錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)的水電站廠房的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)的水電站廠房，屬于水利水電工程【技術(shù)領(lǐng)域】，提供一種可優(yōu)化大型河床式水電站廠房水輪機層的結(jié)構(gòu)布置，同時節(jié)省工程投資的錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)的水電站廠房，包括蝸殼結(jié)構(gòu)以及在蝸殼結(jié)構(gòu)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(qū)；且不同地面分區(qū)的高程沿廠房上游側(cè)至廠房下游側(cè)逐級降低。通過將水輪機層的地面設(shè)置成不同高程分區(qū)的層級，可以降低相應(yīng)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(fā)電機層的高程，縮短發(fā)電機主軸長度，最終節(jié)省工程投資。
【專利說明】錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)的水電站廠房

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水利水電工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可供大型河床式水電站廠房采 用的錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)的水電站廠房。

【背景技術(shù)】
[0002] 大型河床式水電站廠房的水輪發(fā)電機組引用流量大，流道尺寸大，一般采用混凝 土蝸殼結(jié)構(gòu)。由于混凝土蝸殼頂板跨度大、承受內(nèi)水壓力較高，混凝土裂縫寬度還應(yīng)滿足相 關(guān)水工結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的要求；因而蝸殼頂板所需混凝土厚度較大，才能滿足結(jié)構(gòu)的抗彎、抗 剪等強度要求及耐久性要求?，F(xiàn)有技術(shù)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(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，在廠房上游側(cè)的蝸殼頂板跨度 和側(cè)墻高度明顯超出廠房下游側(cè)，而作用在上、下游側(cè)蝸殼頂板的壓力水頭幾乎相同，因而 廠房上游側(cè)所需的混凝土結(jié)構(gòu)厚度也將明顯超出廠房下游側(cè)。若按現(xiàn)有技術(shù)通常采用的水 輪機層地面平層布置方式，則廠房下游側(cè)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(fā)電機層地面高程、發(fā)電機安裝高程，使得水輪發(fā) 電機組的主軸長度增加,最終增加工程投資。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種可優(yōu)化大型河床式水電站廠房水輪機層的結(jié) 構(gòu)布置，同時節(jié)省工程投資的錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)的水電站廠房。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)的水電站廠 房，包括蝸殼結(jié)構(gòu)以及在蝸殼結(jié)構(gòu)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(qū)；且不同地面分區(qū)的高程沿廠房上游側(cè)至廠房下游側(cè)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(qū)，分別為上游側(cè)水輪 機層地面和下游側(cè)水輪機層地面；且上游側(cè)水輪機層地面的高程高于下游側(cè)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(qū)，分別為上游側(cè)水輪 機層地面和下游側(cè)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(qū)的高程按照上游側(cè)水輪機層地面、中間層水輪機層地面、下游側(cè)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(qū)之間采用堅直壁墻分隔，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(qū)之間采用斜坡連接。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：通過將水輪機層的地面劃分為不同高程的地面分區(qū)，并且 不同地面分區(qū)的高程沿廠房上游側(cè)至廠房下游側(cè)逐級降低，即廠房上游側(cè)的水輪機層地面 的高程高于廠房下游側(cè)的水輪機層地面的高程；這樣即保證了廠房上游側(cè)和下游側(cè)的蝸殼 頂板厚度均滿足結(jié)構(gòu)強度和剛度等的設(shè)計要求，同時又降低廠房下游側(cè)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(cè)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(fā)電機層 的高程、發(fā)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(fā)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為本發(fā)明的主視圖，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(jié)構(gòu)下圖1中A-A剖線所示的剖視圖；
