Брызгалов В.И. Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций

Подождите немного. Документ загружается.

389

Рис

. 5.5

Пневматическая

система

отжатия

воды

из

камер

рабочих

колес

турбин

Саяно

Шушенской

ГЭС

1 –

воздухосборники

; 2 –

компрессоры

; 3 –

воздуходувка

; 4 –

пробковый

кран

; 5 –

трубы

впуска

воздуха

камеру

390

Рис. 5.6 Воздухосборники системы отжатия воды из камеры РК

для режима СК

Схема отжатия по замыслу оказалась неудачной. Проектом

предполагалось, что использование воздуха под большим давлением,

по сравнению с ранее применяемыми на других ГЭС cхемами, где

давление в воздухосборниках не превышало 0,8 МПа, принесет

существенный эффект. Однако этого не произошло. В период испы-

таний при подаче воздуха с давлением 6,4 МПа под рабочим ко-

лесом возникал сильный гидравлический удар, который привел даже

к разрушению корпуса задвижки, установленной на воздуховоде

воздуходувки. Главная же опасность такого режима была в том, что

под крышкой турбины давление превысило 1,7 МПа. Прочность

крышки рассчитана на предельное давление 2,5 МПа, которую при

определенных условиях может превзойти величина гидроудара.

Поэтому исходное давление в воздухосборниках 6,4 МПа при от-

жатии воды в камере РК оказалось неприемлемым. Кроме того, при

испытаниях было выявлено и недопустимо короткое время открытия

пробкового клапана впуска воздуха. Оказалось, что и производитель-

ность, и, главное, давление воздуходувки были недостаточными для

поддержания заданного уровня воды в камере РК.

На основе результатов испытаний было установлено новое зна-

чение номинального давления в воздухосборниках: 3,0 МПа вместо

6,4 МПа по проекту. В режиме впуска воздуха участвуют 3 возду-

391

хосборника вместо одного по проекту. Увеличено время открытия

пробкового клапана до 1,5 с путем установки дроссельной шайбы

диаметром 0,7-1,2 мм в пневматической схеме его управления.

Заводом были изготовлены воздуходувки с повышенными парамет-

рами. Модернизированная воздуходувка по сравнению с первона-

чальной конструкцией обеспечивает: подачу воздуха 15 м

/мин против

12 м

/мин; избыточное давление 0,2 МПа против 0,08 МПа (это

основной параметр); число оборотов в минуту 1500 против 1000. Все

эти мероприятия позволили производить отжатие воды в камере из

зоны РК за 18 с; воздуходувка работает в прерывистом режиме

(28 минут работает, 17 минут стоит), что обеспечивает длительное

поддержание необходимого уровня воды в камере РК. Впуск воздуха

сопровождается снижением давления в воздухосборниках с 3 МПа

до 2 МПа; восстановление давления с 2 до 3 МПа происходит за

3-3,5 часа непрерывной работы компрессоров. Такая продолжи-

тельная подкачка воздухосборников свидетельствует о неправильно

рассчитанной в проекте производительности компрессоров.

5.2 Механическое оборудование. Металлоконструкции

На Красноярской ГЭС проектирование механического обору-

дования гидротехнических сооружений было продиктовано усло-

виями многоводного и широкого створа, большим напором на со-

оружения и оборудование, расходом воды через гидротурбину, вдвое

превышающим расход турбин, созданных к тому времени, а также

сурового климата района расположения ГЭС. Это потребовало новых

для того времени решений. Основными из них являются:

– применение хладостойких, высокопрочных, низколегиро-

ванных сталей марок 09Г2С (М) и 138 ИЗ, из которых изготовлены

конические звенья развилок водоводов гидротурбин, стыкующихся

со спиральной камерой. Это обеспечивает надёжную работу водоводов

при температуре воздуха до -60

С;

– изготовление полос сороудерживающих решеток водоприем-

ников гидротурбин из элементов обтекаемого профиля, сориентирован-

ных по линии водотока, что существенно снизило гидравлические потери;

