Конспект лекций по дисциплине гидросиловые установки и возобновляющиеся источники энергии для студентов, обучающихся по специальности
 Скачать 6.68 Mb.
|
|
Рис. 14.3. Варианты расположения турбинных водоводов гидроэлектрических станций с приплотинным зданием за бетонной плотиной (а) и со встроенным зданием (б)  Рис. 14.4. Возможные варианты расположения здания гидроэлектростанции относительно плотины из грунтовых материалов На схеме II показан вариант встроенного расположения здания станции в теле грунтовой плотины в бетонном массиве, на который опирается ядро плотины. Башенный водоприемник расположен у берега, отводящие безнапорные водоводы совмещены с туннелями, которые использовались для пропуска строительных расходов. На рис. 14.5 приведены схематические планы компоновок ГЭС с приплотинными зданиями и плотинами из грунтовых материалов.  Рис. 14.5. Компоновки гидроузлов с приплотинными зданиями станций и плотинами из грунтовых материалов На схеме II здание станции расположено в глубокой скальной выемке на берегу реки, под углом к оси плотины. В схеме III принято подземное расположение здания станции. Подвод воды к турбинам осуществляется индивидуальными напорными водоводами. Компоновка сооружений, приведенная на схеме IV, характерна наличием широкого подводящего канала, проложенного в обход плотины. От водоприемника по относительно коротким напорным водопроводам вода поступает к турбинам. Здание станции расположено вдоль берега реки. В рассмотренных компоновках гидроузлов здания станций расположены непосредственно за бетонной или грунтовой плотиной или встроены в нее, такие здания носят название приплотинных. В схемах II, III, IV, VI рис. 14.5 здания станций находятся в удалении от плотин, вода к ним подводится относительно длинными водоводами или подводящим каналом и короткими напорными водоводами. Такие здания ГЭС, непосредственно не примыкающие к плотине, называются обособленными, или автономными. В ГЭС с плотинной схемой создания напора комплекс гидроэнергетических сооружений (водоприемник, водоводы, здание ГЭС), устроенный в удалении от плотины, получил названиенапорно-станционного узла. Принципиальная компоновка основных сооружений гидроузлов, показанных на рис. 14.5, не изменится, если вместо грунтовых плотин будут бетонные (гравитационные, арочные, контрфорсные). Уменьшится лишь длина подводящих водоводов. В узких ущельях при высоких напорах возникают трудности с размещением здания станции и водосбросных сооружений. В этих случаях здание встраивают в гравитационную или арочно-гравитационную плотину, которая в свою очередь делается водосливной, рассчитанной на пропуск паводковых расходов гидроузла. Кроме того, могут предусматриваться и глубинные напорные водосбросы-водовыпуски. В подобных компоновках особое внимание должно быть обращено на недопущение размыва в нижнем бьефе: допускаемые удельные расходы при скальных основаниях составляют не более 120-140 м3/(с∙м). В еще более узких створах не удается разместить здание станции по ширине ущелья. В этих случаях прибегают к компоновкам типа II, III, IV (рис. 14.5) или располагают агрегаты ГЭС в два (или три) ряда. Водосбросы в этих случаях обычно устраивают в берегах, хотя не исключено сооружение лотков-водосбросов над зданием ГЭС, как в рассмотренном выше примере (рис. 14.7).  Рис. 14.6. Нурекская ГЭС: а — план сооружений гидроузла; б — продольный разрез по напорным водоводам постоянной схемы эксплуатации; 1 — глубинный водоспуск; 2 — поверхностный водосброс; 3 — туннель глубинного водосброса; 4 — строительный туннель третьего яруса; 5 — строительный туннель второго яруса; 6 — ОРУ 220 кВ; 7 — здание ГЭС; 8 — ОРУ 500 кВ; 9 — помещение развилок; 10 — аварийный затвор; 11 — постоянные водоприемники; 12 — временный туннель; 13 — временный водоприемник; 14 — верховая строительная перемычка  Рис. 14.7. ГЭС, встроенная в арочно-гравитационную плотину с водосбросами над машинным залом: а — план гидроузла; б — разрез здания; 1 — транспортный туннель для въезда на монтажную площадку; 2 — машинный зал; 3 — места установки повышающих трансформаторов; 4 — служебные помещения; 5 — водоприемные отверстия; 6 — входные отверстия водосбросов; 7 — транспортный туннель для въезда на гребень плотины; 8 — водовыпуск; 9 — сороудерживающая решетка водовыпуска  Рис. 14.8. Чиркейская ГЭС с двухрядным расположением агрегатов в приплотинном здании станции: а — разрез; б — план гидроузла; 1 — плотина; 2 — водоприемники; 3 — напорные водоводы; 4 — здание станции; 5 — грузовой туннель; 6 — водосбросный эксплуатационный туннель Лекция 15. Основные части и конструктивные элементы здания ГЭС, фундаментная часть и верхнее строение, машинный зал, подкрановые