仁怀市小院水电站厂房设计

冉文政

(道真自治县水利局，贵州道真563500)

仁怀市小院水电站厂房设计

冉文政

(道真自治县水利局，贵州道真563500)

小水电站厂房设计的一系列优化设计，有效地减少了工程投资，优化了结构设计，提高了设计质量，增加了建筑物的美观性。水电站厂房是水能转为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的场所。其任务是通过一系列工程措施，将水流平顺地引入水轮机，使水能转换成为可供用户使用的电能，并将各种必需的机电设备安置在恰当的位置，创造良好的安装、检修及运行条件，为运行人员提供良好的工作环境。

小水电站;厂房工程;工程设计;稳定计算;节约投资

小院水电站位于仁怀市喜头镇境内的鱼塘河上，属仁怀县桐梓河水系牛渡河的一级梯级电站，鱼塘河属桐梓河的二级支流，属赤水河水系。取水坝控制流域面积38.90 km2，多年平均流量为0.609 m3/s，P=90%的日平均保证流量为0.130 m3/s。电站装机规模为 2×500 kW，年平均发电量431万kW·h，年利用小时4 310 h。

厂房所在地层为志留系和二叠系地层，覆盖层为黏土夹砾石和黏土层，厚2～10 m，地质条件稳定。

1 厂房和厂区布置

1.1 厂房的平面布置

小院电站厂房，根据其结构形式和取水特点，厂房为地面厂房，厂房位于前池下游压力管道末端的魚塘河岸边，为了减少厂房基础的开挖工程量，厂房纵轴线沿河岸顺流方向大致与等高线平行布置，厂房平面布置见图1。

图1 厂房平面图

1.1.1 主厂房布置

电站主厂房是安装水轮机、发电机组及其附属设备的主机房，厂房内安装2台CJ22—W—90/1×10型水轮机发电机组。厂房上部为框架式砖混结构的平顶房，下部结构较简单，高度相对较小。

1.1.2 厂房内设备布置

电站机组台数为2台，采用一列式布置，厂房横轴线与机组纵轴线平行，水轮机进水管及尾水管与厂房纵轴线垂直。电站选用卧轴冲击式水轮发电机组，水轮机进水管轴线高于主机房地坪0.85 m，金属蜗壳前的蝶阀设在厂房上游侧的蝶阀坑内，上面用盖板复盖，平时作为机组上游侧的人行通道。压力水管和水轮机蜗壳进口的方向朝下，在压力水管末端用一个90°的弯管与之联接。

调速器、机旁盘布置在厂房下游尾水渠一侧，便于操作，高压开关柜布置在厂房上游面，低区配电柜及操作控制台布置在厂房下游面，便于观察管理。

机房的起重设备，根据电站使用特点和设备单件重量不大，在安装和检修机器设备时，停电也能操作，采用重庆第二起重机厂生产的SDQ—5型手动单梁起重机。

1.2 厂区布置

电站枢纽中，厂房、变压器场和升压站所在的地区称为厂区，厂区是完成发电、变电和输配电任务的中心，是水电站的核心组成部分，厂区布置见图2。

图2 厂区布置图

1.2.1 主厂房的位置选择

主厂房是厂区的主体，发电的中心，小院水电站厂房所在位置水流条件和交通条件都好，紧靠魚塘河左岸主河道边缘，此处地面坡度较缓，开挖小，水头能得到充分利用。在泄水方面，尾水渠的弃水通过暗沟流入河道，厂房地坪高程根据水文计算确定为▽H坪=674.90 m。

1.2.2 变压器场和升压站的布置

为便于主变压器的运输、安装和检修，变压器场和升压站的位置统一布置在主厂房的左上方，主变压器紧靠厂房，高于厂房地坪5 m左右，变压器露天布置，以节省母线和土建工程。

