(mV s)額定功 率(KW)保證 效率轉(zhuǎn)速(r/min)最大 吸出 高度 Hs(m)設計上最大A最小H.U額定n.vE逸nr50.5623615.86849883757501. 34第一章、蝸殼、尾水管及主要

6、機電設備選擇一、蝸殼1、蝸殼型式、作用蝸殼分為金屬蝸殼和混凝土蝸殼。金屬蝸殼由鑄鐵、鑄鋼或鋼板焊成，適用于較高水頭（H>40m）的水電站和小型 臥式機組。混凝土蝸殼一般適用于水頭在40m以下的大流量水電站，因水頭較大時，只用 混凝土材料不滿足抗?jié)B要求，需要在混凝土中加鋼板襯砌防滲，同時為滿足強度 要求還需在混凝土中布置大量鋼筋，則造價高，不經(jīng)濟。此外，由于流量大，若 采用金屬蝸殼，由于蝸殼平面尺寸較大，可能會增加廠房尺寸，從而增加廠房投 資，但混凝土蝸殼過水流條件比金屬蝸殼稍差。該水電站的設計水頭Hp=51 m>40m,故選用金屬蝸殼。2、蝸殼參數(shù)及尺寸的確定蝸殼主要參數(shù)有：蝸殼包

7、角、蝸殼斷面形狀和蝸殼進口斷面流速。（1）蝸殼包角外。以蝸殼鼻端（尾段）斷面為起點到蝸殼進口斷面（垂直于壓力管道軸線的斷面）之間的夾角”稱為蝸殼的包角。金屬蝸殼由于過流量較小，蝸殼的外形尺寸對水電站廠房的尺寸和造價影響不 大，故為了獲得良好的水力性能，包角常采用345。（2）蝸殼的斷面形狀及其變化規(guī)律。金屬蝸殼斷面形狀均為圓形。（3）蝸殼進口斷面平均流速Ve。蝸殼進口斷面平均流速Ve是蝸殼水力計算中 需要確定的一個重要參數(shù)，同流量下，流速大，斷面尺寸小，但蝸殼中的水力損 失大；流速小，斷面尺寸大，電站投資增加，但其水力損失小。故應合理確定蝸 殼進口斷面平均流速。金屬蝸殼進口斷面平均流速Ve可按

8、下列經(jīng)驗公式確定。Vc = Kc 師（11 ）式中Hp水電站設計水頭Ke流速系數(shù)，按圖1-1查取。圖1一1由表 11 可知 Ke=0.95, ift Ve = 0.95 x V5T « 6.91(nVs)。3、繪制蝸殼單線圖(1)求進口斷面半徑(12)式中Qo-水輪機設計流量；”-蝸殼包角；Ve進口斷面流速。q. Q?唾=15.匚=1134m3/sD2VHd 1.42xV505所以水輪機在設計水頭下的實際流量為Qo = Q； D： VfP = 1 . 134x L4? x 同=15.87mVsQ)8360c 0=0.84( m)I 15.87 x34VV360°x3.14x

9、6.91(2)求 CJS水電站所選水輪機型號為HL220型，Dl = 1.4m,查表1得Da=241cm所以 ra= 1.205m 則C =8ra + /X- Jra (ra + 2pe)= 19173451.205 + 0.84-1.205 x(1.205 + 2x0,84)表1導水機構(gòu)主要尺寸轉(zhuǎn)輪標稱直徑Da120140160180200225250275300330370410450500550600導葉軸圓周直徑Do145170190215235265290320350385430475525580640700座環(huán)內(nèi)直徑Db1752002252502753103403754101505

10、00550605670735805座環(huán)外直徑Dt206241270300334370410440480530580610700790860945（3）求任意斷面由公式4=,ri = ra + 2pi可得表1.1表1.1圓形斷面蝸殼尺寸計算表斷面號6(pi/C2rai/C6ri = ra + 2pi1000001.2052450. 020. 060. 240. 261.733900. 050. 110. 340. 381.9741350. 070. 170.410.482. 1751800. 090. 230. 480. 572. 3462250. 120. 280. 530. 652. 507

11、2700. 140. 340. 580. 722. 6583150. 160. 400. 630. 792. 7993450. 180.430. 660. 842. 88二、尾水管設計尾水管是反擊型水輪機的重要組成部分，尾水管性能好壞直接影響水輪機的 效率及其能量利用情況。1、尾水管的作用水能進攻轉(zhuǎn)輪變?yōu)闄C械能后，從轉(zhuǎn)輪流出排向下游的水體仍有一定的動能，此能 量占水體總能量（進入轉(zhuǎn)輪時）的比重因不同水輪機而異，高水頭（H>100m） 水輪機小于10%,低水頭水輪機能達到4（%50%。為了盡量利用這部分能量， 而在水輪機轉(zhuǎn)輪下部裝一尾水管。尾水管作用如下：（1）將通過水輪機的水流泄向下游；

12、（2）轉(zhuǎn)輪裝置在下游水位之上時，能利用轉(zhuǎn)輪出口與下游水位之間的勢能；（3）回收利用轉(zhuǎn)輪出口的大部分動能。一般地，以動能利用系數(shù)nd來表示尾水管利用轉(zhuǎn)輪出口動能的相對數(shù)，乂稱為 尾水管效率，它反映了尾水管性能的好壞，尾水管型式不同，其動能利用系數(shù)不 同，差別比較大，一般為。.40.85。2、尾水管的形式和尺寸尾水管的型式有直錐型、彎管直錐型、彎曲型三種。根據(jù)基本資料，可確定選用彎曲型尾水管。此型式尾水管由錐管段、彎管段、水平擴散段三部分組成。此型式多用于大、中 型水輪機。表11尾水管主要參數(shù)表D：hLB5=BtD：=h1h6LhaRea：Rra 二艮1.43. 5 3. 786.33. 841.

