水利行业水电站设计方法分析.doc

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1、水利行业水电站设计方法分析摘要：随着我国社会经济的发展，对能源的需求量越来越大，然而有限的能源无法满足越来越大的能源需求，近年来，这一矛盾更加激化。国家需要为水资源的利用与开发探索新的道路，实现经济发展和能源节约的同时实现。就我国现状而言，能源结构方面主要是以火电为主，但是火力发电本身存在很多的缺陷，如污染较大，能耗较大等。随着煤炭价格的不断上涨，火电的运行成本也不断提高，相比之下水利发电的优势就更加明显。因此，关于水利行业）水电站设计方面的研究就显得格外重要。本文从水电站的设计情况基本情况入手，分析正确的设计方法，对设计工作进行不断的完善，以提高水电站设计工作的质量，为水电站整体工作效率提供

2、基础。1 引言长期以来，随着工业生产和人民生活用电量的逐步攀升，不仅对水资源的开发的要求提高了，对质量的要求也越来越高，这就为水电建设提出的新的难题。在面对难题的同时，还要看到其中所提供的机遇，新的要求无疑是对水力发电发展的一个巨大的推动力。因此，在现阶段水电站设计工作上，我们必须抓住机遇，克服困难，使设计质量得到提高，促进水电站整体水平的发展，以满足国内能源的需求，为创建资源节约型，环境友好型社会贡献自己的力量。2 水电站设计方法分析2.1主厂房的结构布置设计2.1.1主厂房的结构设计（1）屋顶，屋顶包括屋面板：隔热、遮阳、避风雨等。以及预制钢筋混凝土大型屋面板、隔热层、防水层以及保护层等基

3、础部分。（2）排架柱，承受屋架或屋面大梁、吊车梁、外墙传来的荷载和排架柱自重，并将它们传给厂房下部结构的大体积混凝土。（3）发电机层和安装间楼板，发电机层楼板承受着自重、机电设备静荷载和人的活荷载，传给梁并部分传发电机机座和水轮机层的排架柱。安装间楼板承受自重、检修或安装时机组荷载和活荷载，传到基础。（4）围护结构，包括外墙，用以承受风荷载，并将它传给排架柱或壁柱。抗风柱，用以承受厂房两端山墙传来的风荷载，并将它传给屋面大梁和基础或厂房下部大体积混凝土块体。圈梁和连系梁，用以承受梁上砖墙传下的荷载和自重，并传给排架柱或壁柱。（5）蜗壳和水轮机座环（固定导叶）将机墩传下来的荷载通过座环传到尾水管

4、上，另外水轮机层的设备重量和活荷载通过蜗壳顶板也传到尾水管。（6）尾水管，承受水轮机座环和蜗壳顶板传来的荷载，经尾水管框架（尾水管顶板、闸墩、边墩和底板构成的）结构再传到基础上。2.1.2厂房混凝土浇筑的分期和分层分块对厂房混凝土）浇注进行分期，主要是由于机组到货一般均迟于土建的施工期，且为机组安装创造工作面，为了适应水轮发电机组的安装要求，厂房中的混凝土需要分期浇筑，称为一期和二期混凝土。一期混凝土一般指的是底板、尾水管、尾水闸墩、尾水平台、混凝土蜗壳外的混凝土、上下游边墙、厂房构架、吊车梁、部分楼板等，在施工时先期浇筑，以便利用吊车进行机组安装。二期混凝土则是为了机组安装和埋件需要而预留的

5、，要等到机组和有关设备到货后、尾水管圆锥钢板内衬和金属蜗壳安装完毕后，再进行浇筑。二期混凝土包括金属蜗壳外的部分混凝土、尾水管直锥段外包混凝土、机座、发电机风罩外壁、部分楼层的楼板。水电站厂房水下部分的混凝土属于大体积块体混凝土。其特点是现场浇筑量大，结构几何形状复杂，基础高差大，对裂缝要求严格。由于受混凝土浇筑能力的限制和为了适应厂房形状的变化，因此每期混凝土要分层分块浇筑，便于施工和保证工程质量。2.1.3厂房结构的分缝和止水分缝工作中主要可以运用沉降伸缩缝，这是为了防止厂房地基不均匀沉陷，减小下部结构受基础约束产生的温度和干缩应力，沿厂房长度方向设置的伸缩缝和沉降缝（永久缝）。其特点主要

