仁懷市小院水電站廠房設計

冉文政

(道真自治縣水利局，貴州道真563500)

仁懷市小院水電站廠房設計

冉文政

(道真自治縣水利局，貴州道真563500)

小水電站廠房設計的一系列優化設計，有效地減少了工程投資，優化了結構設計，提高了設計質量，增加了建筑物的美觀性。水電站廠房是水能轉為電能的生產場所，也是運行人員進行生產和活動的場所。其任務是通過一系列工程措施，將水流平順地引入水輪機，使水能轉換成為可供用戶使用的電能，并將各種必需的機電設備安置在恰當的位置，創造良好的安裝、檢修及運行條件，為運行人員提供良好的工作環境。

小水電站;廠房工程;工程設計;穩定計算;節約投資

小院水電站位于仁懷市喜頭鎮境內的魚塘河上，屬仁懷縣桐梓河水系牛渡河的一級梯級電站，魚塘河屬桐梓河的二級支流，屬赤水河水系。取水壩控制流域面積38.90 km2，多年平均流量為0.609 m3/s，P=90%的日平均保證流量為0.130 m3/s。電站裝機規模為 2×500 kW，年平均發電量431萬kW·h，年利用小時4 310 h。

廠房所在地層為志留系和二疊系地層，覆蓋層為黏土夾礫石和黏土層，厚2～10 m，地質條件穩定。

1 廠房和廠區布置

1.1 廠房的平面布置

小院電站廠房，根據其結構形式和取水特點，廠房為地面廠房，廠房位于前池下游壓力管道末端的魚塘河岸邊，為了減少廠房基礎的開挖工程量，廠房縱軸線沿河岸順流方向大致與等高線平行布置，廠房平面布置見圖1。

圖1 廠房平面圖

1.1.1 主廠房布置

電站主廠房是安裝水輪機、發電機組及其附屬設備的主機房，廠房內安裝2臺CJ22—W—90/1×10型水輪機發電機組。廠房上部為框架式磚混結構的平頂房，下部結構較簡單，高度相對較小。

1.1.2 廠房內設備布置

電站機組臺數為2臺，采用一列式布置，廠房橫軸線與機組縱軸線平行，水輪機進水管及尾水管與廠房縱軸線垂直。電站選用臥軸沖擊式水輪發電機組，水輪機進水管軸線高于主機房地坪0.85 m，金屬蝸殼前的蝶閥設在廠房上游側的蝶閥坑內，上面用蓋板復蓋，平時作為機組上游側的人行通道。壓力水管和水輪機蝸殼進口的方向朝下，在壓力水管末端用一個90°的彎管與之聯接。

調速器、機旁盤布置在廠房下游尾水渠一側，便于操作，高壓開關柜布置在廠房上游面，低區配電柜及操作控制臺布置在廠房下游面，便于觀察管理。

機房的起重設備，根據電站使用特點和設備單件重量不大，在安裝和檢修機器設備時，停電也能操作，采用重慶第二起重機廠生產的SDQ—5型手動單梁起重機。

1.2 廠區布置

電站樞紐中，廠房、變壓器場和升壓站所在的地區稱為廠區，廠區是完成發電、變電和輸配電任務的中心，是水電站的核心組成部分，廠區布置見圖2。

圖2 廠區布置圖

1.2.1 主廠房的位置選擇

主廠房是廠區的主體，發電的中心，小院水電站廠房所在位置水流條件和交通條件都好，緊靠魚塘河左岸主河道邊緣，此處地面坡度較緩，開挖小，水頭能得到充分利用。在泄水方面，尾水渠的棄水通過暗溝流入河道，廠房地坪高程根據水文計算確定為▽H坪=674.90 m。

1.2.2 變壓器場和升壓站的布置

為便于主變壓器的運輸、安裝和檢修，變壓器場和升壓站的位置統一布置在主廠房的左上方，主變壓器緊靠廠房，高于廠房地坪5 m左右，變壓器露天布置，以節省母線和土建工程。

