第十二章地面厂房布置设计.pdf

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1、 1 第十章 地面厂房布置设计 第一节 立式机组厂房设备布置 一、厂房设备布置的内容和要求 在枢纽布置、厂房类型、电气主结线和主要的设备选择初步确定后，即可进行厂房设备布置。厂房设备布置工作的主要内容是：（1）确定水轮机、发电机、调速设备、主阀起重设备以及其他辅助设备在厂房内的合理位置、布置形式和支承方式；（2）确定主、副厂房的布置方式以及主副厂房的尺寸；（3）确定主厂房内垂直和水平通道的位置和尺寸；（4）提供设备布置的图纸和数据以供设备安装和厂房结构设计使用。设备布置应满足以下基本要求：（1）必须结合水电站枢纽的地形、地质条件、自然环境和水工建筑物在布置上的特点等、尽量减少土建工程量、使总造

2、价经济合理。（2）设备布置紧凑，位置合理，便于安装、运行、检修和操作管理。尽量减少安装工程量。（3）能满足劳动保护、遥控、防空等特殊要求，以及防火、防淹、防潮等要求。并能适应水电站分期建设和提前发电的需要。（4）应能满足水工结构和建筑的施工方面的要求，力求布置整齐美观。二、立式机组地面厂房的结构轮廓 1、主厂房的总体轮廓 主厂房中布置有许多机电设备，由于各种设备安装高程不同而将厂房在高度上分成几层。习惯上以发电机层楼板高程为界将厂房分为上部结构和下部结构。上下部结构高度之和（即由尾水管基底至屋顶的高度）就是主厂房的总高度。水轮机轴中心的连线称为主厂房的纵轴线，与之垂直的机组中心线称为横轴线。每

3、台机组在纵轴线上所占的范围为一个机组段，各机组段和安装间长度的总和，就是厂房的总长度，厂房在横轴线上所占的范围，就是主厂房的宽度。2、主厂房的上部结构 上部结构包括屋顶结构、围墙、门窗、楼板、吊车梁以及支承屋顶 2 结构和吊车梁的排架柱等。这些构件在水电站中多为钢筋混凝土结构。主厂房发电机层楼板以上布置有发电机上机架，励磁机、机旁盘、调速器操作柜和油压装置、桥式吊车等机电设备及走道，楼梯、吊物孔等厂内交通设施。安装间一般位于主厂房的一端，进厂大门设于安装间处，对外可与进厂公路相连接，有时还铺设有变压器进厂轨道以利变压器进厂检修。3、主厂房的下部结构 下部结构一般可分为水轮机层和蜗壳尾水管层。如

4、水轮机层高度较大，可在发电机层与水轮机层之间增设发电机出线层，水轮机层以下是混凝土块体结构。（1）水轮机层。这里布置有水轮机顶盖，调速器的接力器，发电机机墩，蜗壳进人孔，油、水、气系统和电缆等，左端布置有低压空压机，贮气筒，楼梯等，右端布置有油库，油处理室，楼梯等。上游侧为蝴蝶阀室，走廊和母线道。（2）蜗壳尾水管层。水轮机层以下一般都是埋设蜗壳和尾水管的混凝土块体结构，但有时为了运行上的需要常在尾水管上游侧的空间布置进人孔和主阀室，如果这部分空间较大，则形成蜗壳水管层。在上游侧布置有蝶阀，油压装置，蝶阀基础、楼梯等。（3）基础结构。它是整个厂房和地基连接的部分，作用在厂房上的所有荷载都将由基础

5、传给地基。因此厂房必须建造在坚固可靠的地基上，且对于不同的地基采用不同的地下轮廓线。厂房的下部结构是混凝土块体结构，体积比较庞大，基础开挖和工程量都比较大，并且下部结构中，埋设部件很多，使施工变得复杂，施工过程必须特别注意。三、立式机组地面厂房的设备布置（一）水轮机及其进出水设备的布置 1、水轮机的布置 水轮机选定之后，水轮机的安装高程是厂房的一个控制性标高，应通过计算确定。2、进水管和主阀的布置 3 进水管进入厂房后，应有一水平段，以便布置主阀和与蜗壳连接。此水平管段的中心线高程应与水轮机安装高程相同。主阀的布置方式一般有两种：一种是将主阀布置在主厂房内的上游侧，并使之位于桥吊工作范围之内，

6、阀上各层楼板都设有主阀吊物孔，可利用主厂房内的桥式吊车来安装和检修主阀。这种布置比较紧凑，运行管理方便，但往往会增加厂房宽度，并且万一主阀爆裂，水流会淹没主厂房。因此要求主阀必须十分安全可靠。另一种是将主阀布置在厂房外专设的阀室中，对于高水头的地下厂房，或在特殊的情况下才采用第二种布置方式。这时主阀的运输、安装、检修需专设起重运输设备和通道,也不便于运行维护。采用这种布置时，主阀室要设置专门的水流出口，且主阀爆裂可将水流排走，以免对主厂房造成危险。3、蜗壳的布置 中、高水头水电站厂房内的混流式水轮机一般均采用金属蜗壳。金属蜗壳的内圈焊接在座环的上、下环上，上半部通常用弹性垫层与上面的混凝土隔开