13、890. 942.451.830. 691.622. 071. 140. 151.09三、水輪發(fā)電機組根據(jù)轉(zhuǎn)速:額定nN=375r/min,逸nr=750r/min可選取發(fā)電機型號為SF34-16/410, 主要性能參數(shù)見下表。表12發(fā)電機性能參數(shù)表發(fā)電機型號型式最大運輸部件額定容量功率因 數(shù)外形尺寸（m） 長X寬X高重量（t）Sn(KVA )Nn(Kw)cos巾SF34-16/410懸式40000340000. 85額定電壓小 （V）轉(zhuǎn)速（r/min）輪力矩 GD2(9. 8/KN, m3)推力軸 承負荷 P（t）重量（t）額定nx飛逸小轉(zhuǎn)子G定子Gd63003757505702451046

14、7四、調(diào)速器選擇1、機組臺數(shù)與機型選擇設選用兩臺機組，發(fā)電機效率；n電=96%,則水輪機單機出力為N = "（XX）= 6743 （KW）2x0.96計算效率修正值對混流式水輪機H<150m.時，采用下式計算；nmax,其中Dim=0.46m , n mmax90%,。月f 以=1(1 T/mmax)獸刻X悟= 92%采用工藝修正值 5=1%,則效率修正值為A Q = Q max- n mmax- A Q i=92%-90%-1 %= 1 %A n 與原假設相符,n max= Q mmax+ n =91 % o Q=N/9.81Hmax n max=6743/9.81/62/0

15、.91=12.18m3/s 反擊型水輪機的調(diào)速功經(jīng)驗公式為A = (200 250) QVHmaxDi(N m)故 A = 200x 12.18 x J62xL4 = 22695 .37(N-m)式中Hmax水輪機的最大匚作水頭，m;Q-最大工作水頭下水輪發(fā)電機出額定出力時的流量，m%：D1水輪機轉(zhuǎn)輪的直徑，m。200500一系數(shù)，高水頭取200,低水頭取250. 綜上，調(diào)速功在1000030000、m,調(diào)速器為中型。表13調(diào)速類型型式分離式組合式大型中型小型特小型單調(diào)式機械T-100YT-1800YT-3000YT-300YT-600YT-1000YTT-35YTT-75YTT-150YTT

16、-300電氣DT-80DT-100DT-150YDT-1800YDT-3000雙調(diào)節(jié)機械ST-80ST-100ST-150電氣DST-80DST-100DST-150DST-200由表13可選調(diào)速器型號為YT-3000 表1一4 YT-3000主要參數(shù)表接力器容 積(L)調(diào)速軸轉(zhuǎn) 角(° )壓力油罐 容積(L)每臺油泵輸 送量及油泵 數(shù)接力器最 小關(guān)閉時 間(s)最高工作油 壓(Kg/cm2)17.7156001. 4L/s, 2 臺224五、起重設備的選擇橋吊的起重量決定與廠房內(nèi)設備的最重部件。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

17、帶軸的水輪 機轉(zhuǎn)輪；當主變壓器需在場內(nèi)檢修時，主變壓器也可能是控制性最重部件。橋吊 主鉤起重量應該起吊最重部件。副鉤主要用于安裝和檢修一些下而輕的設備與部 件。由最重部件的型號選擇。查水電站動了設備手冊得出下列表。表15水輪機設備基本數(shù)據(jù)水輪機型號水頭(m)設計流量 Qr (m3/ s)額定功 率Nr (KW)保證 效n (%)轉(zhuǎn)速(r/min)最大 吸出 高度Hs (m)軸向推力 (9.81KN)輪坑接(m) 水基直口設計乩最大%最小IU額定nx飛逸nr水推力轉(zhuǎn)動部 分重量HL220-LJ-14050.5623615.8684987.53757501.3438. 96.7132.7表16主軸

18、蝸殼軸頸直 徑(m)上法蘭 直徑(m)下法蘭 直徑(m)長度(m)型式進口直 接小2或 寬b】X 同hi (m)包角 (° )進口斷 面至機 組中心 距離L (m)進口中 心至機 組中心 距離a1 (m)平面控制尺寸(m)+X向 R+X-X向 R-x+Y向 R+Y-丫向 R-Y0.4150. 7250. 7252.95鋼板4>2. 003602.852.213. 1722. 3811.8952. 828表17重量(t)運輸最大部件配套發(fā)電機水輪機總 重轉(zhuǎn)輪主軸頂蓋座環(huán)蝸殼尺寸長X寬義高 (m)重量 (t)型號額定功 率 N(KW)293. 13.32. 9746. 3953.5

