第十二章_厂房布置设计讲课简化版.ppt

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1、第十二章 厂房的布置设计,一、水电站厂房布置设计步骤 水电站厂房布置设计又称建筑设计，包括平面设计、剖面设计以及立面设计。 1、初步设计阶段：提出设计方案，在水电站厂房主要机电设备已经基本确定的条件下，进行厂房布置、选定建筑材料和结构方案，分析各方案在技术上、经济上的合理性，提出概算书及厂房各层平面图、横剖面图、纵剖面图、各向立面图和说明书等。,2、技术设计阶段(大型比较复杂的工程)：在初步设计的基础上，进一步确定厂房水工、机械、电气各工种间的技术问题，并共同研究和协调。厂房技术设计图纸，仍类似初步设计那些图，但要标明详细尺寸，编制技术说明书。 3、施工图设计阶段：满足施工要求，即在初步设计、

2、技术设计的基础上，综合水、电、机、建各个工种相互核实校对，把满足厂房工程施工的具体要求反映在图纸中，编制工程说明书、结构计算书和预算书。,12.1厂房布置设计所需的基本资料 一、地形资料 二、工程地质和水文地质资料 三、水文资料 四、气象资料 五、水能规划资料 六、主机组和机电设备资料 (1)机组总装配图，水轮机型号、转子直径、重量(带轴)，水轮发电机型号、尺寸、重量(带轴)，蜗壳和尾水管尺寸，水轮发电机冷却方式和通风道尺寸。,六、主机组和机电设备资料 (2)调速器型号和尺寸，进水阀的外形尺寸及重量，各种辅助设备(油、气、水)的型号、台数、重量和尺寸。 (3)起重机型号、尺寸、额定起重量，跨度

3、，起升高度等。 (4)主变压器及厂用变压器型号、台数、重量和尺寸。 (5)低压油开关型号、台数、重量和尺寸。 (6)变电站面积和技术要求。 七、厂房的设计标准及对厂房的特殊要求 八、建筑材料供应和交通运输情况,12.2主厂房的平面设计 主厂房的长度、宽度尺寸，主要取决于： 水轮发电机定子及风罩墙、水轮机蜗壳、尾水管、调速设备系统的布置，以及主要设备的装卸方法和安装、检修、运行管理的要求，同时还应考虑到结构布置和立面的艺术处理等问题。,一、主厂房的长度 1、机组段长度L1的确定 (1)定义：相邻两台机组中心线之间的距离，也称为机组间距。 L1=L+x+L-x (12-1) 式中：L+x为机组段+

4、x方向的最大长度；L-x为机组段-x方向的最大长度。,2、端(边)机组段长度L2的确定 (1)定义：指在与装配场不同一端的机组段。 与装配场相邻的机组段长度和前述的机组段长度相同。,当采用一台起重机吊装发电机转子或进水阀时，应保证机组中心线或进水阀中心线在吊钩极限位置以内，并留0.2-0.3m裕量。 当采用两台起重机吊装发电机转子时，应保证机组中心线在起吊平衡梁的位置以内并有0.2-0.3m裕量。,蜗壳层平面图,3、装配场(安装间) （1）位置：一般位于厂房靠交通道的一端。特殊情况下，当机能台数较多时，厂房两端都设装配场。地下式厂房，也可以将装配场设在机组中间。,（3）装配场宽度 一般与主厂房

5、相同，以便利用起重机沿主厂房纵向运行。,（3）装配场长度 L装=(1.0l.5) L1 (1)HL和悬式水轮发电机：采用偏小值。 (2)轴流式水轮机和伞式水轮发电机、贯流式机组：采用偏大值。,(3)最后尺寸应满足在起重机主钩起吊范围内，能容纳一台机组扩大性大修的要求。 通常包括发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮和水轮机顶盖等四大件的存放，及相应的工作场地和运输工具。,发电机转子直径周围应留2.0m间隙，以供安装磁极之用。 装配场楼板留有孔口，孔径比主轴法兰直径大0.5m，在不进行转子装配或检修期间，孔洞盖上铁板或混凝土板。,发电机上机架周围留有1.0m间隙，供作通道用。 水轮机顶盖及转轮周围

