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第十六章
引水式地面厂房布置设计 |
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第一节 水电站厂房的功用和基本类型
一、水电站厂房的功用
水电站厂房是将水能转换为机械能进而转换为电能的场所,它通过一系列工程措施,将水流平顺地引人及引出水轮机,将各种必需的机电设备安置在恰当的位置,为这些设备的安装、检修和运行提供方便有效的条件,也为运行人员创造良好的工作环境。
水电站厂房是建筑物及机械、电气设备的综合体,在厂房的设计、施工、安装和运行中需要各专业人员通力协作。水工建筑专业人员主要从事建筑物的设计、施工与运行,因而本教材着重从水工建筑的观点来研究水电站厂房。
二、水电站厂房的基本类型
根据厂房在水电站枢纽中的位置及其结构特征,水电站厂房可分为以下三种基本类型:
(1)坝后式厂房。厂房位于拦河坝下游坝趾处,厂房与坝直接相连,发电用水直接穿过坝体引人厂房,如图11-2所示的丹江口水电站广房。兴建中的三峡水电站厂房也是坝后式的。在坝后式厂房的基础上,将厂坝关系适当调整,并将厂房结构加以局部变化后形成的厂房型式还包括:
1)挑越式厂房:厂房位于溢流坝坝趾处,溢流水舌挑越厂房顶泄人下游河道,如图18-2所示的贵州乌江渡水电站厂房。
2)溢流式厂房:厂房位于溢流坝坝趾处,厂房顶兼作溢洪道,如图18-3 (a)所示的浙江新安江水电站厂房。
3)坝内式厂房:厂房移人坝体空腹内,如图18-3 (b)所示位于溢流坝坝体内的江西上犹江水电站厂房,或图18-4所示设置在空腹重力拱坝内的湖南凤滩水电站厂房。
(2)河床式厂房。厂房位于河床中,本身也起挡水作用,如图11-4所示广西西津水电站厂房。若厂房机组段内还布置有泄水道,则成为泄水式厂房(或称混合式厂房),如图18-7所示长江葛洲坝水利枢纽大江、二江电厂的厂房内均设有排沙用的泄水底孔。
(3)引水式厂房。厂房与坝不直接相接,发电用水由引水建筑物引人厂房。当厂房设在河岸处时称为引水式地面厂房,如图16-1所示浙江湖南镇水电站厂房。引水式厂房也可以是半地下式的,如浙江百丈漈一级水电站厂房,或地下式的,如图18-10所示的云南鲁布革水电站厂房。
此外,水电站厂房还可按机组类型分为竖轴机组厂房及横轴机组厂房;按厂房上部结构的特点分为露天式、半露天式和封闭式厂房;或按水电站资源的性质分为河川电站(常规水电站)厂房、潮汐电站厂房以及抽水蓄能电站厂房等等。

图16-1 湖南镇水电站(引水式)厂房总体布置图
三、水电站厂房的设计程序
我国大中型水电站设计一般分为四个阶段:预可行性研究、可行性研究、招标设计及施工详图。
预可行性研究的任务是在河流(河段)规划和地区电力负荷发展预测的基础上,对拟建水电站的建设条件进行研究,论证该水电站在近期兴建的必要性、技术上的可行性和经济上的合理性。在这个阶段中,对厂房不进行具体设计,而只基本选定电站规模,初选枢纽布置方式及厂房的型式,绘出厂房在枢纽中的位置,估算工程量。
可行性研究的任务是通过方案比较选定枢纽的总体布置及其参数,决定建筑物的型式和控制尺寸,选择施工方案、进度和总布置,并编制工程投资预算,阐明工程效益。在该阶段中,对厂房设计的要求是根据选定机组机型、电气主结线图及主要机电设备,初步决定厂房的型式、布置及轮廓尺寸,绘出厂区及厂房布置图,进行厂房稳定计算及必要的结构分析,提出厂房工程地质处理措施。
招标设计中要对可行性研究中的遗留问题进行必要的修改与补充,落实选定方案工程建设的技术、施工措施,提出较详细的工程图纸和分项工程的工程量,提出施工、制造与安装的工艺技术要求以及永久设备购置清单,编制招标文件。
在施工详图阶段,则陆续对各项结构进行细部设计和结构计算,并拟定具体施工方法,绘出施工详图。对厂房设计而言,虽然厂房的型式、布置及轮廓尺寸在招标设计中已经决定,但机电设备供货合同尚未签订,详细的结构设计尚未进行,故一切决定都还是近似的。在施工详图阶段,要根据更详尽确凿的各种资料,进行每个构件的细部设计和结构计算,最终确定厂房各部分的尺寸。对于招标设计中的基本决定,一般不会有重大的改变。
本教材的最后三章介绍水电站厂房设计的基本原理。限于篇幅,并考虑到各种类型厂房的布置设计有其共性,本章第二节至第十节将以图16-1所示的引水式地面厂房为例,研究厂房布置设计的一般规律;最后一节(第十一节)讨论装置冲击式水轮机的引水式地面厂房的布置特点。第十二章讨论其他类型厂房的特点。第十三章简述地面厂房的构造和结构设计原理。
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