19、X2. 83X2. 1213.5TSL330/61-166500水輪機附屬設備調(diào)速器油壓裝置進口閥真空破壞閥水輪機補氣型式直徑(m)操作方式閥中心 線至水 輪機中 心距離 a：直徑(m)數(shù)量補氣方 式補氣管直接 (mm)CT-40臥軸蝶閥2油壓4.3尾管進 口十字 架100表19水輪機發(fā)電機外形安裝尺寸型號重量(KW)主要外形和安裝尺寸(mm)h，h=h5<l>:小3<l>»(l)5(l>6HxH：h5H；HsHeHth3h9Hl0TSL330/61-1665001912524390028035760235027003580149016432429736

20、10161600470626946191135表 110座環(huán)尾水管最大外徑 (m)最大高度 (m)型 號高度h(m)長度L(m)進口斷面 直徑D3 (m)出口斷面隔墩長LX寬h (m)錐管擴散 0。底板上 翹板角 a °高度 h5 (m)寬度R(m)2.714H3.4936.31.5351. 8343.843.850X0. 4558° 25'0°表 1-11起重機跨 度升起高度輕中級工作制起小 機最 大輪 壓 (t)主要部件尺寸主鉤副鉤主鉤副 鉤起升速度運行速度重量LtKK：BBiHiFh3hh：li12bI.(t)(m)主 鉤副鉤小 車大車小車起 重 機

21、總 重：(mm)501010.512161.919.821910.610.635.732.6250048003500630027841070Bi2400922-62220201005319513.538.634.848222216.542.937542216916-1219.547.138.82042180六、主閥選擇1、作用主閥的作用是停機時減少機組漏水和縮短重新啟動時間。2、閥門的類型主閥的型式有：閘閥、蝴蝶閥、球閥。閘閥：山框架和面板構(gòu)成的閘板，裝在閥殼內(nèi)成整體結(jié)構(gòu)，閘板支撐于兩側(cè)的門 槽中，用操作桿使其上下移動啟閉。只適用于直徑較小的壓力鋼管。蝴蝶閥：簡稱蝶閥，山閥殼、支承在旋轉(zhuǎn)軸上的

22、閥盤及其他附件組成。優(yōu)點是啟 閉力小，動作迅速，體積小，重量輕；缺點是水頭損失較大，止水不宜嚴密。適 用于管徑較大、水頭不很高的水電站。球閥：外殼呈球形，與水管直徑相同的管狀活門和球面形擋水板構(gòu)成了可旋轉(zhuǎn)的 閥體。優(yōu)點是強度高，止水效果好，開啟是無水頭損失；缺點是結(jié)果復雜，體積 大，造價局。此次設計采用蝴蝶閥。選蝶閥需要知道經(jīng)濟管徑，經(jīng)濟管徑的計算公式可采用經(jīng)濟流速的數(shù)據(jù)選擇管徑，即式中Qp-壓力水管的設計流量；Ve經(jīng)濟流速，明鋼管和地下埋管為46m/s,鋼筋混凝土管為24m/s, 對壩內(nèi)埋管，當設計水頭為3070m時為36m/s,設計水頭為70100m時為5 7m/so ；4QP ；4xl5

23、.87 0 /D = j=、2nvs Wc 3.14x5當 D=2m 時，Ve=4Q/3.14/D2=4X15. 874-3. 144-22=5.05m/s 在 46m/s 之間。所 以符:合要求Q蝶閥的具體參數(shù)見表112表 112名稱直徑 (mm)型式a (mm)b(mm)C (mm)d (mm)e (mm)f (mm)封水方式承受最 大水頭 (m)蝴蝶閥2000臥式33481806110018001000365閥體活門總重(t)空氣圍帶90材料重量 (Kg)材料重量 (Kg)啟閉方式參考 價格 (萬元)生產(chǎn)廠鑄鋼3692鑄鋼2450<l>400單接力器油壓操作175重慶水 輪機

24、廠第二章、壓力前池在引水渠到未滿，將渠底加深，將渠道平面尺寸擴大，形成一水池，以便平穩(wěn)水流和布置壓力管道的進水口，此水池成為壓力前池。一、壓力前池的作用1、分配水量。將引水渠道中的流量均勻地分配給各壓力水管，并設置閘門 控制入壓力水管的流量。2、保證水質(zhì)。再次攔截和清除水中的污物、泥沙、浮冰等，防止其進入壓 力水管。3、限制水位升高，保證下游用水，宣泄多余水量。當下游有其他用水要求 時，在電站停止運行的情況下，可以通過泄水建筑物向下游供水。4、穩(wěn)定水頭，提高機組運行穩(wěn)定性。壓力前池有一定容積，當機組負荷變 化引起蓄水量變化時，起一定的調(diào)節(jié)流量和反射水錘波的作用。二、壓力前池的布置形式及布置原則

25、壓力前池有正向進水、側(cè)向進水、斜向進水三種布置形式。正向進水的特點是渠道、壓力前池、壓力水管的軸線相一致，這樣水流平順, 水量分配均勻，水頭損失小。但這種布置方式容易受到地形地質(zhì)條件的限制，可 能有較大的挖方，并且泄水道通常采用側(cè)堰型式，因此只能在地形條件許可或在 渠道跌水式電站中采用。側(cè)向進水的特點是渠道軸線垂直于壓力管軸線，這時壓力前池中水流偏向一 側(cè)，易于引起渦流，加大了水頭損失，且轉(zhuǎn)角處還可能形成死水區(qū)而使泥沙淤積。 但可以適應地形條件，使渠線與等高線平行，而壓力水管軸線與等高線垂直，減 小開挖量。此時泄水道可做成正堰，對排水、排冰、排污均有利，且泄水道遠離 廠房，不影響廠房安全。斜向