6、留有1.0m间隙，供作通道用。,大中型水电站，在装配场需设变压器检修坑。变压器坑的尺寸是变压器拆去散热器后的外形尺寸每侧各加0.25m，坑的位置可与上述的四大件相重叠，因为并不同时进行检修。,装配场设有进厂大门，布置在厂房下游侧或山墙上，其尺寸由运输车辆运进最大部件而定，门向外开。 如通行标准轨距火车，大门宽4.2m，高5.4m。通行载重汽车宽 3.3m，高 4.5m。 如主变压器需 进厂检修，大门尚 需根据主变压器尺 寸确定。,主厂房的总长度L：,式中：n机组台数；L端机组段附加长度； L1机组段长度；L2装配场长度。,二、主厂房的宽度 以机组中心线为界，将厂房宽度分为上游侧宽度Bs和下游侧

7、宽度Bx，则厂房总宽度为： B=Bx+Bs (12-2),3=0.3-0.4m,(12-3),A的取值主要由发电机层及蜗壳层布置决定。,阀室净宽一般45m,1、厂房内设备的布置要求 若转子(带轴)由下(上)游侧吊运，则该侧宽度主要由转子宽度决定。 金属蜗壳，发电机转子一般从下游吊运。,(1)调速系统设备。一般布置在发电机上游侧。 调速器操作柜和油压装置尽量靠近，避免跨机组段布置，并与水轮机层接力器位置相适应。,调速器操作柜、机旁盘、励磁盘等布置时尽量靠一侧布置，另一侧可以节省空间。,(2)水轮发电机。 定子外露。,定子埋入。,上机架埋入。,(5)楼梯 通常每两台机组之间设钢筋混凝土楼梯一座。大

8、型水电站厂房的机组段较长时，每台机组设一座楼梯。楼梯净宽1.2m，坡度以34-38为宜。 由发电机层到水轮机层至少设两个楼梯，分设在主厂房的两端。,(6)吊阀孔。进水阀设在主厂房内时需设置。 孔一般为矩形，尺寸比阀体外形尺寸每侧加0.25m。,(7)交通道。 水轮发电机的上、下游侧应留有2-2.5m的交通道，各种设备间也必须保持运行巡视和检修需要而留1.5-2.0m的距离。,(8)起重设备。 起重机的主、副吊钩极限位置离厂房四周墙壁之间有一定的距离(图12-8)。 厂房内所有需要利用它来吊运的较重设备和部位，都应布置在它的工作范围内。,桥式起重机的工作范围,(9)吊物孔。 在吊车起吊范围内应设

9、供安装检修的吊物孔，以勾通上下层之间的运输，一般布置在既不影响交通、又不影响设备布置的地方，其大小与吊运设备的大小相适应，平时用铁盖板盖住。,二、主厂房的下部结构部分 (一)水轮机层 为发电机层地面以下与蜗壳顶部混凝土以上的空间。,1、发电机机墩 是在机组部位支承水轮发电机定子支座的发电机机座，内腔称为机坑、定子坑或水轮机井。,机墩的形式随机组容量不同而分为如下几种： (1)圆筒式机座：结构形式为厚壁钢筋混凝土圆筒，其壁厚在1m以上。 机墩内布置接力器，预埋 各种油、气、水管道和布置电 缆、电线等。（图12-12(a)） 运行人员经常要进入内腔进行巡视和检修工作，机墩要留有进人孔，高度不能太矮

