水電站廠房設計培訓資料

1、第六章 水電站建筑物6.1 6.1 廠房廠房熟練掌握地面廠房廠區(qū)及廠房布置設計。熟練掌握地面廠房廠區(qū)及廠房布置設計。熟練掌握地面廠房整體穩(wěn)定分析及地基處理設計。熟練掌握地面廠房整體穩(wěn)定分析及地基處理設計。熟練掌握地下廠房位置選擇及布置設計。熟練掌握地下廠房位置選擇及布置設計。掌握地面廠房結構設計及構造要求。掌握地面廠房結構設計及構造要求。掌握燈泡貫流式機組廠房廠區(qū)及廠房布置設計。掌握燈泡貫流式機組廠房廠區(qū)及廠房布置設計。了解地下洞室圍巖穩(wěn)定分析方法。了解地下洞室圍巖穩(wěn)定分析方法。6.2 6.2 進水口進水口熟練掌握電站進水口水力計算和結構設計。熟練掌握電站進水口水力計算和結構設計。掌握電站進水

2、口結構布置及防沙、防污、防冰設掌握電站進水口結構布置及防沙、防污、防冰設計要求。計要求。6.3 6.3 壓力管道壓力管道熟練掌握壓力鋼管的選型、平安穩(wěn)定條件與構造熟練掌握壓力鋼管的選型、平安穩(wěn)定條件與構造要求。要求。掌握壓力鋼管水力計算與結構設計。掌握壓力鋼管水力計算與結構設計?？?試 大 綱第六章 水電站建筑物6.4 6.4 調壓井調壓井了解調壓井選型根本要求。了解調壓井選型根本要求。6.5 6.5 邊坡處理邊坡處理掌握邊坡工程處理設計。掌握邊坡工程處理設計?？?試 大 綱第六章 水電站建筑物第一節(jié) 水電站廠房設計一、一、水電站廠房的組成1 1主廠房主廠房3 3主變壓器場主變壓器場2 2副廠

3、房副廠房4 4開關站開關站從設備布置、運行要求的空間可分為：二、二、水電站廠房型式 水電站廠房按結構及布置特點可分為地面式包括河床式、壩后式、岸邊式、地下式包括地下式、半地下式、窯洞式、壩內式、廠頂溢流式等型式。一地面式廠房1河床式廠房2壩后式廠房3岸邊式廠房二地下式廠房1地下式廠房2窯洞式廠房三其他型式廠房1壩內式廠房2廠頂溢流式廠房地地 下下 廠廠 房房三、三、地面廠房廠區(qū)布置一廠區(qū)布置原那么 1合理布置主廠房、副廠房、主變壓器場地、開關站、上下壓引出線、進廠交通、發(fā)電引水及尾水建筑物等，使電站運行平安、管理和維護方便。 2妥善解決廠房和其它建筑物包括泄洪、排沙、通航、過竹木和過魚等布置及

4、運用的相互協(xié)調，防止干擾，保證電站平安和正常運行。 3考慮廠區(qū)消防、排水及檢修的必要條件。 4綜合考慮施工程序、施工導流及首批機組發(fā)電投運的工期要求，優(yōu)化各建筑物的布置。二 壩后式廠房的廠區(qū)布置三岸邊式廠房的廠區(qū)布置四尾水渠布置五主變壓器布置六開關站布置四、主廠房主要尺寸確實定一主長房長度確實定1機組間距L1二主廠房寬度確實定三主廠房高度確實定1水輪機吸出高度Hs五、廠房內部布置一發(fā)電機層布置二安裝間布置三水輪機層布置四蝸殼層及蝴蝶閥的布置五檢查排水廊道及水泵室的布置六副廠房布置六、廠房結構布置一伸縮縫布置二廠房水下結構布置三廠房水上結構布置七、地面廠房整體穩(wěn)定分析及地基應力計算一荷載組合二荷

5、載三整體穩(wěn)定及地基應力計算四地面廠房的根底處理八、地面廠房結構設計一一般規(guī)定二尾水管結構設計三水輪發(fā)電機機墩設計四蝸殼設計五水電站廠房吊車梁設計六水電站廠房排架設計九、燈泡貫流式機組廠房設計一廠區(qū)布置二廠房布置三廠房結構計算十、水電站地下廠房設計一地下廠房布置特點1首部式開發(fā)布置2中部式開發(fā)布置3尾部式開發(fā)布置4半地下式及窯洞式廠房布置的特點二地下廠房樞紐布置1 . 廠房位置選擇 廠房位置的選擇原那么2) 廠房埋置深度3) 洞口的選擇4) 洞室間巖體厚度2 . 廠房縱軸線方向的選擇1洞室縱軸線走向，宜與圍巖的主要構造弱面斷層、節(jié)理、裂隙、層面等呈較大夾角。同時，應注意次要構造面對洞室穩(wěn)定的不利