1.2.3 厂区的内外交通联系

厂区的内外交通路线，不仅在施工建设期间十分重要，在运行管理时，也极为重要。为了运输设备和施工器材，喜山(仁怀市喜头镇至遵义县山盆镇)公路通过小院电站厂区附近，且铁矿厂至喜山公路的支路通过厂房，只需对240 m支路改造即可解决进厂公路。

1.2.4 行政管理和生活住宅区

电站管理人员的生活住宅区布置在主厂房的右侧，生活住宅区和厂房之间设人行便道连接，便于电站管理人员上、下班。行政管理及生活区建筑面积200 m2。

2 厂房主要尺寸的确定

卧式机组地面厂房的主机房和安装间为同一高程，机组及辅助设备都布置在这里，厂房地坪的下部分，只布置设备的基础，机坑尾水渠和电缆沟等，结构都较简单。影响厂房长度、宽度及高度和基础结构尺寸的主要因素是地质及水文条件、机组台数及机组型式、机组尺寸和布置方式，其次厂房内附属设备的布置和机房起重机械的型式和尺寸，也是决定厂房尺寸的主要因素。

2.1 厂房高度和主要高程的确定

确定主机房地坪以上高度，按单件设备最大尺寸和起吊高度确定，卧式机组的部件不要求直立起吊，故主机房的高度一般较低。参照厂房设计规范，结合工程实际，按构造要求确定尺寸。

2.1.1 主厂房高度

主机房地坪到吊车梁牛腿下缘高4.9 m牛腿高度0.55 m，牛腿平面到房盖主梁下缘净空2.7 m，主梁到房顶女儿墙高1.95 m，因此主厂房地面以上高度为10 m。

2.1.2 机房地坪以下基础各主要高程

机房地坪高程的确定，根据实地现场勘测，厂房位置处魚塘河左岸，只有汛期才受洪水影响，最大洪水位673.90 m，综合地质、水文和地形、地貌分析，最终选定主厂房地坪高程为674.90 m(工程系统高程)，地坪至水轮机尾水渠底板深度为1.9 m，相应高程673.00 m，尾水位正常水深 0.2 m，结合厂家提供的资料数据，水轮机轴线安装高程为675.75 m。

2.2 厂房的长度和宽度

2.2.1 主厂房长度

根据厂房平面布置，主机房安装2台卧轴式水轮机组，一列式布置。

一个机组段的间距为:

Lc=a1+a2+d，此处取d=1.0 m，根据重庆发电设备制造有限公司提供的机组参数(a1+a2)为4.268 m，所以一个机组段的间距为:Lc=(a1+a2)+d=5.268 m

安装间的长度按一个机组段的长度，考虑到电站规模小，取安装间长度为4 m。发电机外缘到右侧砖墙通道a3取1.2 m，因电站装机规模小，不设副厂房，高低压控制设备及水轮机、发电机都布置在主厂房中，因此，厂房的长度为:L=(n-1)Lc+(a1+a2)+La+a3=15.736 m。

根据厂房立柱排架布置的要求，厂房的长度为15 m。

2.2.2 厂房的宽度

电站安装和检修机器设备时，选用重庆第二起重机厂生产的SDQ—5型手动单梁起重机，桁车跨距Lk=8.0 m，起吊高度3～12 m，发电机轴线至厂房上游侧立柱B1取4.3 m，至下游立柱B2=4.45 m，厂房的宽度为:B=B1+B2=8.75 m。

3 厂房的结构设计

3.1 厂房的结构

由上部结构和下部结构组成，对于安装卧式机组厂房，厂房结构有厂房屋顶，发电机层和基础结构3层，上部结构中，主要由屋顶、吊车梁、主厂房排架、门窗及四周砖墙结构等组成，下部结构中，主要有蝶阀坑，尾水渠和电缆沟等，厂房结构设计见图3、图4。