конструкции, подъемно-транспортное оборудование Здание ГЭС сложное сооружение, в котором размещается комплекс оборудования и многочисленных хозяйств. Разнообразие типов и конструкций зданий позволяет лишь условно выделить их основные части. Нижняя часть здания, в которой размещаются проточный тракт агрегата (турбинная камера, отсасывающая труба, а в русловых зданиях и водоприемная часть), гидромашинное оборудование и ряд вспомогательных систем, может быть названа агрегатной частью (фундаментной, подводной). Верхняя часть здания, в которой размещаются машинный зал с гидрогенераторами, подъемно-транспортное и другое оборудование, называется верхним строением. Особой частью здания является монтажная площадка, отличающаяся по конструкции от агрегатных блоков. Агрегатная часть воспринимает гидростатические, гидродинамические нагрузки, усилия от оборудования и расположенных выше конструкций и передает их на основание. В зависимости от типа здания и типа установленной в нем гидромашины агрегатная часть может иметь различную конструкцию. На размеры и конструкцию агрегатной части здания большое влияние оказывают геологические условия. Агрегатная часть здания отличается значительной массивностью. Длина здания ГЭС может достигать сотен метров, и при наличии в основании нескальных грунтов неизбежны неравномерные осадки сооружения. В связи с этим устраивают поперечные температурные и осадочные швы, разрезающие здание вертикальными плоскостями на отдельные секции. В каждой такой секции можно расположить от одного до четырех агрегатов. Блок монтажной площадки обычно также отделяется от остальной части здания осадочным швом. В агрегатной части находятся системы масляного хозяйства, технического водоснабжения, осушения проточной части агрегатов, дренажа здания и пр. Эти системы располагаются обычно в помещениях над диффузорами отсасывающих труб и между агрегатами. Часть вспомогательного оборудования и систем размещается в нижней зоне блока монтажной площадки. Главными факторами, определяющими конструктивные параметры зданий и предъявляемые к ним требования, являются основное энергетическое оборудование и схема размещения здания в составе сооружений гидроузла. На конструкцию и размеры здания станции существенное влияние оказывают габариты каждого гидроагрегата в плане и по высоте, турбинные камеры и отсасывающие трубы, число агрегатов. Здания крупных ГЭС отличаются большими размерами: длина 1000 м и более, высота 70-80 м, ширина (вдоль потока) 60-70 м. Конструкция здания характеризуется большой сложностью, значительным заглублением фундамента в основание.   Рис. 15.1. Русловое здание ГЭС несовмещенного типа: 1 — паз аварийного затвора; 2 — паз сороудерживающей решетки; 3 — паз сороочистного механизма; 4 — паз ремонтного заграждения; 5 — забральная стенка; 6 — механизм управления затвора; 7 — помещение затворов; 8 — ремонтное заграждение отсасывающей трубы; 9 — подъемный механизм ремонтного заграждения; 10 — положение трансформатора при выкатке на ремонт; 11 — маслонапорная установка; 12 — колонка регулятора турбины; 13 — температурно-осадочный шов; 14 — промежуточные бычки При использовании на ГАЭС трех- и четырехмашинных агрегатов более сложные конструкции и бóльшие размеры агрегатов приводят к необходимости некоторого увеличения размеров зданий и усложнения их конструкций. В русловых зданиях размещаются водоприемные и сороудерживающие устройства с необходимыми затворами и механизмами. При установлении размеров здания станции в направлении вдоль потока необходимо учитывать условия общей устойчивости и прочности. Размеры агрегатного блока здания станции с вертикальной ПЛ турбиной определяются длиной блока вдоль потока, измеряемой от входного сечения турбинной камеры до выходного сечения отсасывающей трубы 6,3-6,6D1, и шириной блока 2,6-3,2D1. При необходимости ширина блока может быть увеличена до 4,0D1. Заглубление фундаментной плиты здания под уровень нижнего бьефа зависит от принятой высоты отсасывания Hs и размеров отсасывающей трубы. Проточная часть двух смежных агрегатов разделяется бычком толщиной 1,5-2,5 м. Бычки, включающие осадочные швы, имеют толщину 3-6 м. При ширине входного сечения турбинной камеры и выходного сечения отсасывающей трубы более 10-12 м в них устанавливаются промежуточные бычки толщиной 1,0-1,5 м. Значительные размеры отсасывающих труб позволяют расположить над их диффузорами один или несколько этажей вспомогательных помещений, выше которых на открытой площадке устанавливаются трансформаторы. Диффузор отсасывающей трубы может быть отрезан осадочным швом от основного массива здания станции и представлять собой самостоятельную конструкцию. При расположении здания станции