6、影響。2對于深埋的地下洞室，地應力往往較大，此時洞室縱軸線走向不僅要考慮與構造弱面的夾角，還應考慮與地層主應力的關系。3洞室縱軸線走向還要考慮與上下游水道及調壓室位置等因素，防止水道過多轉彎甚至延長。3 . 主、副廠房內部布置1) 主廠房主機間的控制尺寸2) 主閥布置3) 副廠房布置4) 安裝間布置4 .主變壓器和開關站的布置1) 變電站布置在地面主閥布置2) 主變壓器布置在地下，開關站布置在地面3) 主變壓器及開關站都布置在地下4) 主變壓器布置在地下的型式5 .尾水布置尾水系統(tǒng)設計應滿足SL266-2001?水電站廠房設計標準?的有關要求。抽水蓄能電站的尾水洞一般較長，常用多機一洞布置，各

7、機組后面設尾水閘門或閥門。6 .其它附屬洞室的布置附屬通道布置交通運輸洞的布置豎井布置出線洞平安交通道排水廊道7 .通風、防潮和排水布置地下廠房通風系統(tǒng)的布置應遵循的原那么地下廠房、主變壓器室及高壓開關站等洞室的防滲、排水、防潮措施，應根據(jù)工程地質、水文地質和工程布置情況確定。三地下廠房洞室圍巖穩(wěn)定分析三地下廠房洞室圍巖穩(wěn)定分析1 .圍巖地質條件2 .地下洞室形狀3 .地下洞室尺寸4 .地下洞群間距5 .地下洞室開挖與臨時支護6 .圍巖穩(wěn)定分析7 .地下洞室支護四巖壁吊車梁設計(1)地下廠房中除可采用常規(guī)的吊車梁、柱外，還可根據(jù)具體條件選用能縮小廠房開挖跨度的吊車梁。 (2) 巖壁式、巖臺式吊

8、車梁的設計與施工應滿足的要求。第二節(jié) 進水口設計一、進水口類型及結構布置1 .壩式進水口2 .河床式進水口3 .岸塔式進水口一 進水口類型4 . 豎井式進水口5 .岸坡式進水口6 .開敞式進水口7 .塔式進水口 二進水口布置 在各級水位下，進水口應水流平順、流態(tài)平穩(wěn)、進流勻稱和盡量減少水頭損失，并按運行需要引進所需流量或中斷進水。進水口應防止產生貫穿式漏斗漩渦。否那么，應采取消渦措施。進水口所需的設備應齊全，閘門和啟閉機應操縱靈活可靠，充水、通氣和交通設施應暢通無阻。多泥沙河流上的進水口，應設置有效的防沙措施，防止泥沙淤堵進水口，防止推移質進入引水系統(tǒng)。多污物河流上的進水口，應設置有效的導污、

9、排污和清污措施，防止大量污物聚集于進水口前緣堵塞攔污柵，影響電站運行。 三進水口防沙、防污、防冰 1 . 防沙 2 .防污 3 .防冰二、二、進水口水力計算 水電站進水口的水力計算應根據(jù)進水口型式進行相應的水力計算，計算內容包括：各式進水口的水頭損失；開敞式進水口的引水流量；有壓進水口的通氣面積；有壓進水口的管道充水時間；豎井式進水口豎井上游管道的水錘壓力。一水頭損失計算1有壓進水口喇叭段最小斷面水頭損失2攔污柵損失3閘門槽水頭損失4漸變段矩形斷面變圓水頭損失5沿程損失二有壓進水口的最小淹沒深度1從防止產生貫穿式漏斗漩渦考慮，建議按戈登公式估算。2從防止產生負壓考慮，建議按式估算。三開敞式進水