26、進水是渠線與壓力水管軸線斜交，這種布置在工程實踐中采用較多，因 為它比較能適應地形、地質(zhì)條件，而水流開挖量、排污、排冰等條件都介于前述 兩者之間。此處選擇斜向進水。三、壓力前池的主要設備壓力前池的主要設備有攔污柵、檢修閘門、工作閘門、通氣孔、旁通孔、啟閉設備和清污機等。1、攔污柵壓力前池的攔污柵的構(gòu)造、作用等于潛沒式進水口的攔污柵相同。攔污柵設 置在進水室入口處的柵槽中，下端支承于防護梁上，防護梁與工作橋相連。攔污 柵一般與水平面成70°80°傾斜放置。可采用人工清污或機械清污，有時為 吊出柵片清污或檢修，乂不影響電站的正常運行，可采取雙層攔污柵。2、檢修閘門和工作閘門檢修

27、閘門位于工作閘門之前，但可能位于攔污柵之前或之后，供檢修攔污柵、 工作閘門和進水室時堵水之用，一般為疊梁式或平板式閘門。工作閘門的作用是壓力水管，水輪機閥門或機組發(fā)生事故或檢修時，用來關(guān) 閉壓力水管進口。另外，當電站長時間停機是，為了防止水輪機閥門漏水，也常 關(guān)閉工作閥門。工作閘門一般采用平面定輪閘門，對于較重要的電站，長做成快 速閘門，用電動螺桿或電動卷揚式啟閉機操作。3、通氣孔和旁通管通氣孔應布置在僅靠工作閘門的下游面，其作用和截面面積的確定與潛沒式 進水口相同。其主要作用是在關(guān)閉閘門時向引水道補氣，一填補流走水量形成的 空間，從而防止引水道產(chǎn)生有害氣體。其面積不宜小于引水道斷面面積的5%

28、。旁通管布置在進水室的邊墻和隔墩內(nèi)，一般用閘閥控制旁通管可謂鑄鐵管， 鋼管或鋼筋混凝土管。4、啟閉機攔污柵和檢修閘門可采用移動式啟閉機，工作閘門則應每個進水室采用一臺 固定啟閉機。為了將攔污柵和閘門吊出檢修，需設置啟閉機架和工作橋。5、排沙設施排沙孔應在前室的最低處設置，其進水口方向與管道的進水方向相同，兩者 分上下層排列，也可布置在前室最低處的一側(cè)。四、壓力前池布置設計1、前室（擴大加深段）前室是引水渠道末端與進水室之間的擴大加深部分。主要作用是將渠道斷面過渡 至進水室所需的寬度和深度。應有一定的容積和水深，滿足沉沙的要求，前室在 平面上以6=10°的擴散角逐漸加寬。在立面上前室以

29、1:31:5的坡度向下延伸, （此處取1:4）,直至所需要的寬度和深度。為了沉沙、排沙，防止有害泥沙進入進水室，前室末端底板高程應低于進水室底板高程0.5m以上，當水中含沙量 較大時，宜適當加大此高度。此處取0.5m。壓力前池的寬度B為進水室寬度B進的1.01.5倍，其長度L二(2. 5-3.0) B。2、進水室進水室是壓力前池的最主要組成部分，上游與前室相接，下游為埋設壓力水管進 口的壓力墻。當布置兩根以上的壓力水管時，應以隔墩分成若干獨立的進水室。 且每一進水室都應設有攔污柵、檢修閘門、工作閘門、通氣孔、旁通管、工作橋 和啟閉設備等。(1)進水室最高水位Z.。Z 進=339.9m,二堰頂高

30、程+最大溢流水深=339. 9+0. 05+1=340. 95m(2)進水室最Za。A 位=336.4m Z5二引水渠渠底高程+ 0. 5m =336. 4+0. 5=336. 9m。(3)進水室各部分高程確定d0 = CVv,D = 0.6x2.96xv2 = 2.5m式中D壓力水管直徑，m：C一經(jīng)驗系數(shù)，取值在0.550.73之間，此處取0.6。管頂高程=24-4二336. 9-2. 5=334. 4m進水管底板高程二 Zain-do-D/cos a =336. 9-2. 5-2/cos0° -332. 4m壓力前池圍墻頂部高程=Zw+ 6 =340. 95+0. 8=342.

