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1、10申请公布号CN104120901A43申请公布日20141029CN104120901A21申请号201410379751922申请日20140804E04H5/02200601E02B9/0020060171申请人中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司地址610072四川省成都市青羊区浣花北路一号72发明人张勇74专利代理机构成都虹桥专利事务所普通合伙51124代理人许泽伟54发明名称错层式水轮机层结构的水电站厂房57摘要本发明公开了一种错层式水轮机层结构的水电站厂房，属于水利水电工程技术领域，提供一种可优化大型河床式水电站厂房水轮机层的结构布置，同时节省工程投资的错层式水轮机层结构的水。
2、电站厂房，包括蜗壳结构以及在蜗壳结构上方的水轮机层；所述水轮机层的地面包括至少两种不同高程的分区；且不同地面分区的高程沿厂房上游侧至厂房下游侧逐级降低。通过将水轮机层的地面设置成不同高程分区的层级，可以降低相应位置处蜗壳顶板的厚度，降低混凝土使用量，同时还可以进一步降低发电机层的高程，缩短发电机主轴长度，最终节省工程投资。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图3页10申请公布号CN104120901ACN104120901A1/1页21错层式水轮机层结构的水电站厂房，包括蜗壳结构1以及在蜗壳结构1上方的水轮机层。
3、2；其特征在于所述水轮机层2的地面包括至少两种不同高程的分区；且不同地面分区的高程沿厂房上游侧3至厂房下游侧4逐级降低。2如权利要求1所述的错层式水轮机层结构的水电站厂房，其特征在于所述水轮机层2的地面包括两种不同高程的分区；分别为上游侧水轮机层地面21和下游侧水轮机层地面22；且上游侧水轮机层地面21的高程高于下游侧水轮机层地面22的高程。3如权利要求1所述的错层式水轮机层结构的水电站厂房，其特征在于所述水轮机层2的地面包括三种不同高程的分区；分别为上游侧水轮机层地面21和下游侧水轮机层地面22以及位于二者之间的中间层水轮机层地面23；且三个地面分区的高程按照上游侧水轮机层地面21、中间层水。
4、轮机层地面23、下游侧水轮机层地面22的顺序逐级降低。4如权利要求1至3中任一项所述的错层式水轮机层结构的水电站厂房，其特征在于所述相邻两个不同高程的地面分区之间采用竖直壁墙51分隔，并且通过交通楼梯52连接。5如权利要求1至3中任一项所述的错层式水轮机层结构的水电站厂房，其特征在于所述相邻两个不同高程的地面分区之间采用斜坡53连接。权利要求书CN104120901A1/4页3错层式水轮机层结构的水电站厂房技术领域0001本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种可供大型河床式水电站厂房采用的错层式水轮机层结构的水电站厂房。背景技术0002大型河床式水电站厂房的水轮发电机组引用流量大，流道尺。
5、寸大，一般采用混凝土蜗壳结构。由于混凝土蜗壳顶板跨度大、承受内水压力较高，混凝土裂缝宽度还应满足相关水工结构设计规范的要求；因而蜗壳顶板所需混凝土厚度较大，才能满足结构的抗弯、抗剪等强度要求及耐久性要求。现有技术中大多采用水轮机层地面也就是蜗壳顶板的上表面为等高程的布置方式，即平层布置方式。0003另外，由于水轮机混凝土蜗壳为一复杂空间结构，在厂房上游侧的蜗壳顶板跨度和侧墙高度明显超出厂房下游侧，而作用在上、下游侧蜗壳顶板的压力水头几乎相同，因而厂房上游侧所需的混凝土结构厚度也将明显超出厂房下游侧。若按现有技术通常采用的水轮机层地面平层布置方式，则厂房下游侧的混凝土厚度过大，不仅造成混凝土的浪。
6、费，还减少了水轮机层的有效高度，进而需要抬高发电机层地面高程、发电机安装高程，使得水轮发电机组的主轴长度增加，最终增加工程投资。发明内容0004本发明解决的技术问题是提供一种可优化大型河床式水电站厂房水轮机层的结构布置，同时节省工程投资的错层式水轮机层结构的水电站厂房。0005本发明解决其技术问题所采用的技术方案是错层式水轮机层结构的水电站厂房，包括蜗壳结构以及在蜗壳结构上方的水轮机层；所述水轮机层的地面包括至少两种不同高程的分区；且不同地面分区的高程沿厂房上游侧至厂房下游侧逐级降低。0006进一步的是所述水轮机层的地面包括两种不同高程的分区，分别为上游侧水轮机层地面和下游侧水轮机层地面；且上。
