中小型水电站设计初步探索

'中小型水电站设计初步探索　　摘要：随着我国实行改革开放政策以来，我国的经济建设呈现出快速、稳定、高效的发展势头，我国的国民经济持续增高，而我国作为世界上水资源储备最为丰富的国家之一，水利水电的建设也得到相应的迅猛发展。目前，我国解除了对水利水电建设的限制，不少中小型的水电站应运而起。如何对我国即将建设的中小型水电站进行有效设计，对我国水利发展起着至关重要作用，是每一个水利工程设计者做需要面对的问题。关键词：水利工程，中小型水电站，设计中图分类号：F407.9文献标识码A一、前言7 随着改革开放的脚步不断加深，我国在水利工程上的投入也逐渐变大，特别是在水电站的投入上更是下大力气进行建设。据有关部门不完全统计，我国目前拥有建设完毕以及建设之中的大型及中型水电站估计有220座。其中，在这里面，大型的水电站有20座，其装机容量均在100万千瓦以上。三峡水电站更是达到了千万千瓦的装机容量，其装机容量位于世界第一。截至2010年，我国的水电装机达到了1.25亿千瓦，这一数字占到了全国所有电力总装机容量的28%。具相关专家分析，预计在2015年，我国的水电机装机容量将达到1.5亿千瓦，其所占比例更是占到了全国电力总装机容量的33%，相应的，我国的水电资源的开发利用率也将达到40%左右，这使我国成为了世界上名副其实的水电打过和能源大国。自21世界以来，我国逐渐的放宽了私营或民营企业对水电站建设的相关限制，出台了一系列的政策法规，允许私营企业和民营企业投资建设水电站。水电站虽然在建设投资方面投入较大，经济效益的回归周期较长，但相应的其在建设投资时风险较小，而且水电站一经建成，收益稳定。目前，很多企业本着“一次投资、终身受益”的原则，下力气投资建设中小型水电站，掀起了投资建站的小高潮。中小型水电站的建设，一方面拉动了我国水利设施的建设，另一方面能够解决部分地区在水资源利用上不够充分的去点。如何根据不同区域的实际情况，建设相应符合的水电站，成为每一个水电站建筑工程设计者所要面临的一个问题。二、中小型水电站引水系统设计（一）进水口设计（1）进水口轮廓进水口的轮廓尺寸主要对进口段、闸门段、渐变段的断面尺寸进行计算和论证，要求水流平顺，水头损失小，进口流速不宜过大，结构受力条件好。进口段一般为喇叭口形状，闸门段一般为矩形断面，而渐变段主要是矩形断面和管道圆形段面的连接段。7 （2）拦污栅设计由于某些水电站为坝后式水电站，故进水口的型式为坝式进水口。进水口前要设置拦污栅，以拦阻污物。拦污栅的栅面布置成倾斜的平面形，栅条间的净距为水轮机转轮直径的1/30。过栅水流净流速尽量小，以减小水头损失。（3）闸门段设计闸门包括工作闸门和检修闸门，由于某些水电站为坝后式水电站，所以工作闸门和检修闸门均采用平板式闸门。闸门采用矩形平面，工作闸门布置在压力引水管道之前，检修闸门布置在工作闸门之前，工作闸门在东水中启闭，检修闸门动水关闭，静水开启。通气孔设置在工作闸门后，目的是当工作闸门过水时，防止产生闸门下游产生负压，同时，工作闸门与检修闸门间设置平压孔，以减小检修闸门的启门力。（二）引水管道的设计水电站为混凝土重力坝，坝高属中等坝，采用单管单机供水的坝内压力管道，管道布置成倾斜式，布置时压力管道力求最短，穿过坝体时尽量减少对坝体的消弱，减少水头损失，降低水击压力，满足机组的调节保证为要求。压力管道的直径根据经济流速法确定。（三）引水道的水力计算7 引水道的水力计算，主要采用水力学的知识，包括过水断面，流速，流量，水头损失，水压力的计算，通过计算，确定最佳的引水道形式。三、中小型水电站水轮发电机组设计（一）水轮机的台数，单机容量与型号选择水轮机选择是水电站设计中一项重要任务，它涉及到机组能否安全、高效、可靠运行，而且对水电站造价、建设速度、水电站建筑物的布置形式及尺寸都有影响。水电站的装机容量等于机组台数与单机容量的乘积，装机容量确定后，就可拟定出可能的机组台数方案。