31、2mbM (1.51.8) D=l. 5X2=3m8廣品進+ (n-1) d=2X3+ (2-1) X 0. 5=6. 5m式中d一隔墩厚度，m,對于混凝土隔墩取0. 5m：n壓力水管根數(shù)，此處為兩根。(4)進水室的長度主要決定于攔污柵、檢修閘門、工作閘門、通氣孔、工作橋和啟閉設備等的布置需要。對于小型電站，進水室的長度一般為35m。此處取5m。綜上，對于進水前池寬度:B=1X6. 5=6. 5m,長度：L=3X6. 5=19. 5m第三章、壓力水管及機組調(diào)節(jié)保證計算一、壓力水管的作用于要求壓力水管是指從水庫或水電站平水建筑物（壓力前池或調(diào)壓室）向水輪機輸 送水量的管道。它是水電站的重要組成部

32、分，其特點是坡度陡，內(nèi)水壓力大，靠 近廠房，且承受水擊的動水壓力，故乂稱為高壓管道或高壓水管。壓力水管的工用是輸送水能。由于內(nèi)水壓力大，運行中可能爆裂，承受外壓 時則可能失穩(wěn)。管道失事將危及廠房，因此壓力水管的布置應適應所處地形地質(zhì) 條件，盡量縮短長度，降低水擊壓力，減小水頭損失，與水庫、前池、調(diào)壓室及 廠房應妥善連接，提高水電站運行的經(jīng)濟性。二、壓力水管的路線和布置形式選擇及供水方式1、壓力水管路線的選擇（1）管線盡量短而直。這樣不僅可節(jié)省工程量和鋼材，較少投資，而且也 減少水頭損失和水擊壓力，有利于電站的穩(wěn)定運行。（2）管路沿線地質(zhì)條件好。沿線應無活動地質(zhì)構(gòu)造，巖石力求堅硬完整， 明管的鎮(zhèn)

33、支墩必須布置在堅實的基礎上，避開可能產(chǎn)生滑坡或崩坍的地段，以防 止因沉陷、滑動而造成管道破裂。地下埋管宜穿越巖質(zhì)良好的巖層，避開山巖壓 力大、地下水位高和涌水量大的地段。（3）明管路線應盡量避開山坡起伏大和其他危及管道安全的地段。應布置 在山脊上，不應布置在山水集中的谷地，以免基礎遭沖刷侵蝕而破壞。（4）避免管道內(nèi)產(chǎn)生局部真空。管頂應位于最低壓力線以下至少2m；地下 埋管應有足夠的埋深，一般不宜小于0.4倍水頭及3倍洞涇。壩體壓力管道路線 應考慮孔洞對壩體穩(wěn)定和應力的影響，平面上應位于壩段中央，直徑不宜大于壩 段寬度的1/3o同時,應減少與大壩施工的干擾。（5）管線傾角合適。明管路線傾角應滿足

34、施工安裝要求；地下埋管傾角過 大對施工不便，過小則出渣困難；此外應考慮施工支洞的不知方便。2、壓力水管的布置形式壓力水管向水輪機供水的方式可分為以下三種。（1）單獨供水一根壓力管只向一臺機組供水，及單管單機供水。這種供水方式結(jié)果簡單， 水流順暢，水頭損失小，運行靈活可靠，其中一根水管或一臺機組發(fā)生故障需要 檢修是不影響其他機組運行，當管道較長是，工程量大，造價較高。適用于水頭 不高、流量較大、管長較短的情況。（2）聯(lián)合供水由一根總管在末端分岔后向電站所有機組供水。這種供水方式的顯著優(yōu)點是 可以節(jié)省管材，降低造價，多在高水頭小流量的水電站中采用。其缺點是運行的 靈活性和可靠性較單獨供水方式差，當

35、總管發(fā)生故障或檢修時，將使電站全部機 組停止運行，由于增加了分岔管、彎管等構(gòu)件，結(jié)構(gòu)上較復雜，且水頭損失也較 大。（3）分組供水每根主管在末端分岔后向兩臺或兩臺以上機組供水，及多管多機供水。這種 供水方式的優(yōu)缺點同聯(lián)合供水方式相似，只是當每一根主管發(fā)生故障或檢修是， 不致造成電站所以機組停止運行。一般適用于管道較長、機組分數(shù)較多、需限制 管徑過大的電站。壓力水管的軸線與廠方相對方向可采用正向、側(cè)向或斜向的布置。正向布置 的優(yōu)點是管線較短，水頭損失也較小；缺點是當水管失事破壞時.，水流直泄而下, 危及廠方安全。這種方式一般適用于水頭較低、水管較短的水電站。側(cè)向或斜向 布置時，當水管破裂后，泄流可

36、以從排水渠排走，不致直沖廠房，但管材用量增 加，水頭損失也較大。此次設計供水方式選用單獨供水方式，軸線與廠房相對方向采用斜向。三、壓力水管的經(jīng)濟直徑對不重要的工程或缺乏可靠的技術(shù)經(jīng)濟資料時，可采用經(jīng)濟流速的數(shù)據(jù)選擇 管徑，即式中Qp壓力水管的設計流量；Ve經(jīng)濟流速，明鋼管和地下埋管為46m/s,鋼筋混凝土管為2 4m/s,對壩內(nèi)埋管,當設計水頭為3070m時為36m/s,設計水頭為70100m 時為57m/s。D =呼=、5觀.2n/sWe V 3.14x5四、附件（1）伸縮接頭（伸縮節(jié)）伸縮節(jié)的作用是使鋼管在溫度變化時，能沿軸線自由伸縮，避免在管壁內(nèi)產(chǎn) 生很大的溫度應力。伸縮節(jié)的間距不宜超過

