【文章內(nèi)容簡介】 廠房的布置水電站主廠房是安裝水輪發(fā)電機組及其輔助設(shè)備的場所，根據(jù)設(shè)備布置的需要通常在高度方向上分為數(shù)層，如圖1115所示。廠房內(nèi)部布置應(yīng)根據(jù)機電布置、設(shè)備安裝、檢修及運行要求結(jié)合水工結(jié)構(gòu)布置統(tǒng)一考慮。一、發(fā)電機層設(shè)備布置發(fā)電機層為安放水輪發(fā)電機組及輔助設(shè)備和儀表表盤的場地，也是運行人員巡回檢查機組、監(jiān)視儀表的場所。主要設(shè)備有發(fā)電機、調(diào)速柜、油壓裝置、機旁盤、勵磁盤、蝶閥孔、樓梯、吊物孔等，如圖1116所示。圖1115　某水電站廠房橫剖面圖1116　水電站廠房發(fā)電機層平面圖1．機旁盤(自動、保護、量測、動力盤)。與調(diào)速器布置在同一側(cè)，靠近廠房的上游或下游墻。2．調(diào)速柜。應(yīng)與下層的接力器相協(xié)調(diào)，盡可能靠近機組，并在吊車的工作范圍之內(nèi)。3．勵磁盤。為控制勵磁機運行而設(shè)置，常布置在發(fā)電機近旁。4．蝶閥孔。如果在水輪機前裝設(shè)蝴蝶閥，則其檢修需要在發(fā)電機層的安裝間內(nèi)進行，這就需要在發(fā)電機層與其相應(yīng)的部位預留吊孔，以方便檢修和安裝。5．樓梯。每隔一段距離需要設(shè)置一個樓梯，一般兩臺機組設(shè)置一個。由發(fā)電機層到水輪機層至少設(shè)兩個樓梯，分設(shè)在主廠房的兩端，便于運行人員到水輪機層巡視和操作、及時處理事故。樓梯不應(yīng)破壞發(fā)電機層樓板的梁格系統(tǒng)。6．吊物孔。在吊車起吊范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)供安裝檢修的吊物孔，以勾通上下層之間的運輸，一般布置在既不影響交通、又不影響設(shè)備布置的地方，其大小與吊運設(shè)備的大小相適應(yīng)，平時用鐵蓋板蓋住。發(fā)電機層平面設(shè)備布置應(yīng)考慮在吊車主、副鉤的工作范圍內(nèi)，以便樓面所有設(shè)備都能由廠內(nèi)吊車起吊。二、水輪機層設(shè)備布置水輪機層是指發(fā)電機層以下，蝸殼大塊混凝土以上的這部分空間。在水輪機層一般布置調(diào)速器的接力器、水力機械輔助設(shè)備(如油、氣、水管路)、電氣設(shè)備 (如發(fā)電機引出線、中性點引出線、接地、滅磁裝置等)、廠用電的配電設(shè)備，如圖1117所示。1．調(diào)速器的接力器。位于調(diào)速器柜的下方，與水輪機頂蓋連在一起，并布置在蝸殼最小斷面處，因為該處的混凝土厚度最大。2．電氣設(shè)備的布置。發(fā)電機引出線和中性點側(cè)都裝有電流互感器，一般安裝在風罩外壁或機墩外壁上。小型水電站一般不設(shè)專門的出線層，引出母線敷設(shè)在水輪機層上方，而各種電纜架設(shè)在其下方。水輪機層比較潮濕，對電纜不利。對發(fā)電機引出母線要加裝保護網(wǎng)。3．油、氣、水管道。一般沿墻敷設(shè)或布置在溝內(nèi)。