10、。 水轮机转轮直径机墩内径发电机转子直径，并考虑下机架支承等要求而定。,据经验，圆筒式机墩内径D#可按下式选定： 式中：Di为水轮发电机定子内径，m； D1为水轮机转轮直径，m。,(二)蜗壳层 为反击式水轮机的引水设备蜗壳及其周围的钢筋混凝土结构块体和空间部分。,(三)尾水管层 为尾水管的顶部与基础底板之间的空间。,一般进人孔的直径为65cm或60cm60cm，进人孔通道尺寸11m。 蜗壳进人孔位置：多在靠近蜗壳进口断面的顶面或侧面。,尾水管进人孔开口位置 A.阀室进入，开口于尾水管的直锥段。 B.如无机前阀，由水轮机层向下开竖井，再拐向水平的尾水管进人孔。,水泵室及检修廊道的通道：可布置在主

11、厂房的两端或其他适当的地方。,(四)装配场下层 装配厂的下面有一层至二层或作辅助生产车间，下面一层地面高程与水轮机层相同，便于交通。这两层通常布置油库、油处理室、油化验室、压气机室、机修间和电工维修车间等。,装配场横剖面图,(五)尾水平台 中、高水头的水电站厂房：尾水平台一般仅布置尾水启门机。 低水头的水电站厂房：可布置主变压器，并留有交通道。 如后期发电须利用尾水平台作为施工通道，尾水平台还要适当加宽。,12.3 主厂房的剖面设计 主厂房剖面设计中且有决定意义的是水轮机安装高程。,一、水轮机的安装高程T,(12-7),(12-8),安装高程,如竖轴混流式水轮机(图12-20(a),(12-1

12、0),大型电站：h1取1.5-3m； 中小型电站：h1取1-1.5m。 (h2+h3)：尾水管的尺寸。,h2,h3,h1,F,二、主厂房基础开挖高程F ，即尾水管基础开挖高程,金属蜗壳的保护层一般不少于1.0m。 砼蜗壳顶板厚据结构计算决定，或参考国内外已建电站经验值，后在结构设计时进行复核。 水轮机层地面高程一般取100mm的整倍数。,h4,(12-11),三、水轮机层地面高程1,四、发电机定子装置高程：,h5机墩进人孔高度 (1.8m2.0m)；还须满足油气水管道和发电机出线布置要求的高度。 h6进人孔顶部砼厚度(一般为1.0m左右)。,(12-12),五、发电机层楼板高程 2,应满足下列

13、条件： (1)水轮机层的净高不少于3.54.0m。若该层设出线层，则出线层底面到水轮机层地面净高也不宜少于3.5m。 (2)保证下游设计洪水不淹厂房。 大中型水电站厂房总是希望将发电机层楼板面设在下游设计洪水位以上0.5-1.0m。,(3) 若工程洪水期与枯水期水位相差悬殊，发电机层楼板高程可布置在下游设计洪水位以下，具体布置见安装间高程处说明。,六、起重机(吊车)的安装高程C,起重机的安装高程是指吊车轨顶高程,h8吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距；固定的机组、设备、墙、柱、地面之间保持水平净距0.3m，垂直净距0.61.0m(如采用刚性夹具，垂直净距可减小为0.250.5m)；,h9最

14、大吊运部件的高度(往往是发电机转子带轮或水轮机转轮带轴)。 h10吊运部件与吊钩间距离(一般1.0-1.5m)，取决于发电机起吊方式和挂索、卡具；,h11主钩最高位置(上极限位置)至轨顶面距离，可从起重机要参数表查出。 h12 为起重机轨顶至小车顶面的净空尺寸，可以从起重机主要参数表查出；,h13 小车顶与屋面大梁或屋架下弦底面的净距。采用肋形结构或屋架时，h13=0.20.3m(指屋架下弦底或屋面大梁底)，小车可在两榀屋架间或两根大梁间进行检修；当采用整片屋面厚板时，可在装配场上方留出小车检修用的空间或在厂顶预留吊孔，而不必过多地抬高厂房的高度。,C确定后，根据h12，加上为检修吊车留有0.