37、150m,如果壓力鋼管用法蘭連接且 管段不長（不超過34m）,可不設伸縮節(jié)。（2）通氣孔和通氣閥為避免壓力管道在放空及運行時發(fā)生真空，管道應能就及時補氣和排氣，放 空時補氣，充水時排氣。因此，壓力管道應設有自洞進氣和排氣裝置。水頭較低 時，常采用通氣孔或通氣井，其出口應在啟閉室外并高于校核洪水位；進水口較 深時，可采用通氣閥。（3）進人孔與排水閥為便于觀察和檢修管道內(nèi)部，應當在壓力管的適當位置設置進人孔。進入孔 截面常做成直徑不小于45cm的圓孔或短軸不小于45cm的橢圓孔。進入孔間距一 般不小于150m,其型式很多。（4）鋼管的過流保護裝置和防腐蝕措施對于大型鋼管，可裝設過流保護裝置。這種設

38、置在鋼管破裂后管內(nèi)流速增大 時，能迅速發(fā)出信號關(guān)閉進口閘閥，防止事故擴大。防止鋼管管壁內(nèi)外表面被泥沙磨損和銹蝕的措施：在管壁內(nèi)外表面噴鍍一 層厚度150200 um的鋅，再加涂一層涂料；采用油漆涂料保護。五、支撐結(jié)構(gòu)（1）鎮(zhèn)墩鎮(zhèn)墩是用來固定壓力水管的建筑物。一般布置在壓力水管轉(zhuǎn)彎處。當直線長 度較長時，一般每隔100150m應設置一個中間鎮(zhèn)墩。鎮(zhèn)墩一般為混凝土重力式 結(jié)構(gòu)。若基礎為土基，鎮(zhèn)墩底面宜做成水平向；若為巖基，鎮(zhèn)墩底面宜做成臺階 式，以節(jié)省工程量。（2）支墩（支座）支墩用來支承壓力管道，并防止管道橫向滑脫。間距應通過應力分析和管道 的振動分析，并考慮安裝條件、支墩型式、地基條件等因素確

39、定。一般間距6 15m,最大可達25m。直徑特別大的鋼管，由于荷載大，支墩間距可能較小。在相鄰兩鎮(zhèn)墩之間的支墩宜等距布置，設有伸縮接頭的一跨，間距宜縮短。此時設計采用滑動支墩，間距取10mo6、調(diào)節(jié)保證計算（1）鋼管管壁厚度的初步確定-2胭式中丫一水的容重，N/m3;H內(nèi)水壓力，m,包括水擊值，初估時水擊值按凈水頭的15-30%, 高水頭用小值，低水頭用大值。<!>一焊縫系數(shù)，一般為0.90.95,雙面對接焊縫取0.95。單面對接 焊縫取0. 90；D一鋼管直徑，m；8> Pa,通常降低 15% 25%,公式取6'= 0.55 6 s, 6 s=235匕口、 /HD9

40、.81 x36x30%x2所以 3 N 1 = 1.2min2洞 2 x 0.95 x 0.55 x 235 x （1 - 25%）考慮到鋼板厚度在制造中不夠精確以及鋼管運行中的磨損和銹蝕，初步確定 管壁厚度時，應在計算厚度的基礎上再加2mmoS s= S +2=3. 2mm此外，對鋼管來說，除滿足結(jié)構(gòu)強度要求外，最小厚度應滿足下列條件，且 不小于規(guī)范中規(guī)定的最小值。4 = 6.5mm800式中D一鋼管直徑，以mm計；外徑（mm）870以下9201530163040404240604062407050最小厚度（mm）680101214對于不同管徑規(guī)范規(guī)定的最小管壁厚度如下。 表31明鋼管最小管

41、壁厚度2000綜上取5 s=10mm（2）計算水擊水擊現(xiàn)象及其危害水電站機組在穩(wěn)定運行情況下，機組的出力與電力系統(tǒng)負荷時保持平衡的。 此時，機組轉(zhuǎn)速保持不變，水電站有壓引水系統(tǒng)中的水流處于恒定流狀態(tài)，稱為 穩(wěn)定工況。但水電站在實際運行過程中，負荷是經(jīng)常變化的，為了適應這種變化, 水輪機必須相應地經(jīng)常改變引用流量，以改變機組出力達到與電力系統(tǒng)負荷平 衡。水輪機引用流量的改變一般是較緩慢的。在某種特殊情況下，如電力系統(tǒng)負 荷變化或水電站出現(xiàn)某些特殊事故等，會造成機組或電站突然丟棄全部負荷，迫 使水輪機突然切斷全部引用流量。水輪機引用流量的突然改變，引起機組轉(zhuǎn)速的 突然變化，將在水電站有壓引水系統(tǒng)中

42、產(chǎn)生非恒定流現(xiàn)象，成為不穩(wěn)定工況。由于壓力管道中水流流速的突然改變而引起管內(nèi)壓強急劇升高（或急劇降 低），并往復波動的水力現(xiàn)象成為水擊（也稱為水錘）現(xiàn)象，其壓力波稱為水擊 波。在缺乏自律的情況下，明鋼管的水擊波波速可近似的取為1000m/s,埋藏式 鋼管的水擊波波速可近似地取為1200m/s,鋼筋混凝土管的水擊波波速可取為 900-1200m/so 此處取 a=1000m/s。=二 11，= 0.3s <Ts = 5s 為間接水擊a 10003）研究水擊的目的計算水電站引水系統(tǒng)水擊壓強的最大升高值，以確定壓力管、蝸殼和水輪 機強度設計的最大內(nèi)水壓強，作為設計或校核計算的依據(jù)。計算水電站引

