Заиров Х.И. Гидроэлектростанции. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

Лекции по дисциплине “Гидроэлектростанции”

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Рис. 4.4. Компоновка ГЭС при бетонной плотине в узком створе:

а – водосливная ГЭС; б – береговой водосброс; в – береговое расположение ГЭС; 1

– здание ГЭС; 2 – бетонная плотина; 3 – водослив; 4 – строительный туннель; 5 –

перемычки; 6 – подводящий канал; 7 – водоприемник; 8 – турбинные трубопроводы; 9 –

отводящий канал; 10 – размывы русла; 11 – траншейный туннельный водосброс; 12 –

подходная выемка; 13 – траншея; 14 – водобой с гасителями

Лекции по дисциплине “Гидроэлектростанции”

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Водоприемник размещают в конце плотины, к нему примыкает подводящий

канал; трубопроводы подают воду к турбинам по береговому склону. Здание

ГЭС может быть и подземным, связанным с нижним бьефом коротким

отводящим туннелем.

Каждую турбину питает обычно один водовод, однако при большом

расходе турбины подавать его могут и два водовода, если это трубопроводы

Если расход турбины невелик, то одним туннелем целесообразно подавать

воду двум, а иногда и большему числу турбин.

Вариант компоновки гидроузла с расположением в русле

реки ГЭС и береговым водосбросом отличается

разнообразием типов водосбросов. Головная часть такого водосброса

представляет собой водослив, предшествуемый коротким подводящим

каналом (подходной выемкой). Водослив может располагаться нормально

берегу, по оси плотины (с нормальным отводом воды) и вдоль берега, если он

крутой (с боковым отводом воды, траншейный); водослив может быть с

широким порогом и практического профиля, прямым и кривым в плане - все

зависит от способа отвода воды в нижний бьеф.

При грунтовой плотине компоновка приплотинной ГЭС

усложняется. Однако благодаря

ей экономится большое количество цемента,

затрачиваемого в варианте с бетонной плотиной. Основной удорожающий

фактор при грунтовой плотине - увеличение длины всех видов водоводов -

строительного туннеля, отводящей части постоянного водосброса,

турбинных трубопроводов, трассируемых по берегам в обход более

широкого тела плотины.

В этих условиях предпочтение следует отдавать плотинам из грунтов с

высокими

характеристиками прочности tqϕ и с, поскольку заложение их

откосов, а следовательно, и общая ширина значительно меньше. К таким

грунтам относятся крупный камень, гравий, галька, щебень. Поскольку эти

грунты проницаемые, неизбежны противофильтрационные конструкции -

диафрагма из искусственных материалов (асфальт, железобетон, металл,

полимеры) или ядро из глины; железобетонный или металлический экран.

Противофильтрационные конструкции в

теле плотины должны сочетаться с

соответствующими устройствами в ее основании.

Следует по возможности сближать водоприемник и здание ГЭС, чтобы

не потребовался уравнительный резервуар в конце трубопроводов (рис.4.5).

При компоновке гидроузла с грунтовой плотиной нужно решить

вопрос на каком берегу расположить водосброс и здание ГЭС - порознь или

вместе, рядом. Для здания

ГЭС, конечно, предпочтительнее более доступный

и освоенный берег реки. Если условия заставляют расположить водосброс

ближе к руслу, следовательно, здание ГЭС будет ближе к берегу.

Лекции по дисциплине “Гидроэлектростанции”

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Рис. 4.5. Транспортно-энергетический гидроузел при грунтовой плотине

1 – подземная ГЭС; 2 – подходная выемка; 3 – водоприемник; 4 – турбинные туннельные

водоводы; 5 – отводящие туннели в канал; 6 – грунтовая плотина; 7 – шахтный водосброс;

8 – водобойный колодец; 9 – строительный туннель; 10 – двухступенчатый шлюз;

11 – подходные каналы; 12 – перемычки

Лекции по дисциплине “Гидроэлектростанции”

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Необходимость устройства многоступенчатого шлюза или

судоподъемника осложняют компоновку приплотинного гидроузла с

грунтовой плотиной в большей степени, чем гидроузла с бетонной плотиной.

Рыбоподъемник, если он необходим, компонуется в

приплотинном гидроузле, будь он с бетонной или грунтовой плотиной,

примерно по тем же принципам, что и в русловом гидроузле.

Реки горных и предгорных районов

в естественном состоянии несут

много наносов, взвешенных и влекомых, особенно в период паводков. После

постройки плотины и создания водохранилища наносы верхнего бьефа в нем

оседают, через турбины и водосбросы проходит осветленная вода. В нижнем

бьефе поток начинает размывать и углублять русло, пока его уклон и

скорость течения не придут в

соответствие с мутностью. С этим прогнозом

снижения уровня воды необходимо считаться при высотной компоновке

здания ГЭС и выборе отметки рабочего колеса турбины, безопасной в

отношении кавитации.