1.2.3 廠區的內外交通聯系

廠區的內外交通路線，不僅在施工建設期間十分重要，在運行管理時，也極為重要。為了運輸設備和施工器材，喜山(仁懷市喜頭鎮至遵義縣山盆鎮)公路通過小院電站廠區附近，且鐵礦廠至喜山公路的支路通過廠房，只需對240 m支路改造即可解決進廠公路。

1.2.4 行政管理和生活住宅區

電站管理人員的生活住宅區布置在主廠房的右側，生活住宅區和廠房之間設人行便道連接，便于電站管理人員上、下班。行政管理及生活區建筑面積200 m2。

2 廠房主要尺寸的確定

臥式機組地面廠房的主機房和安裝間為同一高程，機組及輔助設備都布置在這里，廠房地坪的下部分，只布置設備的基礎，機坑尾水渠和電纜溝等，結構都較簡單。影響廠房長度、寬度及高度和基礎結構尺寸的主要因素是地質及水文條件、機組臺數及機組型式、機組尺寸和布置方式，其次廠房內附屬設備的布置和機房起重機械的型式和尺寸，也是決定廠房尺寸的主要因素。

2.1 廠房高度和主要高程的確定

確定主機房地坪以上高度，按單件設備最大尺寸和起吊高度確定，臥式機組的部件不要求直立起吊，故主機房的高度一般較低。參照廠房設計規范，結合工程實際，按構造要求確定尺寸。

2.1.1 主廠房高度

主機房地坪到吊車梁牛腿下緣高4.9 m牛腿高度0.55 m，牛腿平面到房蓋主梁下緣凈空2.7 m，主梁到房頂女兒墻高1.95 m，因此主廠房地面以上高度為10 m。

2.1.2 機房地坪以下基礎各主要高程

機房地坪高程的確定，根據實地現場勘測，廠房位置處魚塘河左岸，只有汛期才受洪水影響，最大洪水位673.90 m，綜合地質、水文和地形、地貌分析，最終選定主廠房地坪高程為674.90 m(工程系統高程)，地坪至水輪機尾水渠底板深度為1.9 m，相應高程673.00 m，尾水位正常水深 0.2 m，結合廠家提供的資料數據，水輪機軸線安裝高程為675.75 m。

2.2 廠房的長度和寬度

2.2.1 主廠房長度

根據廠房平面布置，主機房安裝2臺臥軸式水輪機組，一列式布置。

一個機組段的間距為:

Lc=a1+a2+d，此處取d=1.0 m，根據重慶發電設備制造有限公司提供的機組參數(a1+a2)為4.268 m，所以一個機組段的間距為:Lc=(a1+a2)+d=5.268 m

安裝間的長度按一個機組段的長度，考慮到電站規模小，取安裝間長度為4 m。發電機外緣到右側磚墻通道a3取1.2 m，因電站裝機規模小，不設副廠房，高低壓控制設備及水輪機、發電機都布置在主廠房中，因此，廠房的長度為:L=(n-1)Lc+(a1+a2)+La+a3=15.736 m。

根據廠房立柱排架布置的要求，廠房的長度為15 m。

2.2.2 廠房的寬度

電站安裝和檢修機器設備時，選用重慶第二起重機廠生產的SDQ—5型手動單梁起重機，桁車跨距Lk=8.0 m，起吊高度3～12 m，發電機軸線至廠房上游側立柱B1取4.3 m，至下游立柱B2=4.45 m，廠房的寬度為:B=B1+B2=8.75 m。

3 廠房的結構設計

3.1 廠房的結構

由上部結構和下部結構組成，對于安裝臥式機組廠房，廠房結構有廠房屋頂，發電機層和基礎結構3層，上部結構中，主要由屋頂、吊車梁、主廠房排架、門窗及四周磚墻結構等組成，下部結構中，主要有蝶閥坑，尾水渠和電纜溝等，廠房結構設計見圖3、圖4。