43、水系統(tǒng)水擊壓強的最大降低值，以確定其最小內(nèi)水壓強，作 為布置壓力管道路線（防止壓力水管發(fā)生真空）及校核尾水管內(nèi)真空的依據(jù)。研究水擊與機組穩(wěn)定運行的關(guān)系，水擊壓強的最大升高值和最大降低值是 機組調(diào)節(jié)保證的依據(jù)。研究降低水擊壓強的措施。（4）水擊計算Ts>2L/a,為間接水擊1 5 27Vc=Q A=- -=5.05m/s34x（|JaVc 828x5.05pc =2gH0 2x9.8x51= 4.18Ta =4 zgd?365N0 375I 2 x9812"365x6500=57042s=4.18X1=4, 18>1. 6 末相水擊26*2-6c LVc 150 x 5.0

44、5 八個 gHTs 9.8x51 x5界=用-="絲= 0.35/w 2-J 1-0.3A” =*，。=0.35x51 = 17.85 m調(diào)節(jié)保證計算“江流域規(guī)劃辦公室”公式Tc=TA+0. 5 5 Ta=0. 2+0. 5X0. 02X57042=570. 62sTn= (0. 90. 00063n二)Ts=3. 8s式中N。一機組額定出力，KW；n0一機組額定轉(zhuǎn)速，r/min：EGD2一機組轉(zhuǎn)動慣量，f m2, 一般由制造廠家提供;3一調(diào)速器的殘留不均衡度，一般取0.020.06；Tn一升速時間，s；4一水輪機比轉(zhuǎn)速，n.=咄.=224.6 min “】一Ts一導葉(或閥門)的有

45、效調(diào)節(jié)時間，s,此處取5s： 九一水擊影響系數(shù)，查表得1.17iJ + 36" 65()()(2%28.7 + 3.8x1.17)-1 = 0.44 < 0.6375、nYGD2 c n h x981調(diào)節(jié)保證及時規(guī)定的標準P允許值規(guī)定如下：丟棄100%負荷，=0.50.6；丟棄 75%負荷，65 P max；丟棄 50%負荷，3=0. 45 P max；丟棄 25%負荷，3=0. 25 P max；增加100%負荷，B=0.6：增加100%負荷B =0. 6則調(diào)節(jié)保證計算符合規(guī)定。第四章、廠區(qū)及廠房布置設計廠區(qū)布置是多種多樣的，但應遵循以下主要原則（1）應綜合考慮自然條件、樞紐

46、布置、廠房型式、對外交通、廠房進水等 因素，使廠區(qū)各部分與樞紐其他建筑物相互協(xié)調(diào)，避免或減少干擾。（2）既要照顧廠區(qū)各組成部分的不同作用和要求，也要考慮它們的聯(lián)系與 配合，要統(tǒng)籌兼顧，共同發(fā)揮作用。（3）應充分考慮施工條件、施工程序、施工導流方式的影響，并盡量為施 工期間利用已有鐵路、公路、水路及建筑物等創(chuàng)造條件。還應考慮電站的分期施 工和提前發(fā)電。（4）應保證廠區(qū)所有設備和建筑物都是安全可靠的。（5）應盡量少破壞天然綠化，積極利用、改造荒坡地，盡量少占農(nóng)田。（6）應采用工程量少、投資最省、效益最高的方案。一、水電站廠房的功用水電站廠房的功用是：通過一系列的工程建筑，將水流平順的引進水輪機并

47、流向下游；將各種機電設備布置于恰當?shù)奈恢茫o它們創(chuàng)造良好的安裝、檢修及 運行條件；為運行管理人員創(chuàng)造良好的工作壞境。二、水電站廠房和廠區(qū)的組成1、廠區(qū)的組成布置水電站的發(fā)電、變電和配電建筑物的區(qū)域稱為水電站的廠區(qū)，主要由水 電站廠房、主變壓器場、高壓開關(guān)站和內(nèi)外交通線路四部分組成。廠區(qū)是完成發(fā)、 變、配電的主體。在水電站設計中，通常將這些建筑物集中布置在一起，故稱為 廠房樞紐。水電站廠房包括主廠房和副廠房。安裝水輪發(fā)電機組的房間成為主廠房，是 直接將水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿能囬g，是廠房的主體。為了安裝和檢修主廠房內(nèi)的機電 設備，需要設置安裝間或稱裝配場。它通常位于主廠房的一端，并成為主廠房的 一部分。

48、布置各種機電控制設備和輔助設備的房間，以及運行管理人員的工作和 生活用房，統(tǒng)稱副廠房。一般圍繞主廠房布置。2、水電站廠房的組成按設備組成系統(tǒng)劃分為：水流系統(tǒng)、電流系統(tǒng)、電氣控制設備系統(tǒng)、機械 控制設備系統(tǒng)、輔助設備系統(tǒng)。按水電站廠房的幾個組成劃分為：水平面上可分為主機室和裝配場；垂直 面上根據(jù)工程習慣主廠房以發(fā)電機層樓板面為界分為上部機構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)兩部 分。上部機構(gòu)包括主機室和裝配場，與工業(yè)廠房基本相似。下部結(jié)構(gòu)為大體積的 整體結(jié)構(gòu)，主要布置水輪機的過流系統(tǒng)，其特點是：尺寸大、結(jié)構(gòu)復雜、防滲要 求嚴格、基礎深厚。三、主廠房布置主廠房是廠房樞紐的主要建筑物。它的布置是廠區(qū)布置的關(guān)鍵。副廠房、主