[0014] 圖中標(biāo)記為：蝸殼結(jié)構(gòu)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(cè)水輪機層地面21、下游側(cè)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(cè)3、廠房下游側(cè)4、分區(qū)界線5、堅直壁墻51、交通樓梯52、斜坡 53、欄桿54、固定導(dǎo)葉6、活動導(dǎo)葉61、發(fā)電機主軸71、水輪機轉(zhuǎn)輪72、發(fā)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(fēng)罩10。

【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0016] 如圖1至圖3中所示，本發(fā)明所述的錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)的水電站廠房，包括蝸殼 結(jié)構(gòu)1以及在蝸殼結(jié)構(gòu)1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(qū)；且不同地面分區(qū)的高程沿廠房上游側(cè)3至廠房下游側(cè)4逐級降低。
[0017] 其中蝸殼結(jié)構(gòu)1是目前在大型河床式水電站廠房普遍采用的結(jié)構(gòu)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(shè)置有蝸殼結(jié)構(gòu)1，水流從上游側(cè)3經(jīng)過 進水口閘墩93支起的流道口后流入蝸殼結(jié)構(gòu)1，沿逐漸彎曲和變窄的蝸殼流道12流動，然 后經(jīng)固定導(dǎo)葉6和活動導(dǎo)葉61后流入作業(yè)通道，同時對水輪機轉(zhuǎn)輪72做功，帶動發(fā)電機主 軸71轉(zhuǎn)動，發(fā)電機主軸71與上方的發(fā)電機連接，實現(xiàn)發(fā)電。圖中蝸殼結(jié)構(gòu)1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(jié)構(gòu)1的跨度隨蝸殼流道12的變化而不斷發(fā)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 ??；因此，本發(fā)明根據(jù)蝸殼結(jié)構(gòu)1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(qū)，在蝸殼結(jié)構(gòu)1跨度大的地方，相應(yīng)的水輪機層2的地面高程較高，而在蝸殼結(jié)構(gòu)1的跨 度較小的地方，相應(yīng)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(jié)構(gòu)1 的上表面之間的混凝土厚度將根據(jù)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(fā)生相應(yīng)變化，即在蝸殼結(jié)構(gòu)1跨度大的地方，蝸殼頂板11的厚度較大，而在蝸殼結(jié)構(gòu)1 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(jié)構(gòu)1在廠房上游側(cè)3的跨度明顯的大于廠房下游側(cè)4的跨度， 因此將水輪機層2的地面設(shè)置成沿廠房上游側(cè)3至廠房下游側(cè)4逐級降低，也就是設(shè)置成 不同高程的多層級水平地面，每一個層級對應(yīng)一個高程。例如圖2中所示，將水輪機層2的 地面設(shè)置成兩種不同高程的分區(qū)，即將水輪機層2的地面劃分為兩個層級分區(qū)，分別為上 游側(cè)水輪機層地面21和下游側(cè)水輪機層地面22,上游側(cè)水輪機層21位于廠房上游側(cè)3,下 游側(cè)水輪機層22位于廠房下游側(cè)4,并且根據(jù)蝸殼結(jié)構(gòu)1的跨度變化，將上游側(cè)水輪機層 地面21的高程設(shè)置為高于下游側(cè)水輪機層地面22的高程。當(dāng)然，也可以按照如圖3中所 示，將水輪機層2的地面設(shè)置成三種不同高程的分區(qū)；分別為上游側(cè)水輪機層地面21和下 游側(cè)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(qū)的高 程按照上游側(cè)水輪機層地面21、中間層水輪機層地面23、下游側(cè)水輪機層地面22的順序逐 級降低；采用三級分區(qū)比采用兩級分區(qū)能更好的節(jié)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(yīng)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(tài)，其能在保證蝸殼結(jié)構(gòu)1的強度 要求的同時，最大限度的節(jié)約混凝土用料；但是考慮到需要在水輪機層2內(nèi)放置各種設(shè)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(shè)置多層地面分區(qū)的結(jié)構(gòu)來 達到節(jié)約混凝土用料的更佳狀態(tài)。
[0021] 另外，水輪機層2的地面具體分為多少層級，以及相應(yīng)分區(qū)界線5的位置需要根據(jù) 實際情況而定，要求不同地面分區(qū)對應(yīng)的蝸殼頂板11的厚度必須符合相關(guān)強度和剛度要 求。如分區(qū)層級的確定可以根據(jù)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(yīng)可以設(shè)置較多分區(qū)層級；而必要厚度的變化較小，則設(shè)置較少的分區(qū)層級。