7、。为了在检修水轮机时，能将蜗壳和主阀后面进水管中的水放空，通常在紧靠主阀下游钢管的底部装设通往尾水管或集水井的排水管，并装设控制阀门。同时，在进水钢管的顶部还应安装通气阀，以便于蜗壳和钢管放空或充水时，能自动进气和排气。蜗壳进人孔一般可设在主阀下游进水钢管处，也可从水轮机层向下用垂直孔洞联通一水平短洞进入蜗壳。低水头的水电站厂房，可采用钢筋混凝土蜗壳，放空蜗壳和引水管的排水管，常设在进口处底部并通向尾水管。蜗壳进人孔多设在前半段。4、减压阀的布置 高水头水电站在厂房下部块体中，有时要装设减压阀，以减小水锤压力。减压阀一般安装在压力水管末端的蜗壳旁边。厂房内装设有减压阀时，机组段长度和厂房的总长

8、度会增加。5、尾水管和尾水闸门的布置 尾水管中弯曲形尾水管和直锥形尾水管应用较多，一般大、中型水电站中，大多数采用弯曲形尾水管。小型水电站中才采用直锥形尾水管。尾水管在布置时，可使直锥段的顶端与水轮机的基础环相接，尾水管出 4 口潜没于尾水中。为了检修水轮机，还需要设置尾水管进人孔和排水管。进人孔一般设在尾水管的直锥段，当上游有主阀室时，尾水管进入孔可设在该处。由主阀室进入尾水管。如电站没有主阀室（例如坝后式水电站厂房中，上游端一般不设主阀）则进人孔可布置在下游侧，由水轮机层沿竖井下至尾水管进人孔高程后，再水平进入尾水管。尾水管的排水管进口应设在尾水管的最低点。末端通入集水井，排水管上应设控制

9、阀门。尾水闸门一般设置在尾水管的出口，当检修水轮机或机组作调相运行时，封闭尾水管出口。尾水闸门常用的有平板闸门和叠梁闸门等。可数台机组共用一套闸门，平时将闸门存入专设的门库中或放置在尾水闸墩上。运用时沿尾水平台吊到指定地点。尾水闸门启闭机的型式，可根据起重量的大小选择门式起重机、桥式吊车、活动绞车或电动葫芦等。6、下部块体的最小尺寸 一般情况下主厂房的长度及宽度主要取决于下部块体结构的尺寸，只有在高水头水电站上，才取决于发电机层的尺寸，决定厂房块体结构最小尺寸时，必须考虑厂房的施工（主厂房块体结构的混凝土一般划分为两期进行浇筑），运行及强度，刚度稳定性等多方面的因素。当水轮机安装高程和蜗壳，尾

10、水管的尺寸选定后，可根据水轮机安装高程及转轮的尺寸定出尾水管的顶部高程，再减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凭经验估计，以后再进行验算。一般情况下基岩上的尾水管底板厚度在 12m左右。蜗壳顶部到水轮机层地面高程之间的混凝土厚度一般可采用 1.22.0m。这样就大致决定了块体结构的高度。5 图 1 下部块体结构示意图 块体结构的平面尺寸，主要取决于蜗壳的平面尺寸和施工条件。为了蜗壳的拼装、焊接，以及便于蜗壳外侧预埋件的布置及绑扎钢筋、烧捣混凝土等，在蜗壳的四周混凝土的厚度L至少要有 0.81.0m。这样蜗壳两边各加一个L后即得到机组段的最小长度。蜗壳下游侧在L外边再加上

11、外墙厚度，一般可估取 1 3m,在蜗壳上游侧L之外。再加上主阀室的宽度及外墙厚，块体结构的平面尺寸地就大致决定了。这样定出的尺寸就是块体结构的最小尺寸。当然这些尺寸还要通过结构检查校验。（二）发电机的布置 1发电机的型式和布置方式 常用的发电机型式：悬式和伞式。悬式发电机：推力轴承位于转子上方，支承在上机架上。发电机的传力方式为：转动部分重量(发电机转子、励磁机转子、水轮机转轮)推力头推力轴承定子外壳机座；固定部分重量(推力轴承、上机架、发电机定子、励磁机定子)定子外壳机座。图 2 悬式发电机 6 图 3 伞式发电机 伞式发电机：推力轴承位于转子下方，设在下机架上。发电机的传力方式为：机组转动

12、部分的重量推力头和推力轴承下机架机座。上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。悬式发电机的稳定性比伞式好，故转速大于 150r/min，多采用悬式发电机。伞式发电机总高度转低，可降低水电站厂房高度，故转速小于150r/min 时，多采用伞式发电机。发电机的布置主要有开敞式、埋没式、和半岛式三种，开敞式布置时一般适用于容量较小的机组；埋没式布置方式一般适用于大、中型电站。半岛式布置由于厂房内场地狭小，设备拥挤给安装、检修造成不便，故采用不多。（a）开敞式 （b）埋没式 图 4 发电机的布置方式示意图 7 2、发电机的冷却与通风 发电机运行时会引起发热，如不进行冷却，会使机组效率降低甚至损坏。目前主要是