管道的布置應(yīng)與使用和供應(yīng)地點相協(xié)調(diào)，同時避免與其他設(shè)備相互干擾，且與電纜分別布置在上下游側(cè)，防止油氣水滲漏對電纜造成影響。4．水輪機層上、下游側(cè)應(yīng)設(shè)必要的過道。~。水輪機機墩壁上要設(shè)進人孔，~，~，且坡度不能太陡。圖1117　水電站廠房水輪機層平面圖三、蝸殼層的布置圖1118為某水電站廠房蝸殼層平面布置，蝸殼層除過水部分外，均為大體積混凝土，布置較為簡單。1．主閥。當引水式電站采用聯(lián)合供水或分組供水時，在蝸殼進口前設(shè)置一道快速閘門或蝴蝶閥，一般稱為主閥。主閥可以裝設(shè)在廠內(nèi)也可以裝設(shè)在廠外，設(shè)在廠內(nèi)時運行管理安裝等都比較方便，但增加了廠房寬度。主閥的上游側(cè)要安裝伸縮節(jié)，以方便其拆裝。主閥布置在主閥層內(nèi)，其控制設(shè)備就近布置。2．進人孔。在下部塊體結(jié)構(gòu)中要設(shè)有通向蝸殼和尾水管的進人孔，并設(shè)置通道。一般進人孔的直徑為60cm，進人孔通道尺寸不小于11m。3．一般電站在蝸殼層以下的上游側(cè)或下游側(cè)均設(shè)有檢查、排水廊道，作為運行人員進入蝸殼、尾水管檢查的通道，有的電站還同時兼作到水泵室集水井的過道。圖1118　水電站廠房蝸殼層平面圖集水井位于全廠最低處，除要求能容納運行時的滲漏水，還要擔負機組檢修時的集水、排水任務(wù)。排水泵室一般布置在集水井的上層，有樓梯、吊物孔與水輪機層連接。電站排水都通向下游尾水渠。四、安裝間的布置(一) 安裝間的位置與高程1．安裝間的位置水電站對外交通運輸?shù)缆房梢允氰F路、公路或水路。對于大中型水電站，由于部件大而重，運輸量又大，所以常建設(shè)專用的鐵路線，中小型水電站多采用公路。對外交通通道必須直達安裝間，車輛直接開入安裝間以便利用主廠房內(nèi)橋吊卸貨，因而安裝間一般均布置在主廠房有對外道路的一端。如圖1116所示。2．安裝間的高程安裝間的高程主要取決于對外道路的高程及發(fā)電機層樓板的高程。安裝間最好與對外道路同高，均高于下游最高水位，以保持洪水期對外交通暢通無阻。安裝間最好也與發(fā)電機層同高，以充分利用場地，安裝檢修工作方便。當水電站的下游尾水過高時，發(fā)電機層樓板常低于下游最高尾水位，從而也低于對外道路，這時可以有以下幾種方案：(1) 安裝間與對外道路同高，均高于發(fā)電機層，洪水期對外交通可保持通暢，但安裝間與發(fā)電機層相鄰部分的場面不能加以充分利用，安裝間可能因之要稍加長些，同時橋吊的安裝高程將取決于在安裝間處吊運最大部件的要求，整個主廠房將加高。(2) 安裝間與發(fā)電機層同高，均低于下游最高水位。這時又有兩種處理方式，一種是對外道路在靠近廠房處下坡，由低于下游最高水位處起在路邊筑擋水墻，擋水墻一直接主廠房。這種方式的好處是可保持對外交通通暢，但下游水位很高時擋水墻的工程量將太大。二是將主廠房大門做成擋水閘門，洪水時將大門關(guān)閉，斷絕對外運輸，值班人員可由高處的通道進入廠房。(3) 安裝間與發(fā)電機層同高，而在安裝間上專門劃出一塊貨車停車卸貨處，此停車處高于安裝間而與對外道路同高。這時安裝間場面不能充分利用，而廠房的高度可能取決于卸貨的要求。(二) 安裝間的面積和布置1．安裝間的面積。安裝間與主廠房同寬以便橋吊通行，所以安裝間的面積就決定了它的長度。