[0022] 另外，在不同高程的地面分區(qū)之間的分區(qū)界線5處可以采用堅直壁墻51進行分 隔，也可以通過斜坡53連接；同時根據(jù)相鄰兩個不同高程地面分區(qū)之間的高度差，可以設(shè) 置相應(yīng)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(qū)之間的高度 差過大，還可以在高程較高一側(cè)的邊沿上設(shè)置欄桿54,以提高安全性。
[0023] 在采用分級設(shè)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(guān)設(shè)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(fēng)罩10的外側(cè)和水輪機層2的地面與發(fā)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(fā)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，采用本發(fā)明所述的錯層式水 輪機層結(jié)構(gòu)的水電站廠房可以進一步降低樓板81的高程，進而將發(fā)電機層8的高程降低； 這樣的好處是可以縮短發(fā)電機主軸71的長度；由于發(fā)電機主軸的價格昂貴，因此可以節(jié)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(shè)置成兩種 高程的結(jié)構(gòu)，其下游側(cè)蝸殼頂板11的厚度可減薄2m，也就是將下游側(cè)水輪機層22的地面 高程降低2m ;這樣每個機組段大約可節(jié)省混凝土 670m3,若混凝土單價按400元/m3計，每個 機組段可節(jié)省投資26. 8萬元。另外，可增加廠房下游側(cè)水輪機層的有效高度，從而不需要 抬高發(fā)電機層8的地面高程和發(fā)電機的安裝高程，可縮短水輪發(fā)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(jié)省投資200萬 元。這樣，每臺機組總的工程投資可節(jié)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(jié)約的工程投資非?？捎^。
[0025] 下面進一步以采用兩層級水輪機層地面分區(qū)的情況說明一下本發(fā)明的設(shè)計思路 過程：首先，根據(jù)廠房上游側(cè)3的蝸殼頂板11所需混凝土厚度明顯大于廠房下游側(cè)的特點， 將水輪機層2的地面劃分為兩個不同高程分區(qū)，分別為上游側(cè)水輪機層地面21和下游側(cè)水 輪機層地面22 ;其次，將廠房上游側(cè)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(dǎo)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(jù)所 承受的內(nèi)力壓力、結(jié)構(gòu)強度、耐久性要求，確定廠房上游側(cè)3的蝸殼頂板11的混凝土厚度 以及相應(yīng)上游側(cè)水輪機層地面21的高程；再次，根據(jù)承受的內(nèi)水壓力、結(jié)構(gòu)強度、耐久性要 求，確定廠房下游側(cè)4的蝸殼頂板11的混凝土厚度以及下游側(cè)水輪機層地面22的高程；最 后，根據(jù)兩層分區(qū)之間高度差情況，結(jié)合實際情況確定分區(qū)界線5的位置和結(jié)構(gòu)，并設(shè)置相 應(yīng)的交通樓梯52以及欄桿54。
【權(quán)利要求】
1. 錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)的水電站廠房，包括蝸殼結(jié)構(gòu)（1)以及在蝸殼結(jié)構(gòu)（1)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(qū)；且不 同地面分區(qū)的高程沿廠房上游側(cè)（3)至廠房下游側(cè)（4)逐級降低。
2. 如權(quán)利要求1所述的錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)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(qū)；分別為上游側(cè)水輪機層地面（21)和下游側(cè)水輪機 層地面（22);且上游側(cè)水輪機層地面（21)的高程高于下游側(cè)水輪機層地面（22)的高程。
3. 如權(quán)利要求1所述的錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)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(qū)；分別為上游側(cè)水輪機層地面（21)和下游側(cè)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(qū)的高程按照 上游側(cè)水輪機層地面（21)、中間層水輪機層地面（23)、下游側(cè)水輪機層地面（22)的順序逐 級降低。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)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(qū)之間采用堅直壁墻（51)分隔，并且通過交通樓梯（52) 連接。
5. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的錯層式水輪機層結(jié)構(gòu)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(qū)之間采用斜坡（53)連接。
【文檔編號】E04H5/02GK104120901SQ201410379751
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】張勇 申請人:中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司