13、依靠通风设备用冷空气冷却。发电机的通风方式与发电机的布置方式密切相关，主要有开敞式、川流式、半川流式和密闭式等四种。小型立轴水轮发电机采用开敞式通风，自厂房及机坑内吸入冷空气，热空气排入主机房中，适用于开敞式布置的发电机。单机容量在 10000kw 以下的埋没式或半岛式布置的发电机，常采用川流式或半川式通风，冷空气自水轮机机坑内或室外进入发电机，从定子出来的热风排出厂外或机房。对于大容量埋没式或半岛式布置的发电机，宜采用密闭式通风，定子周围设置空气冷却器，冷却器冷却后的冷风经专设风道 进入转子，热风从定子送入空气冷却器冷却，循环冷却时空气量是固定的。3、电机的支承结构 立式发电机的支承结构通常

14、称为机墩，它的底部固结在水轮机层大体积混凝土上，上部与发电机层楼板或风罩连接。它的作用是将发电机支承在预定的位置上，并给机组的安装、运行、维护、检修创造有利的条件。对于采用悬式或伞式发电机的立式机组，机墩将承受发电机和水轮机的全部动、静荷载，有时还要承受发电机层楼板传来的部分荷载并将这些荷载传给厂房的下部块体结构。为了承受这些荷载，机墩必须有足够的强度、刚度和稳定性。常用的机墩，有如下几种型式。（1）圆筒式机墩：它一般为上、下直径相同的等厚的钢筋混凝土圆筒。有时为了施工立模便利，也有将外围作成正八角形时。圆筒式机墩的筒壁厚度一般在 1.0m 以上，其上端与发电机层楼板相联接或与发电机通风道的外

15、墙（风罩）相连，下端则固结于蜗壳顶部的混凝土上。圆筒的内部空间称为水轮机井，机组的主轴位于其中。水轮机安装、检修时，转轮和顶盖可由井中吊进和吊出。水轮机井的下部直经，可略小于座环外径，一般为（1.31.4）倍转轮直径，这样可使机墩荷载的一部分经水轮机座环传至下部块体结构。机墩的一侧需布置接力器，另一侧布置机墩进人孔，其尺寸一般为 21.2m 左右。8 圆筒式机墩广泛用于各种水头和容量的机组，其优点是：刚度大，抗扭、抗震性能好；结构简单，施工方便。缺点是：占水轮机层空间较大，使辅助设备布置和预埋管路等较为不便：水轮机井空间较小，使水轮机安装、检修也不够方便。（2）平行墙式机墩：机墩由两平行承重钢

16、筋混凝土墙及其间的两横梁所组成。发电机直接支承在平行墙及其间的横梁上。图 5 美国包德水电站的平行墙式机墩 这种机墩的优点是：水轮机顶盖处宽敞，工作方便，检修水轮机时可以在不折除发电机的情况下将水轮机转轮从两平行墙间吊出。但其刚度和抗扭性不如圆筒式机墩。（3）环形梁式机墩：一般由四或六根立柱以及固接于柱顶的环形梁组成。发电机支承在环形梁上。这种机墩的优点是：水轮机层可充分利用立柱间的净空布置设备；机组的出线、安装、检修均较方便；机墩的混凝土用量少。缺点是：结构刚度及抗扭抗震性能较圆筒式差，结构施工也略复杂些，多用于中小型机组。（4）框架式机墩：机墩由两个平行的钢筋混凝土框架和两根横梁所组成。发

17、电机支承在框架上部的梁系上。这种机墩的优点是：可方便地利用框架下的空间布置辅助设备和管路等；机组的安装、检修都较方便；施工简单，节省材料，造价较低。缺点是：刚度、抗扭抗震性较差。一般适用于小型机组。9 图 6 环形梁立柱式机墩 图 7 框架式机墩 对大型水电站还有大矮机墩、钢机墩等。（三）主厂房内附属设备和辅助设备的布置 主厂房内属于水轮机的附属设备有：调速器、油压装置、接力器和减压阀等。属于发电机的附属设备有主引出线、中性点设备、励磁系统、机旁盘和发电机的冷却设备等。属于厂房辅助设备有：压缩空气系统，油系统和水系统等。1、水轮机附属设备调速器的布置 调速器由操作柜、油压装置和接力器（或称作用

18、筒）三个主要部分组成并用油管和传动设备联成一体。操作柜在布置时应尽量靠近接力器，以缩短油管，并便于安排回复装置。同时操作柜应尽可能靠近机旁盘，使值班人员在操作柜旁能通视机旁盘上的各种仪表，以便在开机或停机时以及试验时进行手动操作。而油压装置应尽可能地靠近操作柜并布置在同一高程，以缩短油管。接力器是直接控制水轮机导叶开度、调节进入水轮机流量，以保持机组转速稳定的机构，一般布置在蜗壳断面较小的上游侧，固定在机墩的孔洞中。10 图 8 接力器示意图 调速柜和油压装置均应布置在桥式吊车吊钩的工作范围之内，周围还应留 1m 左右的通道，以便安装、检修。通常都是一台机组设有一套调速设备，且应尽量布置在本机

19、组段内，以免主机组分期安装时给施工和安装带来困难。当厂房上游侧设有蝴蝶阀时，如果油压装置的容量足够，则蝴蝶阀的操作也可以利用它的压力油。否则，应在蝴蝶阀的近旁布置专用的油压操作设备。2、发电机的附属设备及其布置（1）发电机主引出线的布置：主引出线即母线，一般采用方形的汇流铜排或铝排。由于母线价格较贵，故要求在厂房内母线长度应最短，并且是明线，没有干扰，出线要畅通，母线道应干燥，且通风散热条件好。故主引出线由发电机定子上的引出端接出后，通过主出线道进入母线道，经低压配电装置，最后接主变压器。引出线一般固定在出线层天花板的母线架上，并用铁丝网围护。在引出线上，常接有电压和电流互感器等。中性点的位置

