水電站廠房的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種錯層式水輪機層結構的水電站廠房，屬于水利水電工程【技術領域】，提供一種可優化大型河床式水電站廠房水輪機層的結構布置，同時節省工程投資的錯層式水輪機層結構的水電站廠房，包括蝸殼結構以及在蝸殼結構上方的水輪機層；所述水輪機層的地面包括至少兩種不同高程的分區；且不同地面分區的高程沿廠房上游側至廠房下游側逐級降低。通過將水輪機層的地面設置成不同高程分區的層級，可以降低相應位置處蝸殼頂板的厚度，降低混凝土使用量，同時還可以進一步降低發電機層的高程，縮短發電機主軸長度，最終節省工程投資。
【專利說明】
水電站廠房
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水利水電工程【技術領域】，具體涉及一種可供大型河床式水電站廠房采用的水電站廠房。
【背景技術】
[0002]大型河床式水電站廠房的水輪發電機組引用流量大，流道尺寸大，一般采用混凝土蝸殼結構。由于混凝土蝸殼頂板跨度大、承受內水壓力較高，混凝土裂縫寬度還應滿足相關水工結構設計規范的要求；因而蝸殼頂板所需混凝土厚度較大，才能滿足結構的抗彎、抗剪等強度要求及耐久性要求。現有技術中大多采用水輪機層地面(也就是蝸殼頂板的上表面)為等高程的布置方式，即平層布置方式。
[0003]另外，由于水輪機混凝土蝸殼為一復雜空間結構，在廠房上游側的蝸殼頂板跨度和側墻高度明顯超出廠房下游側，而作用在上、下游側蝸殼頂板的壓力水頭幾乎相同，因而廠房上游側所需的混凝土結構厚度也將明顯超出廠房下游側。若按現有技術通常采用的水輪機層地面平層布置方式，則廠房下游側的混凝土厚度過大，不僅造成混凝土的浪費，還減少了水輪機層的有效高度，進而需要抬高發電機層地面高程、發電機安裝高程，使得水輪發電機組的主軸長度增加,最終增加工程投資。
實用新型內容
[0004]本實用新型解決的技術問題是提供一種可優化大型河床式水電站廠房水輪機層的結構布置，同時節省工程投資的水電站廠房。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:水電站廠房，包括蝸殼結構以及在蝸殼結構上方的水輪機層；所述水輪機層的地面包括至少兩種不同高程的分區；且不同地面分區的高程沿廠房上游側至廠房下游側逐級降低。
[0006]進一步的是:所述水輪機層的地面包括兩種不同高程的分區，分別為上游側水輪機層地面和下游側水輪機層地面；且上游側水輪機層地面的高程高于下游側水輪機層地面的高程。
[0007]進一步的是:所述水輪機層的地面包括三種不同高程的分區，分別為上游側水輪機層地面和下游側水輪機層地面以及位于二者之間的中間層水輪機層地面；且三個地面分區的高程按照上游側水輪機層地面、中間層水輪機層地面、下游側水輪機層地面的順序逐級降低。
[0008]進一步的是:所述相鄰兩個不同高程的地面分區之間采用豎直壁墻分隔，并且通過交通樓梯連接。
[0009]進一步的是:所述相鄰兩個不同高程的地面分區之間采用斜坡連接。
[0010]本實用新型的有益效果是:通過將水輪機層的地面劃分為不同高程的地面分區，并且不同地面分區的高程沿廠房上游側至廠房下游側逐級降低，即廠房上游側的水輪機層地面的高程高于廠房下游側的水輪機層地面的高程；這樣即保證了廠房上游側和下游側的蝸殼頂板厚度均滿足結構強度和剛度等的設計要求，同時又降低廠房下游側的蝸殼頂板厚度；因此可以降低混凝土用量，減少工程投資；同時，還可以增加廠房下游側水輪機層的有效高度，增大水輪機層的空間；從而避免在水輪機層空間不足的情況下，需要采取抬高發電機層的高程、發電機的安裝高程等措施來增大水輪機層空間；進而可縮短水輪發電機組的主軸長度，進一步減少工程投資。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的主視圖，同時是圖2中B-B剖線所示的剖視圖；
[0012]圖2為圖1中A-A剖線所示的剖視圖；
[0013]圖3為另一種結構下圖1中A-A剖線所示的剖視圖；