15、5m高度h13(不考虑在屋梁下检修可只留0.22m)，根据屋面大梁的高度、屋面板厚度、屋面保温防水层的厚度，确定屋顶上缘高程：,(12-14),小车高度,检修吊车需要在小车上方留有距离,七、屋顶高程 R,八、主阀廊道地面高程阀,Df为主阀直径。,阀,九、装配场的楼板高程 1、理想情况：装配场与对外交通道路及发电机层楼板高程齐平，而且高于下游设计洪水位。 2、当发电机层楼板低于下游下游尾水位，可采用以下几种方案：,(1)装配场与对外道路同高，均高于发电机层楼板。 (2)装配场与对外道路同高，均低于发电机层楼板。这种方案很少采用。 对外道路在靠近厂房处下坡，由低于下游最高水位处起在路边筑挡水墙，挡

16、水墙一直接主厂房。 将主厂房大门做成挡水闸门，洪水时将大门关闭，断绝对外运输。 (3)安装间与发电机层同高，而在安装间上专门划出一块货车停车卸货处，与对外道路同高。,12.4 主厂房的立面设计 一、分清主次和轻重 主即将人工环境与自然环境有计划地结合起来，显示出水电站建筑的形式美；次即为厂房的建筑造型和厂内、外装修等。 二、注意比例和尺度 三、掌握重复和变化的韵律 四、运用对比和微差,12.5主厂房的辅助设备布置 一、油系统的布置 二、压缩空气系统的布置 三、供水系统设备的布置 此三个系统的具体布置位置见教材。,四、排水系统设备的布置 1、渗漏排水的集水井：装配场下层、尾水管之间，或厂房下部结

17、构的块体结构底部。集水井上设水泵室。,2、检修排水可采用下列几种方式： (1)集水井。位置同上，各机组的尾水管用管道与集水井连接，并设阀门控制。集水井容积为水泵1020min的输水量。,(2)排水廊道。沿厂房纵轴在厂房下部块体结构的较低处设置，各尾水管的积水先排入排水廊道，在廊道尽头设集水井及水泵室。 (3)分段排水。在机组间设集水井及水泵室，进行相邻两台机组的检修排水。用于较小的电站。 (4)移动水泵。不设集水井，对需要检修的机组，临时将移动水泵装设在该处进行排水。适用于较小的电站。,12.6 厂房电气设备布置 一、高压电气设备 高压电气设备包括：升压变压器(主变压器)和开关站的设备，如高压

18、油开关、高压母线等。由于电压高、占地面积大，常设在厂外。,(一) 高压电气设备布置原则 (1)尽量靠近厂房内的机组，安全可靠。 (2)升压变压器与装配场同一高程。 (3)应考虑升压变压器的运输和高压侧出线要方便，且变压器之间要留必要空间。 (4)应布置在不受洪水淹及的露天场地上。,(二)升压变压器的典型布置 1、 河床式厂房：由于尾水管较长，可将升压变压器布置在尾水平台上。,2、坝后式厂房：可以利用厂坝之间的空间布置升压变压器。,(3) 岸边式厂房：升压变压器场可布置在厂房上游侧、下游侧布置、厂房的一端河岸上(进厂公路旁)、尾水渠旁或尾水平台上。 (4)由于地形和场地的限制，个别水电站有将主变

19、压器布置在厂房顶上。,(5)地下式、坝内式和溢流式厂房：往往将升压主变压器布置在平行于主厂房的地下洞室或坝内廊道内。,(三)开关站(户外高压配电装置)的典型布置 一般为露天布置。 1、开关站应尽量靠近主变压器场和中央控制室，且应与升压变压器布置在同一高程上，多数布置在岸边，以便运行人员检修和维护。,2、由于地形限制，它们之间有一高程差，须设置电梯或天桥等设施。,3、通常开关站布置在附近山坡上，也有布置在主厂房顶上的。 当地形较陡时，可布置成阶梯式和高架式以减少挖方。 当高压出线不止一个等级，可分设两个或多个开关站。,二、低压电气设备 低压电气设备是水轮发电机与升压变压器之间的电气设备。 包括低