20、应与发电机主引出线位置错开一定角度。容量大的机组在中性点需设消弧线圈，可将它布置在机墩附近。（2）励磁盘的布置：励磁盘是用于控制和调整发电机励磁电流的，每机有 35 块，它与励磁机联系较多，故最好布置在空气比较干燥的主机房内，或布置在与发电机层同高的副厂房内。（3）机旁盘的布置：机旁盘一般包括机组自动操作盘、继电保护盘，测量盘和动力盘等，每机35 块，用来监视和控制机组运行。采用电气液压调速器时，其电气元件盘常和机旁盘并列布置在一起。机旁盘 11 常布置在发电机层主机的侧旁。对于采用金属蜗壳的中高水头水电站厂房，机旁盘与调速器操作柜常布置在发电机层上游侧。机旁盘与厂房墙之间应有不小于 0.8m

21、 的检修试验通道，盘面至发电机风道盖板边缘或吊物孔边缘之间应有 0.60.8m 的通道，以便在机组或主阀检修时，盘前仍可通行。3、压缩空气系统 水电站上有许多设备使用压缩空气。为了向这些设备供应压缩空气需设压气系统。压缩空气系统可分为高压气和低压气系统。油压装置和高压空气断路器用气属高压气系统，一般为 25 个大气压（2.53Mpa）；其他用气设备属低压气系统，一般为 57 个大气压（0.50.7Mpa）。压气系统设备包括高、低压空压机、贮气桶及相应的输气管及阀门等。压气机工作时噪音很大，故应远离中央控制室。4、油系统 水电站上各种机电设备所用的油主要有两种:各种变压器及油开关等电气设备需要用

22、绝缘油；各种轴承润滑及油压操作用油叫透平油。绝缘油的作用是绝缘、散热及灭弧；透平油的作用是润滑、散热及传递能量。水电站上要设油系统，油系统一般包括下列组成部分：油库；油处理室；中间排油槽；补给油箱；废油槽；事故油槽；油管。5、供水系统 水电站厂房供水系统供给生活用水，消防用水及技术用水。供水的方式有上游坝前取水，厂内引水钢管取水，下游水泵取水及地下水源取水四种。6、排水系统 厂房中的技术用水，生活用水，各种设备及伸缩缝渗漏水，以及检修机组时压力水管、蜗壳、尾水管的放空水量，都需要排往下游。因此厂房内必须设置排水系统。排水系统包括渗漏排水系统和检修排水系统两部分。（四）起重设备及其布置 1、桥吊

23、的任务、构造和工作范围 12 水电站厂房内的起重设备常用的为电动桥式吊车（桥吊），桥式吊车由大梁（移动行架式）、小车、驱动操纵机构和提升机构等部分组成。桥吊大梁可在吊车梁的轨道上沿厂房纵向行驶，吊车梁则支承于主厂房上下游两侧的钢筋混凝土排架柱上。桥吊大梁上的小车又可沿大梁在厂房内横向移动，这样桥吊上的主、副吊钩就可以到达发电机层的绝大部分范围。桥吊大梁、小车移动的极限位置，构成了吊车的工作范围。厂房内所有需要用桥吊来吊运的设备，都必须布置在它的工作范围内。图 9 桥式起重机的工作范围 2、桥吊的起重量 桥吊的起重量，决定于厂房内设备的最重部件。中、高、水头的水电站厂房内最重部件一般是带轴的发电

24、机转子，低水头河床式水电站中有时可能是带轴的水轮机转轮，当主变压器需在厂内检修时，主变压器也可能是控制性最重部件。桥吊主钩起重量应能起吊最重部件。副钩主要用于安装和检修一些小而轻的设备和部件。如起重量为 75/20t，表示主副钩分别起重 75t 和 25t。13 图 10 桥式起重机 3、桥吊的跨度和安装高程 桥吊的跨度是指大梁两端轮子的中心距，选择时应尽量采用标准系列产品中的标准跨度。起重量决定后，可按标准系列表选用合适的桥吊。选择桥吊跨度时还要与主厂房下部块体结构的尺寸相适应，使主厂房排架柱直接架立在下部块体结构的一期混凝土上。桥吊的安装高程是指吊车轨顶高程。桥吊的跨度和安装高程应满足在吊

25、运最大部件时，不影响其他机组和设备的正常运行。吊运部件与周围建筑物和设备之间应留一定安全距离。（五）安装间的布置 安装间是厂房对外的主要进出口，通常设在靠河岸对外交通方便的厂房一端。运输车辆都够直接进入，以便利用桥吊装卸设备。安装间又是进行设备安装和检修的场所。它应与主厂房同宽，以便统一装置吊车轨道。安装间面积的大小，决定于安装和检修工作的内容。当机组台数在 46 台以下时，所需面积按装配或解体大修一台机组考虑。较小及较轻的部件可堆置于发电机层地板上，所以安装间面积只按能在桥吊主、副钩工作范围内放置下机组四大件来考虑。这四大件是：发电机转子带轴。转子要在安装间进行组装和检修，14 四周要留 1