7、游侧水轮机层地面的高程高于下游侧水轮机层地面的高程。0007进一步的是所述水轮机层的地面包括三种不同高程的分区，分别为上游侧水轮机层地面和下游侧水轮机层地面以及位于二者之间的中间层水轮机层地面；且三个地面分区的高程按照上游侧水轮机层地面、中间层水轮机层地面、下游侧水轮机层地面的顺序逐级降低。0008进一步的是所述相邻两个不同高程的地面分区之间采用竖直壁墙分隔，并且通过交通楼梯连接。0009进一步的是所述相邻两个不同高程的地面分区之间采用斜坡连接。0010本发明的有益效果是通过将水轮机层的地面划分为不同高程的地面分区，并且不同地面分区的高程沿厂房上游侧至厂房下游侧逐级降低，即厂房上游侧的水轮机层。
8、地面的高程高于厂房下游侧的水轮机层地面的高程；这样即保证了厂房上游侧和下游侧的蜗壳说明书CN104120901A2/4页4顶板厚度均满足结构强度和刚度等的设计要求，同时又降低厂房下游侧的蜗壳顶板厚度；因此可以降低混凝土用量，减少工程投资；同时，还可以增加厂房下游侧水轮机层的有效高度，增大水轮机层的空间；从而避免在水轮机层空间不足的情况下，需要采取抬高发电机层的高程、发电机的安装高程等措施来增大水轮机层空间；进而可缩短水轮发电机组的主轴长度，进一步减少工程投资。附图说明0011图1为本发明的主视图，同时是图2中BB剖线所示的剖视图；0012图2为图1中AA剖线所示的剖视图；0013图3为另一种结。
9、构下图1中AA剖线所示的剖视图；0014图中标记为蜗壳结构1、蜗壳顶板11、蜗壳流道12、蜗壳顶锥板13、蜗壳下锥板14、水轮机层2、上游侧水轮机层地面21、下游侧水轮机层地面22、中间层水轮机层地面23、混凝土立柱24、厂房上游侧3、厂房下游侧4、分区界线5、竖直壁墙51、交通楼梯52、斜坡53、栏杆54、固定导叶6、活动导叶61、发电机主轴71、水轮机转轮72、发电机层8、楼板81、上游挡水墙91、下游吊车墙92、进水口闸墩93、风罩10。具体实施方式0015下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。0016如图1至图3中所示，本发明所述的错层式水轮机层结构的水电站厂房，包括蜗壳结构。
10、1以及在蜗壳结构1上方的水轮机层2；所述水轮机层2的地面包括至少两种不同高程的分区；且不同地面分区的高程沿厂房上游侧3至厂房下游侧4逐级降低。0017其中蜗壳结构1是目前在大型河床式水电站厂房普遍采用的结构方式。如图中所示，在厂房的上游挡水墙91和下游吊车墙92之间设置有蜗壳结构1，水流从上游侧3经过进水口闸墩93支起的流道口后流入蜗壳结构1，沿逐渐弯曲和变窄的蜗壳流道12流动，然后经固定导叶6和活动导叶61后流入作业通道，同时对水轮机转轮72做功，带动发电机主轴71转动，发电机主轴71与上方的发电机连接，实现发电。图中蜗壳结构1还包括蜗壳顶板11、蜗壳顶锥板13以及蜗壳下锥板14。0018从。
11、图中可以看出，蜗壳结构1的跨度随蜗壳流道12的变化而不断发生变化，在上游蜗壳流道12的入口处，其跨度最大；越往下游，同时沿蜗壳流道12的流向方向，其跨度越小；因此，本发明根据蜗壳结构1的跨度变化，将水轮机层2的地面分成不同高程的地面分区，在蜗壳结构1跨度大的地方，相应的水轮机层2的地面高程较高，而在蜗壳结构1的跨度较小的地方，相应的水轮机层2的地面高程较低。这样，水轮机层2的地面与蜗壳结构1的上表面之间的混凝土厚度将根据水轮机层2的高程变化而变化，也就是蜗壳顶板11的厚度发生相应变化，即在蜗壳结构1跨度大的地方，蜗壳顶板11的厚度较大，而在蜗壳结构1跨度较小的地方，蜗壳顶板11的厚度较小。00。
12、19考虑到通常蜗壳结构1在厂房上游侧3的跨度明显的大于厂房下游侧4的跨度，因此将水轮机层2的地面设置成沿厂房上游侧3至厂房下游侧4逐级降低，也就是设置成不同高程的多层级水平地面，每一个层级对应一个高程。例如图2中所示，将水轮机层2的地面设置成两种不同高程的分区，即将水轮机层2的地面划分为两个层级分区，分别为上说明书CN104120901A3/4页5游侧水轮机层地面21和下游侧水轮机层地面22，上游侧水轮机层21位于厂房上游侧3，下游侧水轮机层22位于厂房下游侧4，并且根据蜗壳结构1的跨度变化，将上游侧水轮机层地面21的高程设置为高于下游侧水轮机层地面22的高程。当然，也可以按照如图3中所示，将。