圖3 廠房橫剖面圖

圖4 廠房縱剖面圖

3.2 廠房屋頂結構

屋頂結構是封閉式地面廠房的一個重要組成部分，屋頂結構采用內排水的平屋頂，屋面坡度為1∶20，屋面結構從上而下，依次為女兒墻、瀝青細石保護層、二氈三油防水層、水平找平層及保溫隔熱層，屋面板、縱梁和橫梁。

3.2.1 屋面板

平屋頂的承重結構為屋面板和屋頂縱橫梁，上面承受人群活荷載，屋頂結構自重，各種荷載傳給次梁，再由次梁集中傳給排架主梁。

屋面板用C30鋼筋混凝土整體澆筑，板厚10 cm，屋面板的內力計算按承受均布荷載的簡支鋼筋混凝土板梁設計配筋，1 m板配Φ6×Φ8@150×150。

3.2.2 次梁(縱梁)

屋頂縱梁承受由屋面板傳來的均布荷載和自重?？v梁斷面尺寸為25 cm×40 cm，跨度5 m，兩端支承在排架橫梁上，用C30鋼筋混凝土現澆，經計算縱梁受力鋼筋布置7Φ16，鋼箍選Φ6@200。

3.2.3 主梁(橫梁)

橫梁承受縱梁傳來的集中荷載，再集中傳給排架立柱，橫梁用C30鋼筋混凝土和排架立柱整體澆筑，結構設計和排架一起進行，主梁斷面尺寸為400 mm×800 mm，跨度8.95 m，兩端支承在排架立柱上，經計算(計算過程略)主梁受力鋼筋布置受力筋10Φ25，架立筋4Φ16，箍筋配Φ8@200。

3.3 吊車梁設計

吊車梁用C30鋼筋混凝土預制，支承在排架立柱的牛腿上，考慮到吊裝要求，其重量又不超過施工機械的起重能力，吊車梁采用單跨簡支梁，跨度Lc=5 m，吊車梁的斷面形狀為T型，T型斷面便于固定軌道，并具有強大的抵抗橫向水平力的剛度。

3.3.1 吊車梁的內力計算及配筋

T型吊車梁，梁肋寬B=25 mm，高度H=60 mm，翼板寬b'=45 mm，厚度 h'=10 mm，凈跨 L0=4.6 m，計算跨度 L=4.83 m。(計算過程略)吊車梁受力鋼筋實際選用6Φ16。

3.3.2 吊車梁的構造

吊車梁的受力鋼筋及附加筋的接頭錨固，吊車梁與軌道的連接選擇輕軌，吊車梁與排架柱的連接，吊車梁為預制簡支梁，裝配式吊車梁和立柱的連接方式，用螺栓緊固，吊車梁翼板和柱的連接鋼板采用角鋼，角鋼和立柱接觸面開長圓孔，可以上下滑動，便于安裝。

3.4 牛腿的結構設計

牛腿是支承吊車梁的主要結構和廠房排架立柱一起，用C30鋼筋混凝土整體澆筑，牛服用截面的高度H=55 cm，寬度40 cm。輪壓中心線至牛腿的強度計算及配筋，根據計算(計算過程略)，按構造布置，水平受力鋼筋布置4Φ16，斜向彎起鋼筋4Φ16，箍筋 Φ6@100。

4 結語

經過優化設計，廠房的穩定和應力情況核算，達到規范要求。節約了工程量和節省了工程投資，使工程更加經濟、實用，工程投入運行至今，廠房及機組設備運行正常。

［1］水利電力部水利水電規劃設計院、華東水利學院.水工設計手冊:第七卷水電站建筑物［K］.北京:水利電力出版社，1982.

［2］湖南水利水電勘測設計院、天津大學水利系.小型水電站:中冊［M］.北京:電力工業出版社，1979:19-20.

［3］水利部天津水利水電勘測設計院.SL 266—2001水電站廠房設計規范［S］.北京:水利電力出版社，2001:3-5.

TV544

A

1007-7596(2012)09-0068-02

2012-09-11

冉文政(1968-)，男，貴州道真人，工程師，從事農田水利和小水電站的設計和施工工作。