4.4 Компоновка деривационных ГЭС

Деривационные ГЭС строят обычно на горных реках с большим

уклоном дна и очень часто с большим объемом в потоке взвешенных и

влекомых по дну наносов.

Деривация может быть безнапорная (канал, железобетонный лоток,

безнапорный туннель) или напорная (туннель, трубопровод). В конце

безнапорной деривации сооружается напорный бассейн, а в конце длинной

напорной деривации - уравнительный резервуар.

Деривационные ГЭС отличаются большим числом и разнообразием

сооружений. Можно выделить компоновку деривационной

ГЭС в целом и компоновку ее узлов

- головного

и станционного, причем компоновать эти узлы надлежит совместно

с выбором типа деривации.

При наличии большого объема наносов в реке в головном узле часто

строится невысокая бетонная плотина с низким порогом и специальными

устройствами для промыва наносов при больших расходах воды. В этом

случае водозабор в деривацию строят поверхностного типа.

Для борьбы с

взвешенными наносами в начале деривации сооружают отстойник, откуда

осевшие наносы промывают в нижний бьеф, в реку (рис.4.6).

Очень важно при проектировании деривационной ГЭС экономически

исследовать вопрос об оптимальном расположении плотины и здания

гидроэлектростанции на протяжении рассматриваемого участка реки. Часть

падения реки используется путем возведения плотины, часть - за счет

строительства деривации, подводящего и отводящего каналов.

Лекции по дисциплине “Гидроэлектростанции”

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Рис. 4.6. Деривационная ГЭС с низкой плотиной:

1 – грунтовая плотина; 2 – водосброс; 3 – водоприемник с промывом донных

наносов; 4 – отстойник; 5 – подводящий канал; 6 – лоток для переброски ручья;

7 – напорный бассейн; 8 – турбинные трубопроводы; 9 – здание ГЭС;

10 – отводящий канал; 11 – распредустройство; 12 – сухое русло реки

В зависимости от соотношения частей напоров, создаваемых плотиной

и деривацией, гидроэлектростанцию называют деривационной

или плотинно - деривационной.

Лекции по дисциплине “Гидроэлектростанции”

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

5. ТЕХНИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ДЕРИВАЦИОННЫХ УСТАНОВОК

5.1 Предпосылки для строительства деривациооных ГЭС

О неизбежности гидроэнергетического использования реки путем

применения деривационной схемы создания напора на ГЭС можно судить из

предельно достигнутых пока высот плотин при плотинной схеме напора.

Максимальная высота плотин различных типов представлена в таблице 5.1

Таблица 5.1

Название плотины Страна Тип плотины Высота, м

Гранд Диксанс Швейцария гравитационная 285

Ингури Грузия арочная 271

Итайпу Бразилия массивно-контрфорсная 196

Нурекская Таджикистан каменно-земляная 300

Саяно-Шушенская России арочно-гравитационная 242

Братская гравитационная 126

Зейская контрфорсная 110

Колымская каменно-земляная 126

Таким образом для использования напоров свыше 250 - 300 м.

практически единственно приемлемым решением является деривационная

схема.

К числу уникальных по значению напора можно отнести приведенные

ниже (табл.5.2) гидроэлектроустановки.

Табл.5.2

Тип ГЭУ Название Страна Напор, м.

Число и

мощность

агрегатов, МВт

ГЭС-ГАЭС Рейссек

Крейцек

Австрия 1772

6×23,2

ГЭС Гран Диксанс Швейцария 1742

5×30

ГЭС-ГАЭС Сан-Фиорано Италия 1440

4×140

ГЭС Фроже Франция 1330

2×234

Лекции по дисциплине “Гидроэлектростанции”

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

5.2 Компоновки головного узла

Компоновка низконапорного узла

Головной узел деривационной ГЭС на горной реке, обильной

наносами, при малой высоте плотины и небольшом водохранилище

компонуют так, чтобы облегчать борьбу с влекомыми и взвешенными

наносами. Если створ гидроузла сравнительно широкий, то плотина обычно

грунтовая. Водосброс располагают у берега, который выбран для трассы

деривации,

чтобы облегчить промыв наносов, могущих отложиться перед

водоприемником. Для этой цели створ плотины помещают на закруглении

русла, где выбранный берег вогнутый (см. рис.4.6). На повороте реки в

потоке возникает поперечная циркуляция, придающая потоку винтовое

движение, причем поверхностные струи с малым содержанием наносов

отклоняются к вогнутому берегу (к водоприемнику), а донные струи

влекущие наносы, отходят к выпуклому берегу и там проносятся через

открытые пролеты водосброса или образуют пляж.

Поскольку плотина невысокая, водосброс проектируют по типу

водослива с широким порогом. Работает он во время паводков для сброса

неиспользуемых излишков воды.