– разработка и внедрение захватных балок и специальных под-

весок на козловых кранах для сцепления с затворами с помощью ди-

станционного управления, что позволило отказаться от трудоемкого

подъема затворов с помощью штанг;

392

– вынос водоводов гидротурбин на низовую грань плотины, что

позволило производить бетоноукладочные работы независимо от

монтажа водоводов;

– применение автоматической сварки в специально построен-

ном цехе сборки металлоконструкций и механического оборудования;

– разработка и внедрение автоматических клапанов впуска-

выпуска воздуха в помещения, расположенные над оголовками

аэрационных труб водоводов гидротурбин, что позволило отеплить

эти помещения и отказаться от дорогостоящего электрообогрева

аэрационных труб;

– на основе унификации размеров пролетов временной “гребен-

ки” плотины и постоянных пролетов водосбросной плотины, а также

стандартизации пазов и опорных частей затворов, вторично использо-

вано оборудование строительного периода для постоянной эксплуата-

ции. Это позволило сэкономить 3070 тонн металлоконструкций;

Рис. 5.7 Схема установки конической заглушки на конусе отсасывающих

труб в выштрабленной части здания Красноярской ГЭС

1 – коническая заглушка; 2 – контуры агрегата; 3 – металлическая облицовка тора

и боковых поверхностей отсасывающих труб; 4 – паз ремонтного затвора

отсасывающей трубы

393

– выштрабленная часть здания ГЭС в пределах восьми агрега-

тов для продолжения работ на них после пуска 1-го агрегата была

отделена от нижнего бьефа не затворами, а уникальными коничес-

кими заглушками диаметром 10,2 м, установленными в конусах

отсасывающих труб (рис. 5.7). Лишь на агрегатах № 1-4 были уста-

новлены затворы. Это позволило сэкономить 600 тонн металла;

– для пропуска строительных расходов временные глубинные

отверстия были оборудованы сегментными затворами с устройством

со стороны ВБ пазов для установки плоских аварийных затворов, что

обеспечивало высокую надёжность водосбросов.

В целом, за 30-летний период эксплуатации оборудование

гидротехнических сооружений работает надежно в результате тща-

тельно продуманных проектных решений. Из недостатков, заслужи-

вающих внимания, следует отметить лишь следующие:

– для подобных крупных гидроузлов следует применять на

водосбросной плотине катковый тип затворов;

– схему маневрирования затворами водосбросной плотины с

применением съемных балластных грузов нельзя признать удовлет-

ворительной. Применение катковых затворов могло бы снять эту

проблему;

– конструкция затворов и их подхватов водосбросной плотины

должна обеспечивать маневрирование ими с частичным открытием

водосбросных отверстий с целью снижения гидродинамической наг-

рузки на водосброс и рационального использования водотока.

Впоследствии схема маневрирования с частичным открытием во-

досбросов была разработана и реализована.

На Саяно-Шушенской ГЭС исходные условия для проекти-

рования механического оборудования гидротехнических сооружений

были еще жестче, обусловленные, при прочих равных условиях с

Красноярской ГЭС, вдвое бо

′

льшим напором. Более сложные условия,

определяющие проектирование оборудования, создавала и схема

возведения гидротехнических сооружений в несколько этапов. Это

должно было бы особо подчеркнуть необходимость изучения пре-

дыдущего опыта эксплуатации оборудования подобных ГЭС. Тем не

менее, опыт не был использован в необходимой мере. Поэтапный ввод

в эксплуатацию плотины и включение её в работу для образования

водохранилища, чтобы начать энергоотдачу ГЭС при напоре около

30% от номинального, должен был бы предполагать уже на этой

стадии эксплуатационное регулирование водотока. Однако водо-

сбросы строительного периода не были для этого приспособлены. Они

не могли работать с частичным открытием; плоские затворы, по срав-

нению с сегментными, примененными на Красноярской ГЭС, не

обладали необходимой надежностью. На водосбросы возлагалась

394

задача лишь по пропуску строительных расходов. А те водосбросные

устройства, которые предназначались для компенсации попуска в

нижний бьеф, оказались неработоспособными, поскольку не отвечали

эксплуатационным требованиям.

