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结 1
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 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，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。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1~2m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1.2-~2.0m。这样就大致决定了块体结构的高度 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，在蜗壳的四周混凝士土的厚度△L至少要有0.8~1.0m。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)一推力头—推力轴承——定子外壳一机座；固定部分重 量（推力轴承、上机架、发电机定子、励磁机定子）一一定子外壳一机座。 榨力轴承 上机架 图2悬式发电机 下架 图3 伞式发电机 5