26、 2m 的工作场地。转子放在安装间时，必须将轴竖直固定。轴要穿过地板，所以地板上相应位置要预留大于轴法兰盘的轴孔，并在轴孔下面设置钢筋混凝土的转子承台，承台中预设地脚螺栓，以固定转子轴，转子承台的高度要满足转子底部距发电机层楼板有 11.5m 的空间。发电机上机架。重量不大，但占地不小；水轮机转轮带轴。四周要留出 1 m 的工作场地；水轮机顶盖。一般情况下安装间的长度大约等于 1 1.5倍机组段长度。1-发电机转子；2-发电机主轴孔；3-水轮机转轮；4-上机架；5-卡车；6-吊物孔；7-主变坑 图 11 安装间布置示意图 安装间的基础最好座落在基岩上，若基岩埋藏较深，则可利用开挖的空间布置空压

27、机室，油处理空，水泵室等。（六）厂内交通 为了便于设备的安装，维护、检修和运行人员的巡视检查与操作，保证运行的正常和工作的安全，厂房内部必须布置一定的交通通道。（七）厂房的采光、取暖、通风、防潮、生活卫生及保安防火等问题（略）第二节 立式机组地面厂房主要尺寸的确定 确定厂房主要尺寸的步骤是：根据蜗壳及尾水管外形尺寸，确定下部块体结构最小尺寸，然后根据水轮机及发电机层设备布置要求，确定下部块体结构及各层布置，定出主厂房各层控制高程及平面尺寸。一、厂房各层高度和主要高程的确定 在立式机组厂房中，各主要高程如图 12 所示。15 图 12 立式机组厂房尺寸示意图 1、水轮机安装高程SZ 对于立轴反击

28、式水轮机，其安装高程是指导叶中心线高程。2、尾水管底板高程 尾水管底板高程=)(210mhbZS尾水管高度 3、厂房基础开控高程 厂房基础开挖高程=尾水管底板高程-尾水管底板厚度 s(m)初设阶段，岩基s=1.02.0cm；土基：s=34m。4、水轮机层地面高程 水轮机层地面高程=SZ 式中金属蜗壳进口断面半径；混凝土蜗壳为进口断在水轮机安装高程以上的高度；16 蜗壳进口顶部混凝土厚度，决定于结构的强度和接力器的布置。初步计算可取 0.81.0m 左右，大型机组可达 23m。5、主阀廓道地面高程 主阀廓道地面高程=SZ1/2fD（1.82.0）m 式中fD主阀外径；（1.82.0）m阀底至廓道

29、地面的安装检修距离。6、电机层和安装间地面高程 在确定发电机层地面高程时，一般要考虑以下几方面的因素。（1）当机组选定后，水轮机安装高程至发电机定子壳基础安装高程之间的主轴长度 h2和定子高度 h3均为定值，未经厂家同意，不能任意增长或缩短。（2）水轮机层净空高度必须满足发电机出线。布置机墩进入孔（孔高一般为 22.5m,孔顶上机墩度不小于 1.0m）和运行管理要求，一般均需 34m。如布置电缆夹层，尚需适当加高。（3）发电机层地面高程最好高于下游最高洪水位，以便进厂公路（或铁路）在洪水期也能畅通，并使厂房上部结构保持干燥，有利于电气设备的运行和维护。安装间地面高程最好能与发电机层地面和进厂通

30、路相同，且高于下游设计洪水位。这对机组安装检修，运行管理和对外交通均有利。7、尾水平台高程 尾水平台是布置尾水闸门，启闭机的地方，也是主厂房的外部通道，在施工期还可能是重要的运输道路。其高程最好与安装间地面高程相同，但也有根据下游洪水位以及设备布置和交通要求，使尾水平台高于或低于安装间地面高程。当尾水平台上布置有主变压器时，为了防洪宜采用较高的高程。8、吊车轨顶高程 吊车轨顶高程=发电机层地面高程+发电机层楼板至吊车轨顶高度。发电机层楼板至吊车轨顶高度，根据吊车吊运最长部件方式外形尺 17 寸及安全距离确定。厂房内最长吊运部件一般为发电机转子带轴。伞式发电机，转子可与轴分开吊运，电站水头低，流

31、量大，可能为水轮机转轮带轴。当主变压器需要到安装间检修时，还应考虑主变抽芯起吊高度。当发电 机层地面与安装间地面同高时，发电机层楼至板吊车轨高度可按下式确定。发电机层地板至吊车轨顶顶高度=heHam (a)式中：a垂直向安全距离，不小于 0.3m;mH最高部件高度；e 吊钩吊索连接距离，一般为小 1.21.5m。使用钢性吊件时可缩短至 0.81.0m。h 吊钩极限位置时，吊钩中心至吊车轨顶的高度，由产品目录查得一般为 1.21.3m。吊运最高部件时与周围建筑物及设备间，应有不小于 0.4m 的水平向安全距离。考虑主变进安装间检修时，整体吊装至专设的变压器坑内，吊出外罩然后吊出铁芯检修。发 电