6、有一般都是贯通至地基，只在地基相当好时，伸缩缝才仅设在水上部分，但也需每隔数道伸缩缝设一道贯通地基的沉降伸缩缝。止水是对厂房水上部分的永久缝中常填充一定弹性的防渗、防水材料，以防止在施工或运行中被泥沙或杂物填死和风雨对厂房内部的侵袭。与此同时，厂房水下部的永久缝应设置止水，以防止沿缝隙的渗漏，重要部位设两道止水，中间设沥青井。止水布置主要取决于厂房类型、结构特点、地基特性等，应采用可靠、耐久而经济的止水型式。2.2厂房整体稳定及地基应力设计厂房整体稳定及地基应力应该对沿地基面的抗滑稳定、抗浮稳定、厂基面垂直正应力注等进行计算。而河床式厂房本身是挡水建筑物，厂房地基内部存在软弱层面时，还应进行深

7、层抗滑稳定计算。在进行计算时，必须要保证厂房在运行、施工和检修期间，在抗滑、抗倾与抗浮方面有足够的安全系数，以保证厂房的整体稳定。并且厂房地基应力必须满足承载能力的要求，不允许发生有害的不均匀沉陷。由于河床式厂房直接承受上游水压力，在确定地下轮廓线、校核整体稳定性和地基应力时，以两个永久缝之间或一个机组段长度为计算单元，进行稳定分析和地基应力计算时，不能取单宽进行计算。另外厂房有大量的二期混凝土，并可能有分期安装问题，故在机组安装前后荷载变化较大，确定荷载与荷载组合时也有其特点。荷载主要包括基本何在和特殊荷载，基本何在主要包括了厂房结构及永久设备自重；回填土石重；正常蓄水位或设计洪水位情况下的

8、静水压力等数据。特殊荷载则主要指的是校核洪水位或检修水位情况下的静水压力；相应于校核洪水位或检修水位情况下的扬压力以及地震力等。厂房整体稳定和地基应力计算应以中间机组段、边机组段和安装间段作为一个独立的整体，按荷载组合分别进行。边机组段和安装间段，除上下游水压力作用外，还可能受侧向水压力的作用，所以必须核算双向水压力作用下的整体稳定性和地基应力。2.3发电机的支承结构与风罩设计2.3.1支撑结构计算发电机的支承结构，其底部与蜗壳顶板联成一体，承受着巨大的静、动荷载，必须具有足够的刚度、强度、稳定性和耐久性。机墩自重，发电机层楼板重及其荷载，发电机定子、励磁机定子及附属设备等重，上机架、下机架重

9、，定子基础板重，下支架在顶起转子时的负荷。这些荷载通过定子基础板作用于机墩顶部。而发电机转子连轴及励磁机等重，水轮机转轮连轴重，轴向水推力。通过推力轴承传给机架再传至机墩。2.3.2风罩计算发电机转子连轴及励磁机等重，水轮机转轮连轴重，轴向水推力。通过推力轴承传给机架再传至机墩。当风罩墙半径与壁厚之比（R/）大于10，并且高度较大时，可按有限长的薄壁圆筒公式计算，底部固结，顶部自由或径向简支；而当开孔较多且尺寸较大，破坏圆筒整体性时，按圆周上为单宽的竖向梁计算，底部固结，顶部采用自由、铰支、固接或与发电机层楼板刚结，风罩墙与发电机层楼板一起按型框架计算，但环向要适当布筋加强。3 结语水电站设计

10、相比拦河坝、水闸、堤防等其他水工建筑物设计更不容易，设计周期较长，首先要做流域规划，然后随之就要进行水资源论证、林地规划、地质灾害评估、环评、水保、地勘、生物多样性评估、可行性论证等等多方面的评估，最后还需要水行政主管部门的批复及发改、财政等有关行政机关的核准文件后才能正式启动。开工后，安全评估和相应阶段的安全鉴定也是必不可少的一项工作。由此可见，水电站设计是一项相当复杂的工作，因此在日常的生活，我们应当积极探索，认真学习，努力将水电站的设计工作做到最优。参考文献：1林继镛. 水工建筑物M. 北京：中国水利水电出版社，2006第四版：321202建设项目质量控制，北京：中国水利水电出版社.19963袁光裕. 水利工程施工M. 北京：中国水利水电出版社，1995第三版6