安裝間的面積可按一臺機組擴大性檢修的需要確，一般考慮放置四大部件，即發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機上機架、水輪機轉(zhuǎn)輪、水輪機頂蓋。四大部件要布置在主鉤的工作范圍內(nèi)，其中發(fā)電機轉(zhuǎn)子應(yīng)全部置于主鉤起吊范圍內(nèi)。發(fā)電機轉(zhuǎn)子和水輪機轉(zhuǎn)輪周圍要留有1～2m的工作場地。在缺乏資料時，～；多機組電站，安裝間面積可根據(jù)需要增大或加設(shè)副安裝間。2．安裝間的布置安裝間平面布置見圖1119。安裝間的大門尺寸要滿足運輸車輛進廠要求，如通行標準軌距的火車。發(fā)電機轉(zhuǎn)子放在安裝間上時軸要穿過地板，地板上在相應(yīng)位置要設(shè)大軸孔，面積要大于大軸法蘭盤。為了組裝轉(zhuǎn)子時使軸直立，在軸下要設(shè)大軸承臺，并預埋底腳螺栓。圖1119　安裝間平面布置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—主變器坑主變壓器有時也要推入安裝間進行大修，這時要考慮主變壓器運入的方式及停放的地點。因為主變重量很大，尺寸也很大，安裝間的樓板常常要專門加固，地板應(yīng)設(shè)專門軌道，大門也可能要放大。主變壓器大修時常需吊芯檢修，在安裝間上設(shè)尺寸相當?shù)淖儔浩骺?，先將整個變壓器吊人坑內(nèi)，再吊鐵芯，以免增加廠房高度。目前大型變壓器常做成鐘罩式，檢修時吊芯改為吊罩，起重量和起吊高度大為減小，安裝間不再設(shè)變壓器坑。主變吊裝如圖1120所示。第六節(jié) 主廠房的輪廓尺寸水電站主廠房布置設(shè)計就是確定主廠房的空間尺寸。其設(shè)計原則是在滿足設(shè)備布置和安裝、維護、運行、管理的前提下，盡量減小廠房尺寸，以降低造價。水電站主廠房的空間尺寸指主廠房的長度、寬度和高度，其中長度和寬度稱為廠房的平面尺寸。圖1120　主變吊裝圖 (a) 檢修變壓器吊出鐵芯 (b) 檢修鐘罩式變壓器吊起鐘罩一、主廠房平面尺寸的確定(一) 主廠房的長度主廠房的長度包括機組段長度、安裝間長度以及邊機組段加長。即：L=nL0+L安+△L式中 L——主廠房的總長度；n——機組臺數(shù)；L0——機組段長度；L安——安裝間長度；△L——邊機組段加長。(a) 蝸殼與機組間距的關(guān)系 (b) 發(fā)電機及其通風設(shè)備與機組間距的關(guān)系圖1121 機組間距1．機組段長度L0機組段長度是指相鄰兩臺機組中心線之間的距離，也稱為機組間距，見圖1121所示。機組段間距一般由下部塊體結(jié)構(gòu)中水輪機蝸殼的尺寸控制，在高水頭水電站情況下也可能由發(fā)電機定子外徑控制。當機組段間距由水輪機蝸殼尺寸控制時，蝸殼平面尺寸確定后，機組段長度L0=蝸殼平面尺寸+2△L。△L為蝸殼外的混凝土結(jié)構(gòu)厚度，~，金屬蝸殼一般可取1~2m，邊機組段一般取1~3m。某些情況下(尤其是低水頭電站)，下部塊體結(jié)構(gòu)的尺寸可能取決于尾水管的平面尺寸。當機組段間距由發(fā)電機定子外徑控制時，機組段長度L0=D風+B。式中D風為發(fā)電機風罩外緣直徑，B為相鄰兩風罩外緣之間通道的寬度，~。