32、机 层 地 面 至 吊 车 轨 顶 高 度=heHm变2.0 (b)上式中变H主变铁芯或外罩高度。其它符号意义同前 由式（a）和（b）两式结果中取大者。9、厂房天花板高程和厂房顶高程 为了检修吊车和布置灯具，需在小车顶端到厂房天花板或屋顶大梁底面之间，留出6h0.3m的高度。吊车在轨顶以上的高度5h由吊车规格决定。天花板高程=吊车轨顶高程+5h+6h。再根据房顶结构形式和尺寸，最后定出厂房顶高程。二、厂房长度的确定 18 主长房的长度取决于机组台数n，机组间距CL,边机组段长度1L和2L及安装间长度aL。1、机组间距CL 机组间距CL是相邻两机组轴心之间的水平距离，当机组等距离布置时，机组间距

33、等于一个机组段长度。一般中、低水头大流量机组，CL常取决于蜗壳或尾水管的最大宽度；而高水头小流量机组，常取决与发电机定子外径和风道宽度。另外辅助设备的布置和厂房的分缝，对机组段长度也有影响。当机组间距由发电机尺寸控制时：CL=发电机定子外径+2风道宽+风道间过道宽 发电机定子外径由制造厂家提供，风道宽一般为 0.81.5m，风道之间的通道宽一般不小于 2m。通道的宽度除应满足附属设备调速器和楼板结构布置时要求外，所剩通道净宽不小于 0.8m。当机组间距由蜗壳尺寸控制时：CL=蜗壳最大宽度c+蜗壳间混凝土厚度d 金属蜗壳或混凝土蜗壳的最大宽度可由前面所述的方法确定，两蜗壳间混凝土厚度d，等于蜗壳

34、两侧混凝土厚度之和，每侧厚度不小于0.8m。若蜗壳旁设有减压阀时，则还应考虑布置减压阀所需增加的宽度。当机组间距由尾水管控制时：CL=尾水管出口宽（包括中墩）B+尾水闸墩厚T 尾水管出口宽度B，可由前述方法确定，T值由尾水闸门槽深度及设备布置决定，一般为 23m,大、中型机组可达 34m，.当有空放阀时，则CL=B+T+空放阀泄水道宽度 确定机组间距时，一般应先根据上述三种情况分别拟定出机组间距，从中选出最大者作为采用数据，然后再校核看是否能满足其他各方面的要求，并进行必要的修正。各机组间距最好布置成等距的并与厂房排架柱间距一致，以简化厂房结构。对于坝后式厂房，机组段分缝常和大坝分缝相一致，此

35、时，机组间距将受大坝分缝的影响。2、边机组段长度 与安装间相邻的边机组段长度，必须满足发电机层设备布置要求，19 下部块体结构尺寸应考虑蜗壳外围或尾水管边墙的混凝土厚度l在0.81.0m 以上，而与安装间相对一端边机组长度（指远离安装间最远的机组），除满足设备布置外，为了保证边机组在桥吊工作范围以内，则1L（或2L）,xJ 其中j为桥吊主钩至桥吊外侧的距离，x为吊车梁未端挡车板距端墙的距离，x一般约为 0.40.9m。当蜗壳前装有主阀时，则还应满足主阀吊装和操作的要求，并以此来确定1L（或2L）。3、安装间的长度 当机组台数不超过 46 台时，可按能放置一台机组检修时四大部件并留有足够的工作通

36、道来确定。初步设计时，可采用aL=（1.251.5）Lc。当机组台数多需要两台机组同时安装或检修时，应加大安装间长度。当n、Lc、1L、2L和aL确定后，则主厂房的总长度为 L=（n-1）Lc+1L+2L+aL 水轮机层长度一般与发电机层同长，视安装间下面是否用来布置辅助设备及实际需要而定。尾水管层的长度则较短。三、主厂房宽度的确定 主厂房的宽度应从厂房上部和下部结构的不同因素来考虑。上部宽度取决于吊车的跨度，发电机直径、最大部件的吊运方式，辅助设备的布置与运行方式等条件。厂房下部宽度取决于蜗壳和尾水管的尺寸、主阀的布置。主厂房宽度以机组纵轴线分为上、下两部分。厂房上部结构上游侧的宽度与下部结

37、构上游侧宽度基本相等，即1B=3B。当上游侧作为吊运设备的主通道时，1B由发电机风罩外半径，机电设备（如机旁盘，调速器等）和主阀吊孔的布置以及吊运水轮机转轮和发电机转子的要求来决定。并应保证吊车外缘距排架柱内边空隙不小于 6cm，与墙内面间隙不小于60cm。20 图 13 厂房宽度示意图 主机房下游侧宽度2B，由厂房纵轴下游侧蜗壳的宽度加蜗壳外围混凝土厚度（一般不小于0.81.0m）确定；或由发电机风罩外半径加通道宽（一般不小于 0.81.2m，如作为主通道则应满足吊运主机设备的要求）与排架柱厚度确定。2B应取两者中的较大值。发电机层总宽度上B=1B+2B。选定B上值时，应与吊车标准跨度KL相