10、口流量開敞式進水口流量按式(6.2.2-9)計算。三、三、進水口結構設計一開敞式進水口布置及孔口尺寸擬定 1 .開敞式進水口布置 從防沙考慮，應充分利用河流彎道的環(huán)流作用，將進水口設在凹岸，引進河流表層清水，將底沙挾帶到凸岸，以減輕泥沙對進水口的威脅，減少入渠泥沙，同時防止回流引起漂浮物的堆積。進水口位置應設在彎道頂點以下水最深、單寬流量最大、環(huán)流作用最強的地方。這個地點距彎道起點的距離L可由式(6.2.3-1)初步確定。2 .開敞式進水口的尺寸擬定1)進水口底板頂面高程2開敞式進水口孔口尺寸二深式進水口高程選擇及尺寸擬定 1 .深式進水口高程選擇時需考慮的因素 1進水口頂部高程應在水電站運行

11、中可能出現(xiàn)的最低水位以下，并有一定的淹沒深度，以免產生漩渦而吸入空氣和漂浮物，引起振動和噪音，減少流量，降低水輪機的出力。2進口底板高程必須在水庫設計淤沙高程以上，以免堵塞進水口。如無法滿足此項要求時，應設置沖沙設施，保證進口門前不被淤積。3考慮閘門結構、啟閉設備及引水道的造價，進口高程應盡可能提高。4進口高程應考慮綜合利用要求，如滿足灌溉、漁業(yè)、航運、供水等要求。 2 . 進口高程的選擇1進口底部高程進口底部高程通常應在水庫設計淤沙高程以上。當設有沖沙設施時，應根據(jù)排沙條件決定。2進口頂部高程 防止進水口前出現(xiàn)吸氣漏斗和漩渦的臨界淹沒深度Sk，Sk可按式(6.2.3-3)計算。 防止壓力管道

12、出現(xiàn)負壓，進口閘門頂部在水庫最低水位下的最小平安距離s，可按式(6.2.3-4)計算， 3 .深式進水口尺寸擬定 深式進水口輪廓尺寸擬定時，要保證最優(yōu)的水流條件，減少水頭損失，并滿足設備布置要求。此外，還要簡化結構，便于施工。 1進口段 2閘門段 3漸變段 4通氣孔 5 進人孔三深孔式進水口的結構設計1進水口應進行沿建基面整體抗滑穩(wěn)定與地基應力計算。2隧洞式進水口是在河岸巖石中開挖而成的，閘門設置在開挖豎井之中，故結構設計時可完全按地下結構隧洞和豎井考慮。3岸坡式進水口緊靠在山巖之上，因進水口長期浸在水中，進水口背坡的穩(wěn)定性需要充分論證包括地震力作用。4塔式進水口承受著冰壓力、風浪壓力的作用，

13、在地震區(qū)還要承受地震慣性力和地震動水壓力的作用。5布置在混凝土重力壩上的壩式進水口，結構計算主要是計算壩體開孔的孔口應力和配置孔口的加強鋼筋，以及按空間剛架計算攔污柵支撐結構等。 第三節(jié) 壓力鋼管設計一、概況一 壓力鋼管的分類二壓力鋼管的附件及其他設備三材料四壓力管道設計原那么五壓力鋼管設計的一般步驟二、管線布置一壓力管道根數(shù)確定二管道線路三壓力鋼管的經濟直徑三、壓力鋼管選型一地下埋管與明管的選擇二壩內埋管與壩后背管的選擇四、水力計算一壓力鋼管的水頭損失二水錘計算 壓力鋼管的水力計算包括鋼管的水頭損失計算和水錘壓力計算。計算成果應包括1最高壓力線；2最低壓力線；3水頭損失。五、壓力鋼管構造要求

14、一管壁厚度二焊縫布置三消除應力要求四伸縮節(jié)、預留環(huán)縫和湊合節(jié)五其他要求六、明管一布置特點1 . 地形、地質條件2 . 事故溢洪道3 . 鎮(zhèn)、支墩二結構計算三構造特點1 . 鎮(zhèn)、支墩2 . 伸縮節(jié)3 . 其他要求七、明管一布置特點1地形地質條件2管線布置3排水系統(tǒng)4 壓力鋼管失穩(wěn)二結構計算1地下埋管承受內水壓力計算原那么1鋼襯與管外混凝土之間以及混凝土與巖石之間有縫隙。2縫隙的存在，使鋼襯的工作分為兩個階段。3認為鋼襯與圍巖之間的混凝土已經出現(xiàn)徑向裂縫。4 認為所有材料鋼、混凝土和圍巖都在彈性階段內工作，巖石被當作各向同性材料。2結構分析三構造特點1灌漿 地下埋管灌漿包括回填灌漿、接觸灌漿和固結