為了減小機組間距，最好不將調(diào)速器、油壓裝置和樓梯等布置在兩臺機組中間。機組段長度應(yīng)綜合考慮廠房分縫、蝸殼和尾水管厚度的影響，水輪機層和發(fā)電機層的布置要求，包括排架柱的布置、調(diào)速器接力器坑布置要求、樓梯、樓板孔洞和梁格系統(tǒng)布置的要求。2．邊機組段加長由于遠離安裝間一端的機組段外側(cè)有主廠房的端墻，為了使機組設(shè)備和輔助設(shè)備處于橋吊工作范圍內(nèi)，邊機組段需要加長△L，一般取△L =(~)D1。3．安裝間長度安裝間的寬度一般與主廠房相同，其面積在第四節(jié)安裝間布置中已講述，這時不再重復。安裝間的長度一般取L安＝(～) L0。(二) 主廠房的寬度可以機組中心線為界，將廠房寬度分為上游側(cè)寬度Bs和下游側(cè)寬度Bx，如圖1122所示。則廠房總寬度為 　　　　　　　　B=Bx+Bs 　 (121)在確定Bs和Bx時，應(yīng)分別考慮發(fā)電機層、水輪機層和蝸殼層三層的布置要求。圖1122 主廠房寬度示意圖(1) 發(fā)電機層中，首先決定吊運轉(zhuǎn)子(帶軸)的方式，是由上游側(cè)還是下游側(cè)吊運。若由下游側(cè)吊運，則廠房下游側(cè)寬度主要由吊運之轉(zhuǎn)子寬度決定。若從上游側(cè)吊運，則上游側(cè)較寬。此外，發(fā)電機層交通應(yīng)暢通無阻。一般主要通道寬2～3m，次要通道寬1～2m。在機旁盤前還應(yīng)留有1m寬的工作場地，～1m寬的檢修場地，以便于運行人員操作。(2) 水輪機層中，一般上下游側(cè)分別布置水輪機輔助設(shè)備(即油水氣管路等)和發(fā)電機輔助設(shè)備(電流電壓互感器、電纜等)。以這些設(shè)備布置后，不影響水輪機層交通來確定水輪機層的寬度。(3) 蝸殼層一般由設(shè)置的檢查廊道、進人孔等確定寬度。蝸殼和尾水管進人孔的交通要通暢，集水井水泵房設(shè)置應(yīng)有足夠的位置，以此確定蝸殼層平面寬度。一般由廠房機組中心線為基準，分別確定各層上游側(cè)和下游側(cè)所需寬度，再分別找出各層上下游側(cè)的最大值Bu和Bd，則主廠房寬度為Bu+Bd。(4) 當寬度基本確定后，最后要根據(jù)尺寸相近的吊車標準寬度Lk驗證，廠房寬度必須滿足吊車安裝的要求。一般在高水頭電站中，常由發(fā)電機層布置要求確定廠房的寬度，而在低水頭水電站中常由下部塊體結(jié)構(gòu)確定廠房寬度。二、主廠房的高度及各層高程的確定水電站廠房的各層高程中，起基準作用的高程是水輪機安裝高程。水輪機的安裝高程確定以后，其他高程就可逐個確定下來。1．水輪機的安裝高程水輪機的安裝高程是一個基準高程，與水輪機的型式、允許吸出高度和電站下游尾水位等有關(guān)。其計算公式為： (122) (m) (123)式中 ——水輪機安裝高程，m； ——水電站正常運行時可能出現(xiàn)的最低下游水位，一般可取臺機組的過流量相應(yīng)的尾水位，m； ——水輪機允許吸出高度，m； ——氣蝕系數(shù)，根據(jù)水輪機特性曲線確定；——氣蝕系數(shù)的修正值，由水輪機廠家提供； ——計算水頭，m；——水電站廠房所在地點的海拔高程。 X——水輪機壓力最低點與安裝高程之間的高差，與水輪機的型式有關(guān)，見圖1123 。