Первый ярус строительных водосбросов (рис. 5.8) состоял из

одиннадцати отверстий, которые были оборудованы основными и

аварийно-ремонтными затворами.

Рис. 5.8 Строительные отверстия I-го яруса 9 отверстий в секциях 38-46

1 – затвор плоский скользящий основной 5,3-13,3-100,0; 2 – затвор плоский скользящий

аварийно-ремонтный 5,3-13,95-100,0; 3 – подхваты; 4 – кран козловой 710 т.с.;

5 – затвор плоский секционный ремонтный 6,73-23,0-22,65

Девять из них имели основные (5,3 х 13,34 м) и аварийно-ре-

монтные затворы (5,3 х 13,95 м) с отметкой порога 314 м, рассчи-

танные на напор 100 м. Они были рассчитаны на пропуск паводка

1% обеспеченности при отметке водохранилища 343,5 м. Много-

кратное маневрирование затворами не предполагалось, они пред-

назначались только на одноразовое опускание при напоре 29,5 м с

помощью специального козлового крана грузоподъемностью 700 т.

При любой непредвиденной ситуации на стройке исключалось возв-

ращение к исходному состоянию пропуска строительных расходов.

Два отверстия предназначались для компенсации попуска в

нижний бьеф. Один из них – попусковый водосброс, должен был

работать в осенне-зимний период после прекращения действия

основных девяти строительных водосбросов и только в том случае,

если не было необходимости выполнять работы в водобойном ко-

лодце. Другой – аварийно-ремонтный водосброс, тракт которого

выполнен в обход водобойного колодца, должен был работать также

в осенне-зимний период во время строительных работ в водобойном

395

колодце, когда возникало непредвиденное отключение от сети первых

гидроагрегатов или по иной причине сокращения попуска в НБ ме-

нее санитарного.

Попусковый водосброс (рис. 5.9) со стороны ВБ был оборудован

аварийно-ремонтным затвором (5,0 х 8,45 м), рассчитанным на ста-

тический напор до 135 м. Для подъема затвора использовался гидро-

подъемник с тяговым усилием 195 т и удерживающим усилием

637,5 т. Затвор мог быть поднят только в безнапорном состоянии,

когда водосброс был под давлением ВБ, для чего на затворе был пре-

дусмотрен байпас. Гидроподъемник располагался в герметичном по-

мещении, вынесенном за напорную грань плотины. Со стороны НБ

попусковый водосброс был оборудован сегментным затвором (5,0 х 5,5 м),

рассчитанным на статический напор 127 м, и гидроподъемником с

тяговым усилием 495 т и дожимным – 147,5 т. Затвор мог работать

на любом частичном открытии с рабочим напором 100 м, при УВБ не

выше 418 м.

Рис. 5.9 I – попусковый водосброс, секция 47

1 – затвор плоский скользящий аварийно-ремонтный; 2 – гидропривод; 3 – затвор

сегментный основной; 4 – затвор плоский скользящий секционный ремонтный

II – строительные отверстия 2-го яруса, секции 38, 40, 44, 46, 48

5 – затвор плоский скользящий; 6 – гидропривод

396

Однако, в период работы первых двух агрегатов, когда в зимний

период при плановых их отключениях требовалось обеспечить ком-

пенсацию попуска в нижний бьеф через попусковый водосброс – это

часто противоречило планам строительно-монтажных организаций,

работающих в водобойном колодце. Кроме того, в холодное время

года возникали опасения за целостность уплотнения затвора, про-

исходило его примерзание к пазам, поэтому открыть отверстие не

представлялось возможным. Неудачная конструкция уплотнения

привела к его повреждению. Были случаи, когда протечки через пор-

ванное уплотнение попускового сегментного затвора превышали

расход через байпас аварийно-ремонтного затвора, и тогда не уда-

валось занапорить водосброс со стороны ВБ и поднять затвор. По-

пусковое устройство оказалось неработоспособным и не могло удов-

летворить нужды эксплуатации ГЭС и её строительства.