38、符合。以便选用系列产品，争取提前供货和节约费用。主机房基础宽度下B等于上部结构宽度加尾水平台宽度。尾水平台的宽度，主要由尾水管长度，尾水闸门启闭机的型式和尺寸，是否布置变压器以及交通要求等因素确定。一般为 34m,大中型水电站有时达48m。第三节 卧式机组厂房的设备布置及尺寸拟定（略）第四节 水电站副厂房 副厂房是布置各种操作控制电站运行的电气辅助设备、附属机械及作为工作生活的房间，紧邻主厂房布置。由于水电站的形式及规模随具体条件影响变化很大，副厂房房间的内容、数量及面积互不相同，差异很大。所以，设置副厂房应根据电站的地形、地质条件，在电力系统中 21 的地位和作用、交通、自动化程度，管理机构

39、级别等，进行具体分析确定，既满足安全运行，又节省投资。副厂房按性质可分为三类：一、直接生产副厂房 1、中央控制室 中小型厂房中的中控制室是布置发电机的操作、控制、继电保护、信号、直流、同步及励磁等盘柜的房间，是整个电站运行、控制、监护的中心。中控室高于发电机层地面而位于主厂房上游侧。两层之间应设有宽敞的楼梯和方便的专门交通道。中控室与主厂房应有隔音设施，并设了望主机房的窗口和平台。中控室净高不应小于 4.04.5m，顶部设置天棚，天棚上部高度应满足维护检修照明设备的要求，总高度不得小于 5.56.0m 中控室面积应根据各种表盘的数量及尺寸进行妥善布置后确定，其平形状宜为矩形。中控室地面及墙壁应

40、进行建筑处理、满足防潮，隔音、通风、取暖要求。中控室照明应妥善解决，防止光线直射仪表盘面。图 14 中央控制室 2、载波电话室 这是利用高压线载波与调度中心联系的专用通讯设施。载波电话室邻近中控室。有良好的隔音、采光、通风条件。载波机正面距墙不小于 22 1.5m，背面距墙不小于 1.0m，侧面距墙无过道不小于 0.8m，有过道不小于 1.2m。3、电缆室 电缆室应位于中控室下，其面积与中控室相等。电缆室的高度约在22.5。能满足维护、检修、人员工作即可。4、开关室 开关室即发电机电压配电装置室。开关室应尽量靠近主机房与主变场，以缩短电缆。长度在 7m 以内时，可只设一个出口通向其他房间或户外

41、，长度大于 7m 时，应设两个出口，门朝外开。5、蓄电池室、贮酸室、套间、通风机空、充电机室 厂房设有直流系统，蓄电池室为直流电源。蓄电池室主要用户为中央控制室，位置应尽量靠近。地面宜与厂外地坪同高，但不充许位于中控室及开关室的上部。蓄电池室入口处应有贮酸室及套间，门朝外开。贮酸室是贮存硫酸的房间，套间是防止酸气外流的缓部房间。当采用可控硅整室流装置作为蓄电池的充电设备时，可控硅整流装置可布置在直流盘室内，不设充电机室。当采用充电机作为蓄电池充电设备时，应在蓄电池室附近同一层专设充电机室，但应尽量远离中控室。二、检修试验副厂房 1电气试验室 中小型厂房一般仅设电气试验室。电气试验室地面宜做水磨

42、石，室内应有通风、采暖、防尘、防潮措施。调试工作台应有良好的自然采光和局部照明。2机械修理间 是厂内简单的机械修理场所。3工具间与仓库 工具间与仓库布置在发电机层旁边邻近安装间的位置，作为放置日常工具与零碎用品的场所。三、间接辅助生产副厂房 这是指行政管理及生活用房，包括厂长室、总工程师室、行政党团工作办公室、图书资料室、会议室、传达警卫室及卫生和生活用房等，23 视电站条件差别很大。第五节 地面厂房的结构设计原理 一、厂房的分缝和混凝土的分期（一）厂房的分缝和止水 为解决不均匀沉陷使厂房结构产生很大的附加应力问题，通常在机组段之间、厂坝之间、主机房与安装间设置沉陷缝，使它们各自成为独立的部分

43、，以使结构受力明确、结构构造和结构设计算也可以简化。伸缩缝间距一般 2030m，有时间也可放宽到 4550m。主要视地质条件和厂房布置允许沉陷量而定。一般情况下，下部结构缝宽为 1 2cm，上部结构的缝宽可适当加大。沉陷缝将厂房分成若干段，每段包括 1 2台机组，安装间常为单独一段。在机组段分缝处，排架、吊车梁和板也要断开。对于不太长的厂房，最好将伸缩缝只做到下部快体结构为止。同时，采取能适应不均匀沉陷的措施。止水的布置有两种基本方式：(1)开口式。缝内水与下游连通,水下房间和廊道穿过永久变缝处周围都用止水保护。(2)封闭式。缝内无水或可人为控制缝内水压。厂房止水的构造与重力坝的止水相似。重要

44、的部位应设两道止水,中间设沥青井,次要部位可不设沥青井。止水与基岩连接时应埋入基岩内 3050cm 常用的止水片有金属止水片和塑料止水片两类。金属止水片按其材料,又可分为紫铜片、镀锌铁片和涂沥青钢片。（a）开口式止水 （b）封闭式止水 图 15 止水布置图 24（二）主厂房一、二期混凝土划分与分层分块 一般在机组安装前浇注的混凝土称为一期混凝土，在机组安装时才浇注的称为二期混凝土。一期混凝土包括:基础块体结构、尾水管(不包括锥管段)、上下游围墙、厂房排架、吊车梁及部分楼层的梁、板、柱、等。当采用混凝土蜗壳时除尾水管锥管段及座环附近局部混凝土外,也属于一期浇注。二期混凝土是为了机组安装和埋设部件