水轮机型号的选择是在已知水电站装机容量N、水电站特征水头（最大工作水头Hmax、最小工作水头Hmin、设计水头Hr、平均水头Hav）、特征流量（最大引用流量Qmax、最小引用流量Qmin、平均流量Qav）、下游水位流量关系曲线情况下进行的。一般采用下列两种方法选择：1.根据水轮机的系列型谱选择；2.采用套用机组。（二）水轮机主要参数的确定水轮机的主要参数包括转轮的直径D1、转速n及吸出高Hs。通过计算，选择出的直径与转速应能满足在设计水头条件下发出水轮机的额定出力，并且在加权平均水头运行时，效率最高；所选择的吸出高应能满足防止水轮机汽蚀的要求和水电站开挖的合理性。（三）蜗壳的设计7 蜗壳的设计应按照水轮机的型式、水头和流量的不同来选取，主要包括两大类：混凝土蜗壳和金属蜗壳。选取蜗壳的参数主要包括包角以及蜗壳进口断面的流量或者平均流速，以此来确定蜗壳的断面形式和各部分的尺寸。（四）尾水管的设计尾水管的设计包括确定尾水管的形式和尺寸。目前工程常用的尾水管型式有3种：直锥形、弯锥形、弯轴形。尾水管型式的选取与水轮机相适应，直锥形与弯锥形适用于小型水轮机，弯轴形适用于大型水轮机。尾水管尺寸主要与水轮机的转轮直径有关，多由经验，实验与理论相结合来确定。（五）水轮发电机及辅助设备的选择水轮发电机、调速器和油压装置的型号和尺寸，可以由本电站的单机容量、额定转速等套用已建成的类似电站所使用的设备。四、中小型水电站厂房设计（一）厂区枢纽布置厂区枢纽布置的目的是确定厂房与厂区其他建筑物的相对位置，使厂房与上游的进水口和下游的尾水道之间衔接好，水流顺畅；确定副厂房、主变压器场和高压开关站的位置和对外交通的链接等，也就是要使各建筑物间配合协调，发挥各自的功能，满足运行安全可靠、施工快捷、交通方便、投资少的原则。7 （二）主厂房的布置设计（1）厂房内的交通主厂房各层之间和每一层内都有交通要求。各层之间的主要楼梯一般宽度为1.5~2.0m，坡度一般为25°。次要楼梯较窄，有的部位可用爬梯。厂房内每层的交通要求不尽相同，以发电机层的交通最为重要。（2）厂房应注意采光、通风、取暖、防潮、防火等。（3）主厂房的分缝和止水主厂房中的缝有两种，一种为施工缝，另一种为温度沉陷缝，其中施工缝可不作为设计内容。温度沉陷缝一般直通到底，每隔20m左右或一个机组段分一条。如果厂房建在软基上，分缝距离一般在40m以上或两个机组段分一条。缝的宽度一般为0.5~2cm，软基上的厂房一般为3~5cm。因为温度沉陷缝有一定的宽度，为了防止水通过分缝进入厂房，需要在缝中设置止水，一般为橡胶止水或铜片止水，其设置方法和构造与坝的止水相同。（三）副厂房设计为了保证机组正常运行，在主厂房近旁布置的各种辅助机电设备、控制、试验、管理和运行人员工作和生活的房间，称为副厂房。对于本电站，副厂房可以设在主厂房靠对外交通的一端。五、结束语7 随着我国水利建设的进一步快速发展，我国对中小型水电站的需求也在逐渐上升。中小型水电站有其固有的天然优势，通过鼓励民营企业或私营企业建造中小型水电站，一方面可以加大部分地区对水资源的充分利用，另一方面可以加速我国的水利设施建设。中小型水电站的具体设计必须结合所在地区的具体实际情况，在水电站设计的同时可能会遇到这样或者那样的问题，这就要求我们的设计人员需要进一步的学习，充实提高自己的专业技能，最大限度的提高自身设计能力，为推进我国中小型水电站持续、健康发展做出贡献。参考文献：[1]杜岩,秦树柏.中小型水库溢洪道设计中的常见问题及其对策[J].水利科技与经济.2009．[2]冯辉长.中小型水库溢洪道设计中的常见问题及其对策[J].地方水利技术的应用与实践.2005．[3]姚永辉.中小型水库溢洪道规划布局设计中的常见问题及其对策（理论版）[J].中国水运.2007．[4]冯辉长.中小型水库溢洪道设计中的常见问题及其对策[J].地方水利技术的应用与实践,2005．7'