图3 厂房横剖面图

图4 厂房纵剖面图

3.2 厂房屋顶结构

屋顶结构是封闭式地面厂房的一个重要组成部分，屋顶结构采用内排水的平屋顶，屋面坡度为1∶20，屋面结构从上而下，依次为女儿墙、沥青细石保护层、二毡三油防水层、水平找平层及保温隔热层，屋面板、纵梁和横梁。

3.2.1 屋面板

平屋顶的承重结构为屋面板和屋顶纵横梁，上面承受人群活荷载，屋顶结构自重，各种荷载传给次梁，再由次梁集中传给排架主梁。

屋面板用C30钢筋混凝土整体浇筑，板厚10 cm，屋面板的内力计算按承受均布荷载的简支钢筋混凝土板梁设计配筋，1 m板配Φ6×Φ8@150×150。

3.2.2 次梁(纵梁)

屋顶纵梁承受由屋面板传来的均布荷载和自重。纵梁断面尺寸为25 cm×40 cm，跨度5 m，两端支承在排架横梁上，用C30钢筋混凝土现浇，经计算纵梁受力钢筋布置7Φ16，钢箍选Φ6@200。

3.2.3 主梁(横梁)

横梁承受纵梁传来的集中荷载，再集中传给排架立柱，横梁用C30钢筋混凝土和排架立柱整体浇筑，结构设计和排架一起进行，主梁断面尺寸为400 mm×800 mm，跨度8.95 m，两端支承在排架立柱上，经计算(计算过程略)主梁受力钢筋布置受力筋10Φ25，架立筋4Φ16，箍筋配Φ8@200。

3.3 吊车梁设计

吊车梁用C30钢筋混凝土预制，支承在排架立柱的牛腿上，考虑到吊装要求，其重量又不超过施工机械的起重能力，吊车梁采用单跨简支梁，跨度Lc=5 m，吊车梁的断面形状为T型，T型断面便于固定轨道，并具有强大的抵抗横向水平力的刚度。

3.3.1 吊车梁的内力计算及配筋

T型吊车梁，梁肋宽B=25 mm，高度H=60 mm，翼板宽b'=45 mm，厚度 h'=10 mm，净跨 L0=4.6 m，计算跨度 L=4.83 m。(计算过程略)吊车梁受力钢筋实际选用6Φ16。

3.3.2 吊车梁的构造

吊车梁的受力钢筋及附加筋的接头锚固，吊车梁与轨道的连接选择轻轨，吊车梁与排架柱的连接，吊车梁为预制简支梁，装配式吊车梁和立柱的连接方式，用螺栓紧固，吊车梁翼板和柱的连接钢板采用角钢，角钢和立柱接触面开长圆孔，可以上下滑动，便于安装。

3.4 牛腿的结构设计

牛腿是支承吊车梁的主要结构和厂房排架立柱一起，用C30钢筋混凝土整体浇筑，牛服用截面的高度H=55 cm，宽度40 cm。轮压中心线至牛腿的强度计算及配筋，根据计算(计算过程略)，按构造布置，水平受力钢筋布置4Φ16，斜向弯起钢筋4Φ16，箍筋 Φ6@100。

4 结语

经过优化设计，厂房的稳定和应力情况核算，达到规范要求。节约了工程量和节省了工程投资，使工程更加经济、实用，工程投入运行至今，厂房及机组设备运行正常。

［1］水利电力部水利水电规划设计院、华东水利学院.水工设计手册:第七卷水电站建筑物［K］.北京:水利电力出版社，1982.

［2］湖南水利水电勘测设计院、天津大学水利系.小型水电站:中册［M］.北京:电力工业出版社，1979:19-20.

［3］水利部天津水利水电勘测设计院.SL 266—2001水电站厂房设计规范［S］.北京:水利电力出版社，2001:3-5.

TV544

A

1007-7596(2012)09-0068-02

2012-09-11

冉文政(1968-)，男，贵州道真人，工程师，从事农田水利和小水电站的设计和施工工作。