15、灌漿，可在同一孔中分序進行，但在進行固結灌漿時，必須設置封堵栓塞。鋼管壁上宜預留灌漿孔，并在管外焊接補強板。灌漿過程中，應進行檢測，防止鋼管發(fā)生失穩(wěn)事故。灌漿后，全部灌漿孔均應嚴密封堵。2加勁環(huán)與阻水環(huán)3其它要求八、壩內埋管一布置特點二結構分析計算原那么與混凝土開裂情況判別1結構分析計算原那么2混凝土開裂情況的判別三構造特點1壩內埋管安裝2阻水環(huán)3接觸灌漿九、壩后背管一布置特點二構造特點1結構分析計算原那么2混凝土開裂情況的判別三構造特點1壩內埋管安裝2阻水環(huán)3接觸灌漿十、岔管一岔管的種類與選型1 三梁岔管2月牙肋岔管3球形岔管4無梁岔管5貼邊岔管6外包鋼筋混凝土岔管7鋼筋混凝土岔管二布置特點

16、1岔管布置原那么2布置型式3管底排水4體形參數(shù)三構造特點 三梁岔管、月牙肋岔管和無梁岔管在錐管與錐管之間、錐管與球殼之間應布置虛擬的公切球，使其相貫線成為平面曲線，簡化體型。第四節(jié) 調壓室設計一、水電站不穩(wěn)定工況 當水電站的負荷發(fā)生變化時，水輪機的轉動力矩與發(fā)電機的阻力矩失去平衡，引起機組轉速變化，調速器為了保持機組轉速恒定，必相應地改變水輪機的流量，從而在水電站的過水系統(tǒng)中引起非恒定流現(xiàn)象。一水錘及調節(jié)保證計算的任務二水錘根本方程三水錘計算四減小水錘壓強的措施二、水錘及調節(jié)保證計算 水錘由流量變化引起，引起流量改變的原因很多，歸納起來有兩類： 第一類：正常運行情況下的負荷變化。 第二類：事故

17、引起的負荷變化。一調壓室的功能三、調壓室的功能、要求和設置調壓室的條件 (1) 由調壓室自由水面反射水錘波，限制水錘波進入引水道，減少壓力管道及水輪機的水錘壓力。 (2) 改善水輪機在負荷變化時的運行條件及系統(tǒng)供電質量。二調壓室的根本要求 (1)調壓室的布置應盡量靠近廠房，以縮短壓力水管的長度。 (2)能較充分地反射壓力管道傳來的水錘波。 (3)調壓室的頂部，應滿足水庫最高設計水位當電站在瞬時丟棄全部負荷時，水涌入調壓室所需的容積及高度。 (4)調壓室的工作必須滿足穩(wěn)定條件，即在任何情況下負荷變化時，引水道和調壓室中水體的波動必須是逐漸衰減的。 (5)結構平安可靠，施工簡單方便，造價經濟合理。

18、三調壓室的設置條件四調壓室的根本類型 根據(jù)DL/T5058-1996?水電站調壓室設計標準?設置調壓室，應在機組調節(jié)保證計算和運行條件分析的根底上，考慮水電站在電力系統(tǒng)中的作用、地形地質條件和壓力管道布置等因素，進行技術經濟比較后確定。(1)引水調壓室(上游調壓室)(2)尾水調壓室(下游調壓室)(3)上下游雙調壓室系統(tǒng)(4)上游雙調壓室系統(tǒng)五調壓室的根本結構型式 (1)(1)簡單圓筒式調壓室。簡單圓筒式調壓室。(2)(2)阻抗式調壓室。阻抗式調壓室。(3)(3)雙室式調壓室。雙室式調壓室。(4)(4)溢流式調壓室。溢流式調壓室。(5)(5)差動式調壓室。差動式調壓室。(6)(6)氣墊式調壓井。氣墊式調壓井。一調壓室水力計算的根本原理四、調壓室水力計算 進行調壓室水力計算的目的，主要解決兩個問題： (1)求出調壓室中可能出現(xiàn)的最高和最低水位及水位變化過程，從而確定引水道的設計壓力和布置高程，并確定調壓室的高度； (2)根據(jù)波動