на скальном основании фундамент здания следует за очертаниями дна водоприемника и отсасывающей трубы. Толщина бетона зависит от размеров агрегата и качества скальной породы основания. При расположении здания станции на нескальных грунтах котлован здания выбирается примерно до одной отметки, а фундаментная плита имеет значительную толщину, что позволяет расположить в ней потерны, используемые при опорожнении проточной части агрегата, а также дренажную галерею. Совмещенные здания ГЭС в зависимости от напора и размеров агрегатов имеют различную конструкцию. На рис. 15.2 приведены схемы таких зданий. Схема I применяется при напорах 20-35 м, при этом агрегат, вспомогательные помещения, грузоподъемный кран и другое оборудование располагаются в теле бетонной водосливной плотины. При более низких напорах и применении турбин большого диаметра возможен переход к схеме II, в которой машинный зал имеет сокращенные размеры в высотном направлении, в нем отсутствует монтажный кран, а агрегат при разборке извлекается наружным козловым краном через люк, закрываемый съемной крышкой. Непосредственно над генератором может быть расположен вспомогательный кран небольшой грузоподъемности. Недостатком такой схемы является сложность устройства надежного уплотнения съемной крышки.  Рис. 15.2. Схемы совмещенных русловых зданий ГЭС Указанные недостатки отсутствуют в схеме III. Однако расположение водосбросных устройств между турбинной камерой и генератором вызывает необходимость существенного удлинения вала агрегата, что иногда приводит к необходимости установки дополнительных опор и промежуточного вала между генератором и турбиной. В схеме IV применены напорные водосбросы. Такая схема может быть осуществлена без ограничения в отношении напора. Однако в этой схеме водоприемные отверстия турбинных камер расположены на большой глубине, что затрудняет их очистку и увеличивает нагрузку на затворы. В схеме V напорные водосбросы расположены под турбинной камерой, в связи с чем увеличивается высота отсасывающих труб, что позволяет увеличить наиболее узкое сечение водосброса, расположенное в сечении оси турбины (так называемое ключевое сечение), являющееся определяющим при расчете их пропускной способности. Практика проектирования зданий ГЭС совмещенного типа показывает, что размещение водосбросов связано с увеличением до 5-10% ширины блока по сравнению с шириной блока несовмещенного здания. При этом через водосбросные галереи может быть пропущен расход воды, в 1,5-2,0 раза превышающий расход турбины. В целях достижения максимального эффекта эжекции, позволяющего повысить напор турбин при работе водосбросов, который может быть получен при наиболее равномерном (по ширине агрегатного блока) поступлении расхода воды в нижний бьеф, желательно симметричное расположение агрегата в блоке. Компоновка наземных приплотинных зданий предусматривает подвод воды к агрегатам по турбинным трубопроводам, которые прокладываются в теле бетонных плотин или выполняются в виде открытых водоводов. Приплотинное здание станции примыкает к плотине со стороны нижнего бьефа либо отстоит от нее на некотором расстоянии и соединяется с верхним бьефом напорными водоводами. При бетонной плотине здание станции непосредственно примыкает к ее низовой грани. При грунтовой плотине здание станции чаще располагается на некотором удалении от нее и его продольная ось может быть повернута по отношению к оси плотины на некоторый угол.  Рис. 15.3. Схемы приплотинных зданий ГЭС На рис. 15.3 показано несколько наиболее распространенных схем приплотинных зданий. Схема I характерна для расположения здания станции за массивными бетонными плотинами. Вода к турбинам подводится по напорному трубопроводу, который размещается либо в теле плотины, либо на ее низовой грани. Для обеспечения равномерного подвода воды к гидромашине водовод перед турбинной камерой обычно имеет горизонтальный участок длиной (4÷6)D1. В некоторых компоновках площадки для размещения трансформаторов располагаются со стороны нижнего бьефа над диффузорами отсасывающих труб (схема II), а под трансформаторами размещаются вспомогательные помещения. Методы расчета арочных плотин со сквозными отверстиями, а также учет совместной работы плотины и ее основания позволяют пропускать водоводы через тело плотины, а здание станции располагать ближе к низовой грани (схема III). На схеме IV изображены варианты расположения здания станции за контрфорсными плотинами. Иногда в пролетах между контрфорсами может располагаться один агрегат со своим краном и небольшой монтажной площадкой. При возможности устройства в контрфорсах отверстий, через которые кран будет перемещаться из одного агрегатного блока в