13、水轮机层2的地面设置成三种不同高程的分区；分别为上游侧水轮机层地面21和下游侧水轮机层地面22以及位于二者之间的中间层水轮机层地面23；且三个地面分区的高程按照上游侧水轮机层地面21、中间层水轮机层地面23、下游侧水轮机层地面22的顺序逐级降低；采用三级分区比采用两级分区能更好的节省混凝土材料，同时使蜗壳顶板11的厚度变化梯度更加缓慢，但是相应的也会增加一定的施工量。0020理论上，水轮机层2的地面做成斜坡面为最佳状态，其能在保证蜗壳结构1的强度要求的同时，最大限度的节约混凝土用料；但是考虑到需要在水轮机层2内放置各种设备，因此，水轮机层2的地面不宜完全做成斜坡面；而是可以采取设置多层地面分区。
14、的结构来达到节约混凝土用料的更佳状态。0021另外，水轮机层2的地面具体分为多少层级，以及相应分区界线5的位置需要根据实际情况而定，要求不同地面分区对应的蜗壳顶板11的厚度必须符合相关强度和刚度要求。如分区层级的确定可以根据蜗壳顶板11的必要厚度的变化情况而定；如必要厚度的变化较大，相应可以设置较多分区层级；而必要厚度的变化较小，则设置较少的分区层级。0022另外，在不同高程的地面分区之间的分区界线5处可以采用竖直壁墙51进行分隔，也可以通过斜坡53连接；同时根据相邻两个不同高程地面分区之间的高度差，可以设置相应的交通楼梯52来方便行人通行。另外，如果相邻两个不同高程地面分区之间的高度差过大，。
15、还可以在高程较高一侧的边沿上设置栏杆54，以提高安全性。0023在采用分级设置水轮机层2的地面后，整个水轮机层2的空间将得到增大，保证了放置相关设备所需的空间。水轮机层2的空间主要指的是图中所示上游挡水墙91和下游吊车墙92之间以及风罩10的外侧和水轮机层2的地面与发电机层8等围起来的空间，整个空间的顶部为多根混凝土立柱24支撑起的一层楼板81；并且通常楼板81的高程与发电机层8的高程相同。因此在需要相同水轮机层空间的情况下，采用本发明所述的错层式水轮机层结构的水电站厂房可以进一步降低楼板81的高程，进而将发电机层8的高程降低；这样的好处是可以缩短发电机主轴71的长度；由于发电机主轴的价格昂贵。
16、，因此可以节约工程投资。0024例如，以某大型河床式水电站厂房为例，通过将其水轮机层2的地面设置成两种高程的结构，其下游侧蜗壳顶板11的厚度可减薄2M，也就是将下游侧水轮机层22的地面高程降低2M；这样每个机组段大约可节省混凝土670M3，若混凝土单价按400元/M3计，每个机组段可节省投资268万元。另外，可增加厂房下游侧水轮机层的有效高度，从而不需要抬高发电机层8的地面高程和发电机的安装高程，可缩短水轮发电机组的主轴长度。按每台机组主轴长度缩短2M计算，若主轴单价按100万元/M计，则每台机组可节省投资200万元。这样，每台机组总的工程投资可节约2268万。对于大型水电站厂房，其可能包括多。
17、台并列的机组，因此总节约的工程投资非常可观。0025下面进一步以采用两层级水轮机层地面分区的情况说明一下本发明的设计思路过程首先，根据厂房上游侧3的蜗壳顶板11所需混凝土厚度明显大于厂房下游侧的特点，将水轮机层2的地面划分为两个不同高程分区，分别为上游侧水轮机层地面21和下游侧水说明书CN104120901A4/4页6轮机层地面22；其次，将厂房上游侧3的蜗壳顶板11视为一端固定于上游挡水墙91，另一端简支于水轮机固定导叶6或稍下游的垂直于水流向的蜗壳顶板横向板带之上，并根据所承受的内力压力、结构强度、耐久性要求，确定厂房上游侧3的蜗壳顶板11的混凝土厚度以及相应上游侧水轮机层地面21的高程；再次，根据承受的内水压力、结构强度、耐久性要求，确定厂房下游侧4的蜗壳顶板11的混凝土厚度以及下游侧水轮机层地面22的高程；最后，根据两层分区之间高度差情况，结合实际情况确定分区界线5的位置和结构，并设置相应的交通楼梯52以及栏杆54。说明书CN104120901A1/3页7图1说明书附图CN104120901A2/3页8图2说明书附图CN104120901A3/3页9图3说明书附图CN104120901A。