Верхний бьеф в таких условиях обречен на заиление и занесение

наносами. Попытка промыва

бьефа дает эффект только вблизи водосброса и

водоприемника, поэтому чтобы сохранить объем бьефа хотя бы для

суточного регулирования, эксплуатируют гидроузел при двух подпорных

уровнях (ПУ). Летом во время паводка при низком ПУ и отсутствии призмы

регулирования ГЭС все время работает полной мощностью. Зимой при

малых расходах и отсутствии наносов ГЭС работает

при более высоком ПУ,

покрывает пики нагрузки, используя незаносимую призму регулирования

между летним и зимним подпорными уровнями.

Борьба с наносами - дело сложное: существует много типов

водоприемников с промывными устройствами (рис.5.1).

Так называемый двухъярусный водозабор (рис.5.1,а)

представляет собой сооружение, стоящее в русле у берега и имеющее два

яруса отверстий - донные,

через которые выносятся во время паводка прямо в

русло влекомые наносы, и поверхностные, через которые, будучи

повернутые в сторону берега, поступает в деривацию вода, не содержащая

таких наносов.

Водозабор с промывными галереями (рис.5.1,б)

строят по тому же принципу, но ориентируют его не по руслу, а нормально

берегу. Вода идет прямо

в деривацию, а наносы проходят через нижний ярус

Лекции по дисциплине “Гидроэлектростанции”

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Рис. 5.1. Компоновка водоприемника деривационного канала с промывом наносов:

а – двухъярусный водозабор; б – с промывными галереями; в – кавказский тип;

1 – грунтовая плотина; 2 – водосброс; 3 – водоприемник; 4 – начало деривационного

канала; 5 – зимний водоприемник; 6 – промыв наносов

отверстий и по подземным галереям поворачивают в русло, в нижний бьеф.

От мутности потока зависит, чему отдать предпочтение - воде или наносам.

Лекции по дисциплине “Гидроэлектростанции”

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

“ Кавказский“ водозабор (рис.5.1,в) устраивают на малых

реках с крупными наносами, влекомыми во время паводка. В широком

пороге водосливной плотины устраивают водозаборную прорезь,

защищенную от крупных наносов решеткой. Прорезь ведет в галерею в теле

водослива, а галерея - в деривацию. В паводок водосливы открыты, наносы с

избытком воды проходят в нижний

бьеф, нужный расход воды поступает в

деривацию по галерее. При малой воде водосливы плотины закрыты, наносов

нет, вода поступает через “зимний” водоприемник обычного типа.

Поскольку в водоприемнике нельзя избавиться от взвешенных наносов,

устраивают отстойники. Типов отстойников достаточно много

(рис.5.2): непрерывного и периодического действия. Отстойник

периодического действия представляет собой несколько

камер

большого поперечного сечения, в которых малая скорость течения

воды и большая их длина обеспечивают осаждение всех опасных для турбин

частиц наносов. Несколько камер делают для того, чтобы во время промыва

одной из них питать деривацию водой через остальные.

Отстойники непрерывного действия имеют наклонные

стены и узкое дно, в котором заделана решетка

, отделяющая камеру от

промывной галереи. Остающиеся в отстойнике наносы непрерывно

поступают в промывную галерею и уносятся в нижний бьеф. Когда река не

несет наносов, промывные галереи не работают. Вода в деривацию поступает

через отстойники непрерывно.

В низконапорном головном узле колебание напора невелико, что

благоприятствует выбору наиболее экономичного типа деривации в

виде

канала. Здание ГЭС разбивает деривацию на подводящую и отводящую.

Местоположение здания станции определяют экономическим расчетом.

Компоновка узла с высокой плотиной.

Компоновка в этом случае зависит от типа плотины - бетонная или

грунтовая.

При бетонной плотине водосливную часть располагают в русле,

водоприемник приспосабливают к началу деривации. Борьба с наносами

отпадает ибо они

оседают в водохранилище.

При грунтовой плотине возможен любой из перечисленных выше

типов берегового водосброса. Располагать его по производственным

соображениям лучше на одном берегу со строительным водосбросом и

водоприемником.

Лекции по дисциплине “Гидроэлектростанции”

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Рис. 5.2. Размещение отстойника в начале деривации:

а – многокамерный периодического действия; б – однокамерный непрерывного действия;

1 – деривационный канал; 2 – камеры отстойника; 3 – затворы камер; 4 – промывные

галереи; 5 – затворы промывных галерей; 6 – распределительная решетка

Высокая плотина в головном узле создает глубокое водохранилище,

обычно со значительными колебаниями уровня верхнего бьефа. В этих

условиях предпочтителен напорный тип деривации - туннель, трубопровод.

Примерами водоприемника для туннельной деривации являются

портальный и шахтный типы (рис.5.3). Шахтный