[0014]圖中標記為:蝸殼結構1、蝸殼頂板11、蝸殼流道12、蝸殼頂錐板13、蝸殼下錐板14、水輪機層2、上游側水輪機層地面21、下游側水輪機層地面22、中間層水輪機層地面23、混凝土立柱24、廠房上游側3、廠房下游側4、分區界線5、豎直壁墻51、交通樓梯52、斜坡53、欄桿54、固定導葉6、活動導葉61、發電機主軸71、水輪機轉輪72、發電機層8、樓板81、上游擋水墻91、下游吊車墻92、進水口閘墩93、風罩10。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步說明。
[0016]如圖1至圖3中所示，本實用新型所述的水電站廠房，包括蝸殼結構I以及在蝸殼結構I上方的水輪機層2 ;所述水輪機層2的地面包括至少兩種不同高程的分區；且不同地面分區的高程沿廠房上游側3至廠房下游側4逐級降低。
[0017]其中蝸殼結構I是目前在大型河床式水電站廠房普遍采用的結構方式。如圖中所示，在廠房的上游擋水墻91和下游吊車墻92之間設置有蝸殼結構1，水流從上游側3經過進水口閘墩93支起的流道口后流入蝸殼結構1，沿逐漸彎曲和變窄的蝸殼流道12流動，然后經固定導葉6和活動導葉61后流入作業通道，同時對水輪機轉輪72做功，帶動發電機主軸71轉動,發電機主軸71與上方的發電機連接,實現發電。圖中蝸殼結構I還包括蝸殼頂板11、蝸殼頂錐板13以及蝸殼下錐板14。
[0018]從圖中可以看出，蝸殼結構I的跨度隨蝸殼流道12的變化而不斷發生變化，在上游蝸殼流道12的入口處，其跨度最大；越往下游，同時沿蝸殼流道12的流向方向，其跨度越小；因此，本實用新型根據蝸殼結構I的跨度變化，將水輪機層2的地面分成不同高程的地面分區，在蝸殼結構I跨度大的地方，相應的水輪機層2的地面高程較高，而在蝸殼結構I的跨度較小的地方，相應的水輪機層2的地面高程較低。這樣，水輪機層2的地面與蝸殼結構I的上表面之間的混凝土厚度將根據水輪機層2的高程變化而變化，也就是蝸殼頂板11的厚度發生相應變化，即在蝸殼結構I跨度大的地方，蝸殼頂板11的厚度較大，而在蝸殼結構I跨度較小的地方，蝸殼頂板11的厚度較小。
[0019]考慮到通常蝸殼結構I在廠房上游側3的跨度明顯的大于廠房下游側4的跨度，因此將水輪機層2的地面設置成沿廠房上游側3至廠房下游側4逐級降低，也就是設置成不同高程的多層級水平地面，每一個層級對應一個高程。例如圖2中所示，將水輪機層2的地面設置成兩種不同高程的分區，即將水輪機層2的地面劃分為兩個層級分區，分別為上游側水輪機層地面21和下游側水輪機層地面22，上游側水輪機層21位于廠房上游側3，下游側水輪機層22位于廠房下游側4，并且根據蝸殼結構I的跨度變化，將上游側水輪機層地面21的高程設置為高于下游側水輪機層地面22的高程。當然，也可以按照如圖3中所示，將水輪機層2的地面設置成三種不同高程的分區；分別為上游側水輪機層地面21和下游側水輪機層地面22以及位于二者之間的中間層水輪機層地面23 ;且三個地面分區的高程按照上游側水輪機層地面21、中間層水輪機層地面23、下游側水輪機層地面22的順序逐級降低；采用三級分區比采用兩級分區能更好的節省混凝土材料，同時使蝸殼頂板11的厚度變化梯度更加緩慢，但是相應的也會增加一定的施工量。
[0020]理論上，水輪機層2的地面做成斜坡面為最佳狀態，其能在保證蝸殼結構I的強度要求的同時，最大限度的節約混凝土用料；但是考慮到需要在水輪機層2內放置各種設備，因此，水輪機層2的地面不宜完全做成斜坡面；而是可以采取設置多層地面分區的結構來達到節約混凝土用料的更佳狀態。
[0021]另外，水輪機層2的地面具體分為多少層級，以及相應分區界線5的位置需要根據實際情況而定，要求不同地面分區對應的蝸殼頂板11的厚度必須符合相關強度和剛度要求。如分區層級的確定可以根據蝸殼頂板11的必要厚度的變化情況而定；如必要厚度的變化較大，相應可以設置較多分區層級；而必要厚度的變化較小，則設置較少的分區層級。
[0022]另外，在不同高程的地面分區之間的分區界線5處可以采用豎直壁墻51進行分隔，也可以通過斜坡53連接；同時根據相鄰兩個不同高程地面分區之間的高度差，可以設置相應的交通樓梯52來方便行人通行。另外，如果相鄰兩個不同高程地面分區之間的高度差過大，還可以在高程較高一側的邊沿上設置欄桿54，以提高安全性。