другой, устраивается общая монтажная площадка. При больших расстояниях между контрфорсами иногда представляется возможным размещение всего здания станции в одном пролете. При гравитационных плотинах большой высоты возможно сооружение встроенного здания станции, представляющего собой полость внутри тела плотины, размеры и форма которой достаточны для размещения основного оборудования (схема V). Расположение сооружений в узких створах, когда устройство береговых водосбросов затруднено, приводит к компоновкам (схема VI), в которых водосбросы располагаются на перекрытии здания станции. Проходящий по водосбросам поток специальным носком отбрасывается от здания станции на значительное расстояние. При грунтовых плотинах подводящие водоводы либо проходят через тело плотины, либо ведутся в обход нее в виде туннелей. В случае прохода водоводов через тело плотины они прокладываются на опорах в специальных галереях. На схемах VII и VIII изображены варианты подвода воды к зданиям ГЭС открытым или туннельным водоводом. В схеме VII нижняя анкерная опора водовода непосредственно примыкает к зданию станции или даже объединяется с ним в одно целое, передавая часть нагрузок от водовода на массив здания. В схеме VIII все усилия от водоводов воспринимаются окружающей их породой. При применении ковшовых турбин агрегатная часть здания значительно упрощается, так как в ней отсутствуют турбинные камеры и сложные по форме отсасывающие трубы. В верхнем строении располагаются гидрогенераторы, силовые трансформаторы, крановое оборудование машинного зала, водоприемных устройств и ремонтного заграждения отсасывающих труб, различное вспомогательное оборудование. Для защиты от атмосферных осадков и низких температур надводная часть здания защищается верхним строением, которое может быть различного типа. Монтажная площадка предназначается для сборки устанавливаемого на ГЭС оборудования в период строительства или проведения ремонтных работ. На монтажной площадке производятся также работы по сборке и ревизии силовых трансформаторов. Блок монтажной площадки по нагрузкам и размерам существенно отличается от остальной части здания. В зданиях, возводимых на нескальных грунтах, монтажная площадка по производственным условиям имеет одинаковые с агрегатными блоками размеры подводной части. Поскольку крановое оборудование является общим, верхнее строение в зоне монтажной площадки также имеет одинаковые размеры и конструкцию с агрегатными блоками. Размеры монтажной площадки, требуемые в период строительства и эксплуатации, различны: одновременная сборка в период строительства станции нескольких агрегатов требует площади, которая превышает площадь, необходимую для ревизии агрегатов в процессе их эксплуатации. Поэтому иногда на период строительства устраиваются временные монтажные площадки, примыкающие к торцу основной площадки. В качестве временной монтажной площадки используют агрегатный блок, примыкающий к постоянной площадке; шахты такого агрегата временно перекрываются специальной плитой, а монтаж его производится в последнюю очередь. Размеры постоянной монтажной площадки рассчитываются на одновременную сборку или разборку одного агрегата (при числе агрегатов менее 8-10) или двух агрегатов (при числе агрегатов более 10). Длина монтажной площадки определяется схемой и перечнем раскладываемого на ней оборудования. В случае совпадения отметок пола монтажной площадки и агрегатных блоков здания мелкое оборудование может раскладываться в пределах одного или нескольких агрегатных блоков. На большинстве построенных станций длина монтажной площадки не превышает (1,0÷1,2)Lа.бл, однако, если агрегатные блоки сильно обжаты, она может достигать (1,3÷1,5)Lа.бл, где Lа.бл — расстояние между осями агрегата. Высота монтажной площадки (до крана) зависит от отметки подъездных путей. При расположении путей на отметках более высоких, чем пол машинного зала, отметка монтажной площадки также может быть приподнята, однако таким образом, чтобы кранами машинного зала можно было осуществить все необходимые операции. При недостаточной высоте пол монтажной площадки понижается, а для въезда платформы оставляется специальная площадка на более высокой отметке. Необходимость выемки магнитопровода силовых трансформаторов требует значительной высоты подъема крюка крана над монтажной площадкой. Чтобы не увеличивать общую высоту машинного зала в случае, если высота расположения крана недостаточна, трансформатор перед выемкой магнитопровода опускается в специальную трансформаторную яму, которая в остальное время перекрывается съемными плитами. В отдельных случаях для ревизии и сборки трансформаторов возводятся специальные помещения вне пределов монтажной площадки.  |