20、压出线、低压母线、低压油开关、厂用变压器和断路器、近区送电的变压器、断路器和其他电气仪表，如继电器保护设备和种种表盘等。,12.7 厂房的通风、空调、采暖与采光 厂房四度：温度、湿度、清洁度及气流速度。 一、通风 (一)水轮发电机的通风冷却 1、密闭式空气循环冷却 2、水内冷方式 3、其他冷却方式，包括蒸发冷却和空调冷却两种。,(二)主厂房的通风 1、自然通风 2、机械通风 (三)副厂房的通风 1、精密仪器集中的房间 2、散发有害物质的房间 (1)蓄电池室、酸室。 (2)油库和油处理室。,3、布置输变电设备的房间 (1)变压器室 (2)地下开关站 (3)母线室 (4)户内开关室、配电室 (5)

21、电缆廊道 4、布置机械设备的房间 5、发电机层以下或地下办公室和值班室 (四)检修通风 一般采用机械通风。,二、空气调节 按布置方式分为：有集中式空调系统、分散式空调系统和混合式空调系统。,三、采暖、防潮和除湿,除湿方法有：供热降湿法、通风降湿法、供热通风除湿法和空调除湿法。 防潮的措施：防渗防漏、加强排水、加强通风、局部烘烤。,四、采光 天然采光：白昼间室内通过窗口取得光线。 1、地面式厂房应尽可能采用自然采光。 主厂房自然采光主要靠厂房两侧的大窗，窗宽度不要太小，使照明均匀，窗的高度一般不小于房间进深的1/4。 窗下槛在发电机层楼 板以上不宜超过12m， 以保证窗子附近有足够的 光线，并便

22、于通风。,2、地下式、坝内式、溢流式厂房或地面厂房水下部分的房间要设计人工照明。 人工照明分为工作照明、事故照明、安全照明、检修照明及警卫照明。 中央控制室及主机房内的照明不能使仪表盘面上产生反光，以保证运行人员能清晰地观察仪表。,12.8 副厂房的布置 一、副厂房的组成 大型水电站的副厂房，按性质可分为三类。,(一) 直接生产副厂房 中央控制室，继电保护盘室，电缆室，蓄电池室，酸室和套间，蓄电池的通风机室，充电机室，计算机室，载波通讯室，油、水、气系统，厂内变压器室，巡回检测装置室等。,(二) 检修试验副厂房(直接辅助生产副厂房) 继电保护试验室，精密仪器试验室，测量表计试验室，高压试验室，

23、电工修理间，机械修理间，电气工具间，油化验室，水化实验室等。 (三) 间接辅助生产副厂房 (工作生活副厂房) 交接班室，运行分场，检修分场，水工分场，总工程师室，厂长室，生产技术科，会议室，资料室，厕所、盥洗室。,二、副厂房的位置 (一)副厂房设在主厂房的上游侧 适用：引水道式、坝后式和混合式水电站，坝后式厂房主要是利用厂坝之间的空间。 (二)副厂房设在主厂房的下游侧 适用：河床式水电站。也可从主厂房的上游侧获得天然采光和通风。 (三)副厂房设在主厂房靠对外交通的一端 适用：引水道式或混合式水电站。,三、副厂房平面布置设计的原则和要求 1、中央控制室 它是整座水电站厂房运行保护、调度、控制和监

24、视的神经中枢。,要与主厂房的发电机层邻近；又希望安静；室内要求通风，光线均匀柔和；不宜布置在主变压器场的下层或尾水平台上，且室内布置整洁美观。 室内净高一般为4.04.5m，如采用空调时可取小值。顶部设照明夹层。面积 根据电站规模、性质和对电站的要求而定。,2、集缆室；3、继电保护盘室；4、通讯室及远动装置室； 5、开关室； 6、母线廊道、母线室或母线竖井； 7、电缆廊道和电缆沟； 8、直流系统用房； 9、厂用电设备房间； 10、电子计算机室； 11、巡回检测装置室； 12、电气试验室； 13、值班室和调度室； 14、办公室和生活用房,四、副厂房的结构尺寸 1、结构：两层或两层以上的砖混结构。