49、變壓器場、開關(guān)站的位置都依它的位置而定。因此選定主廠房的位置必須慎重。主廠房應布置在地質(zhì)條件好、開挖量小、岸坡穩(wěn)定、對外交通方便、施工條 件好且導流容易解決、出線方便、對整個水利樞紐工程來說經(jīng)濟合理的位置。壩后式廠房應避免向岸坡切入過大深度，致使開挖后高陡岸坡處于暴露狀 態(tài)，這樣對岸破和擋水壩段的穩(wěn)定不利。拱壩壩后式廠房的開挖不應影響壩肩的 穩(wěn)定性，必要時可采用弧形布置，但應妥善解決由此引起的廠房內(nèi)橋吊的運行問 題。引水式水電站常用河岸式廠房。其特點是距樞紐較遠，因此，應首先依地形、 地質(zhì)、水文等自然條件選擇飲水方式后，再確定廠房的位置和布置。四、副廠房的布置大中型水電站都設有副廠房，小型水電

50、站有時可不設專門的副廠房。水輪機 輔助設備盡可能放在主廠房內(nèi)，而電氣輔助設備多裝設在副廠房內(nèi)。按副廠房的 作用可分為如下三類。（1）直接生產(chǎn)副廠房。是布置與電能生產(chǎn)直接有關(guān)的輔助設備的房間，如 中央控制室、低壓開關(guān)燈。直接生產(chǎn)副廠房應盡量靠近主廠房，以便運行管理和 縮短電纜。（2）檢修試驗副廠房。是布置機電修理和試驗設備的房間。此類副廠房可 結(jié)合直接生產(chǎn)副廠房布置。（3）生產(chǎn)管理副廠房。是運行管理人員的辦公和生活用房。辦公用房宣布 置在對外聯(lián)系方便的地方。此次設計引水式水電站的副廠房布置在主廠房一端，如下圖。I開關(guān)站I圖51水電站廠區(qū)布置方案示意圖五、變壓器場和開關(guān)站的布置布置變壓器場時應考慮

51、下列原則：（1）主變壓器盡可能靠近主廠房，以縮短昂貴的發(fā)電機電壓母線和減少電 能損失。（2）要便于運輸、安裝和檢修。（3）變壓維護、巡視及排除故障。（4） 土建結(jié)構(gòu)經(jīng)濟合理。（5）便于主變壓器通風、冷卻和散熱，并符合保安和防火要求。高壓開關(guān)站一般為露天式。當?shù)匦味妇r，為了減少開挖和平整的工程量， 也可采用階梯布置方案或高架方案。高壓開關(guān)站的布置原則與主變壓器場相似，要求高壓引出線及低壓控制電纜 安裝方便而短，便于運輸、檢修、巡視，土建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。因為戶外高壓配電裝置 的故障率很低，所以靠近廠房和主變壓器的山坡或河岸上有較為平坦的場地，出 線方向和交通均較方便，即可布置開關(guān)站。六、尾水渠、交通線

52、的布置及廠區(qū)防洪排水尾水渠應使水流順暢下泄，根據(jù)地形地質(zhì)條件、河道流向、泄洪影響、泥沙 情況，并考慮下游梯級回水及樞紐各泄水建筑物的泄水對河床變化的可能影響進 行布置。尾水渠應盡量遠離溢洪道或泄洪洞出口。要避免泄洪時在尾水渠內(nèi)形 成塞水、水位波動的漩渦，對機組運行不了。尾水渠的位置還應使尾水與原河道 水流能平順銜接，并不被河道泥沙於塞。廠區(qū)內(nèi)外鐵路、公路及橋梁、涵洞，應充分考慮機電設備重件、大件的運輸。 有水運條件時應盡量利用。廠區(qū)內(nèi)的公路線的轉(zhuǎn)彎半徑一般不小于35m,縱坡不宜大于9%,坡長限制在 200m內(nèi)。單行導流寬不小于6. 5m,廠門口要有回車場。廠區(qū)防洪排水應給有足夠重視，應保證廠房

53、在各個設計水位條件下不受淹 沒。當下游洪水位較高是，為防止廠房受洪水倒灌，可采用設尾水擋墻、防洪堤、 防洪門、全封閉廠房，抬高進廠公路及安裝間高程等措施，或綜合采用以上兒種 措施加以解決。主、副廠房周圍應采取有效的排水和保護措施，以防可能產(chǎn)生的山洪、暴雨 的侵襲。臨近山坡的廠房，應沿山坡等高線設一道或數(shù)道鋪砌的截水溝。位于洪 水位以下的廠區(qū)，為防止洪水期的倒灌和內(nèi)澇，應設置機械排水裝置。第五章、廠房布置設計一、立式機組地面廠房的設備布置1、水輪機及其進出水設備的布置水輪機及其進出水的設備包括水輪機進水口、主閥、蝸殼、尾水管、尾水閘 門等。這些設備都布置在水輪機層以下的塊體結(jié)構(gòu)中，其中以水輪機、蝸殼、尾 水管對廠