45、需要预留的，尾水管锥管段钢板里衬和金属蜗壳安装好才分层浇注，一般包括：尾水管锥管段、蜗壳外围混凝土、机墩、风道墙以及与之相连的部分楼板、梁等。厂房一、二期混凝土的划分视具体情况而定,要满足下列要求:(1)为了满足预料埋件和机组安装时操作方便的需要,金属蜗壳周围二期混凝土的最小厚度要留 0.81.2。(2)机组台数较多时,往往分期安装,分期投产。(3)应使一、二期混凝土可靠地结合。根据我国厂房规定,浇注层的厚度,基础块一般为 1 2m 底板厚度不大时,可直接取板厚为浇注厚度;在基础约束范围外,一般采用3 6m；尾水闸墩和上、下游墙体可放宽到 6 8m。浇注块的平面尺寸,除基础外,其边长一般不大于

46、 1520m,或面积不超过 300。二、作用于厂房的荷载及组合（一）垂直荷载 （二）水平荷载（三）荷载组合：一般按下表进行计算。表 1 厂房整体稳定和地方地基应力计算荷载组合 荷载组合 计算 情况 荷载名称 上下游水位 结构自重 机电设备重 水重 回填土石重 上游压力 下游压力 侧向水压力 扬压力 土压力 浪压力 淤沙压力 冰压力 地震力 基本组正常运a1 上游正常蓄水位 下游最底水位 25 合 行 a2 上游设计洪水位 下游相应水位 b 下游 设计 水位 特殊组合(1)机组检修 a 上游正常蓄水位 下游最底水位 b 下游 检修水位 (2)机组未安装 a 上游正常蓄水位 下游最底水位 b 下游

47、设计水位 (3)非常运行 a 上游校核洪水位 下校核洪水位 b 下校核洪水位 (4)地震情况 a 上游正常蓄水位 下游最底水位 b 下游满载运行水位 注:1.表中 a 适用于河床式厂房,b 适用于坝后式及河床式厂房；2.浪压力与冰压力非同时存在,依实际情况选择一种计算；3.正常运行 a2 下游相应水位,是指上游发生设计洪水时可能出现的对厂房最不利水位(包括枢纽溢洪情况)；4.非常运行 a下游校核洪水位,是指上游发生校核洪水时,下游可能出现的对厂房最不利水位(包括枢纽溢洪或不溢洪情况)；5.特殊组合(1)、(2)水重应根据实际情况扣除；(2)中蜗壳二期混凝土未浇。三、机墩荷载与荷载组合(一)、机

48、墩荷载 机墩荷载一般有以下几种：26（1）垂直静荷载 A1。（2）垂直集中动荷载 A2（3）中心水平动荷载 A3。（4）扭矩荷载 A4。（二）荷载组合：机墩荷载组合，按表 2 采用 表 2 机墩荷载组合表 荷载组合 计算情况 荷载名称 A1 A2 A3 A4 正常 飞逸 正常 飞逸 基本组合 正常运行 特殊组合 1.短路时 2.飞逸时 四、细部结构 1.吊车梁 吊车梁与轨道的连接方式，如图 17 所示。钢轨型号根据桥吊轮压选定。1-C30细石混凝土找平；2-钢板（厚度大于 8mm）；3、局部电弧焊 图 16 钢轨与吊车梁连接方式 吊车梁与排架柱的连接方式，根据吊车梁的形式确定。装配式吊车梁与排

49、架柱一般采用钢板焊接或螺栓连接固定。梁柱连接钢板要承受吊车的横向水平制动力，应校核其强度。构造形式如图 17（b）所示；对现浇吊车梁。需在浇筑排架柱时预埋伸入吊车梁的水平和垂直插筋，并在梁柱之间的空隙灌注 200 号以上的混凝土，如图 17（a）所示；吊车 27 起重量不大，排架柱间距小的厂房，分缝处采用单排架，吊车梁与柱的连接应采用滑动支座。为减小摩擦力，梁下垫以钢板，避免温度伸缩时拉裂，如图 17（c）所示。（a）整体式吊车梁；（b）装配式吊车梁；（c）滑动支座连接 图 17 吊车梁与排架柱的连接方式 2.机墩 机墩是立式水轮发电机的支承结构，底部固结于大体积混凝土或蜗壳顶板。顶部与风罩或

50、发电机楼板连接。机组设备与发电机层楼板的部分荷载通过机墩传至基础。机墩或风罩与发电机层楼板连接的方式生产实践中常见的连接方式有以下三种：28（1）整体式，应用最广；（2）简支式，应用较少；（3）分离式，广泛应用于中小型水电站厂房中。（a）整体式 （b）简支式 （c）分离式 图 18 机墩或风罩与发电机层楼板连接的方式 根据经验，机墩通常均按构造配筋，一般采用 150 号混凝土，级钢筋，沿圆筒周围配置竖向钢筋，水平环向钢筋，孔口钢筋。一般不布置斜向钢筋。竖向受力钢筋除受力外，还起架立筋作用。钢筋按内力最大截面的需要配置，沿机墩内外壁各均匀布置一层，一般沿机墩高度不予切断。若机墩厚度较大，也可按少