25、 各层高程系根据主、副厂房的联系方便、设备布置的要求、通风、采光的需要等原则来确定。 尺寸：根据已建的工程经验，宽度一般为69m不等。 至于副厂房房间面积可参阅表12-2，供可靠性研究、初步设计阶段的参考。,12.9 厂区枢纽布置 厂区枢纽：又称厂房枢纽，它是指水电站的主厂房、副厂房、引水道(可能还有调压室或压力前池) 、尾水道、主变压器场、高压开关站、厂区交通道路和行政生活区建筑等组成的综合体。,一、主厂房 1、在合适地形、坚实地质条件下，主厂房下游面有较合理的朝向，能创造良好的日照、通风和采光条件，厂房纵轴与主导风向垂直或成45角。 2、尽量减小压力管道的长度。 3、尾水渠尽量远离溢洪道或

26、泄洪洞出口，且与下游河道衔接要平顺。,4、地基条件好，对外交通和出线方便，且不受施工导流干扰。 (1)坝后式：厂房可与溢洪道分开布置。发电机层地面最好超过下游设计洪水位，并使尾水渠水流不受泄洪时的干扰。 (2)岸边式：厂房布置在河岸边，开关站布置在邻近，压力引水管道主管方向要斜向引进主厂房。 (3)河床式：一般主厂房和船闸分居两岸，溢流坝布置在河床中深槽部位，厂区枢纽布置简单。 如果溢流坝偏向一侧深槽，船闸和厂房被迫布置在同一岸，船闸靠岸布置，厂房布置在河床中。,二、副厂房 位置：包括主厂房的上游侧、尾水管顶板上、主厂房的两端。 副厂房窗户要尽量避免西晒，保证通风、采光、出线的合理和机械、电气

27、设备运行、检修的要求。,三、引水道 尽可能保证进水水流平顺，少拐弯。 引水道长度尽量短，以节省投资。 引水道一般为正向引水，当水管直径很小时且根数较少时，也可侧向引水。,四、尾水道 尾水渠一般为明渠，正向将尾水导入下游河道，少数情况也可侧向导入下游河道。 为减少开挖量，尾水渠可采用1:51:10的倒坡；由稳定和水流条件确定边坡。 如果地质较差，可考虑做护坡和护底工程。,五、主变压器场和高压开关站,六、厂区对外交通 1、进厂公路 转变半径不宜20m，临近厂房前应有20m左右的平直段。进厂大门外应有一定面积的回车场。 2、进厂铁路 3、水路 对外交通一般为公路。引水式厂房一般沿河岸布置，进厂公路可

28、沿等高线从厂房一端进入厂房。坝式电站进厂公路一般从下游侧进入。公路、铁路要直接通入主厂房的安装间。,七、行政及生活区建筑 办公楼、管理用房、仓库、职工宿舍、住宅和公共建筑，都属行政及生活建筑。 布置时既要不太靠近厂房，避免干扰，有利水电站厂房运行管理的安全，又要考虑联系方便，并与升压开关站互不干扰。,八、厂内交通 1、厂房对外开有大门，以便运输大部件。 大门可采用旁推门、上卷门或活动钢门。 安排各种房门部位时要考虑防火的安全出口，安全出口的门净宽不小于0.8m ，门向外开。 某些可产生负压的房间，如闸门室，门最好向里开，以便出现负压时门可自动开启。,2、主厂房内各层及副厂房布置机电设备的房间内要有通道，以便设备运输、安装及人员通行。 (1)发电机层及水轮机层常设贯穿全长的水平通道，通道一般宽l2m。为了吊运各种设备，与通道相应要布置吊物孔，如蝴蝶阀吊孔、水泵吊孔、公用吊孔等。 (2)主、副厂房不同高程各层之间可设斜坡道、楼梯、攀梯、转梯或电梯。,厂区枢纽布置的步骤： 拟定两个或两个以上方案，计算各方案的工程量、投资、发电量，并分析建筑材料供应和施工条件，进行技术经济比较，从而确定其布置方案。,