Рис. 5.10 Аварийно-ремонтный водосброс. Секция 37:

а) – разрез по оси аварийно-ремонтного водосброса; б) – план

1 – затвор плоский скользящий основной; 2 – затвор плоский скользящий аварийно-

ремонтный; 3 – затвор плоский скользящий секционный ремонтный; 4 – раздельный устой;

5 – оголовок аварийно-ремонтного водосброса; 6 – продольная бетонная перемычка

котлована 2-й очереди; 7 – приспособление для маневрирования затвором;

8 – эстакада металлическая

Аварийно-ремонтный водосброс (АРВ) (рис. 5.10) на входе

был оборудован двумя рядами пазов под основной затвор (4х8 м), рас-

считанный на статический напор 146 м, и под аварийно-ремонтный

397

затвор. Для маневрирования затворами предусматривался перед-

вижной механизм на металлическом портале с тяговым усилием

880 т. Этот водосброс ни разу не был использован, поскольку его

входное отверстие и пазы были запроектированы и скомпонованы

так, что не были защищены от подплывающих топляков, падающего

строительного мусора, из которого образовался спрессованный завал.

Строительная организация и заказчик также не предусмотрели ка-

ких-либо предотвращающих мероприятий. Поэтому не удалось уста-

новить ремонтно-аварийный затвор и поднять основной.

В результате в зимний период, когда попусковый водосброс при

УВБ 418 м и выше нельзя было использовать, а АРВ оказался нерабо-

тоспособным, энергетическое регулирование водотока или компенсацию

попуска в нижний бьеф обеспечить было нечем, кроме как водосбросами

II яруса. Работы по сооружению АРВ оказались бросовыми.

Второй ярус водосбросов (рис. 5.9) состоял из шести отверстий

входными размерами 6,0 х 13,0 м и предназначался для пропуска

строительных расходов на очередном этапе строительства плотины

при максимальном уровне ВБ 470 м, определяемом предельным

напором на затворы этих водосбросов 83 м. Для маневрирования

затворами II яруса были смонтированы гидроподъемники с тяговым

усилием 981 т, которые размещались в герметичных помещениях,

вынесенных за пределы расчетного сечения тела плотины. Манев-

рирование затворами с частичным открытием отверстий было за-

прещено. Это приводило в осенний, достаточно ещё многоводный,

период к неэкономичному режиму использования водотока. Расход

через одно отверстие превышал осенний расход притока р. Енисей

в створе Саяно-Шушенской ГЭС в 1,5-2 раза.

Пришлось срочно находить решение о переоборудовании

отверстий II яруса в попусковые с устройством сегментных затворов

на выходе. Был смонтирован только один затвор (5 х 5 м) с расчетным

напором до 104 м, с его помощью обеспечивалось регулирование

водотока для энергетических целей, а также для компенсации по-

пуска в НБ. Однако, недостаточные возможности регулирования этого

затвора по напору привели, например, в 1984 году к спешной сработке

водохранилища, чтобы понизить напор, под которым оказался затвор

в паводок; превышение составило 138% над расчетным. В резуль-

тате этого сброшенный вхолостую объем воды составил потерю

2,9 млрд. кВт

ч электроэнергии.

Временные водоприемники гидротурбин предназначались для

поэтапного ввода мощности ГЭС по мере возведения плотины и были

применены на агрегатах № 1, 2 с отметкой порога 369,5; № 3 на

отм. 408,5 и № 4, 5, 6 на отм. 426,5 м (рис. 5.11). Водоприемники были

оборудованы сороудерживающими решетками, быстропадающими

затворами размером 5,7 х 7,5 м и гидроподъемниками с тяговым

398

усилием 720 т. Затворы агрегатов № 1, 2 были рассчитаны на напор

97,5 м, и агрегатов № 3, 4, 5, 6 – на 116 м.

Рис. 5.11 Водоприемники и подводящий водовод турбин

Саяно-Шушенской ГЭС

Водоприемники временной эксплуатации: 1 – агрегатов № 1, № 2; 2 – агрегата № 3;

3 – агрегатов №№ 4-6; 4 – водоприемники постоянной эксплуатации