[0023]在采用分級設置水輪機層2的地面后，整個水輪機層2的空間將得到增大，保證了放置相關設備所需的空間。水輪機層2的空間主要指的是圖中所示上游擋水墻91和下游吊車墻92之間以及風罩10的外側和水輪機層2的地面與發電機層8等圍起來的空間，整個空間的頂部為多根混凝土立柱24支撐起的一層樓板81 ;并且通常樓板81的高程與發電機層8的高程相同。因此在需要相同水輪機層空間的情況下，采用本實用新型所述的水電站廠房可以進一步降低樓板81的高程，進而將發電機層8的高程降低；這樣的好處是可以縮短發電機主軸71的長度；由于發電機主軸的價格昂貴，因此可以節約工程投資。
[0024]例如，以某大型河床式水電站廠房為例，通過將其水輪機層2的地面設置成兩種高程的結構，其下游側蝸殼頂板11的厚度可減薄2m，也就是將下游側水輪機層22的地面高程降低2m ;這樣每個機組段大約可節省混凝土 670m3,若混凝土單價按400元/m3計,每個機組段可節省投資26.8萬元。另外，可增加廠房下游側水輪機層的有效高度，從而不需要抬高發電機層8的地面高程和發電機的安裝高程，可縮短水輪發電機組的主軸長度。按每臺機組主軸長度縮短2m計算，若主軸單價按100萬元/m計，則每臺機組可節省投資200萬元。這樣，每臺機組總的工程投資可節約226.8萬。對于大型水電站廠房，其可能包括多臺并列的機組，因此總節約的工程投資非常可觀。
[0025]下面進一步以采用兩層級水輪機層地面分區的情況說明一下本實用新型的設計思路過程:首先，根據廠房上游側3的蝸殼頂板11所需混凝土厚度明顯大于廠房下游側的特點，將水輪機層2的地面劃分為兩個不同高程分區，分別為上游側水輪機層地面21和下游側水輪機層地面22 ;其次，將廠房上游側3的蝸殼頂板11視為一端固定于上游擋水墻91，另一端簡支于水輪機固定導葉6或稍下游的垂直于水流向的蝸殼頂板橫向板帶之上，并根據所承受的內力壓力、結構強度、耐久性要求，確定廠房上游側3的蝸殼頂板11的混凝土厚度以及相應上游側水輪機層地面21的高程；再次，根據承受的內水壓力、結構強度、耐久性要求，確定廠房下游側4的蝸殼頂板11的混凝土厚度以及下游側水輪機層地面22的高程；最后，根據兩層分區之間高度差情況，結合實際情況確定分區界線5的位置和結構，并設置相應的交通樓梯52以及欄桿54。
【權利要求】
1.水電站廠房，包括蝸殼結構(I)以及在蝸殼結構(I)上方的水輪機層(2);其特征在于:所述水輪機層(2)的地面包括至少兩種不同高程的分區；且不同地面分區的高程沿廠房上游側⑶至廠房下游側⑷逐級降低。
2.如權利要求1所述的水電站廠房，其特征在于:所述水輪機層(2)的地面包括兩種不同高程的分區；分別為上游側水輪機層地面(21)和下游側水輪機層地面(22);且上游側水輪機層地面(21)的高程高于下游側水輪機層地面(22)的高程。
3.如權利要求1所述的水電站廠房，其特征在于:所述水輪機層(2)的地面包括三種不同高程的分區；分別為上游側水輪機層地面(21)和下游側水輪機層地面(22)以及位于二者之間的中間層水輪機層地面(23);且三個地面分區的高程按照上游側水輪機層地面(21)、中間層水輪機層地面(23)、下游側水輪機層地面(22)的順序逐級降低。
4.如權利要求1至3中任一項所述的水電站廠房，其特征在于:所述相鄰兩個不同高程的地面分區之間采用豎直壁墻(51)分隔，并且通過交通樓梯(52)連接。
5.如權利要求1至3中任一項所述的水電站廠房，其特征在于:所述相鄰兩個不同高程的地面分區之間采用斜坡(53)連接。
【文檔編號】E04H5/02GK204001881SQ201420435927
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月4日 優先權日:2014年8月4日
【發明者】張勇 申請人:中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司