7962
.pdf
|
|
|
Таблица 4.1 |
|
Примерная характеристика гидроузлов |
||||
Показатели соору- |
|
Гидроузлы |
|
|
жения |
|
|
|
|
низконапорные |
средненапорные |
высоконапорные |
|
|
|
|
|
|
|
Напор, м |
< 8÷10 |
10 ÷30 |
> 30 ÷50 |
|
|
|
|
|
|
Положение НПУ |
В пределах русла |
В пределах поймы |
В пределах поймы |
|
|
или несколько вы- |
или несколько вы- |
(для плотинных |
|
|
ше |
ше |
схем) |
|
|
|
|
|
|
Назначение гидроуз- |
Судоходство, ле- |
Гидроэнергетика, |
Гидроэнергетика, |
|
ла |
сосплав, малая |
судоходство, водо- |
борьба с паводка- |
|
|
гидроэнергетика, |
снабжение |
ми, комплексное |
|
|
водоснабжение |
|
|
|
|
|
|
|
|
Допустимые геоло- |
Почти любые |
Основания не- |
Как правило, |
|
гические условия |
|
скальные, для со- |
скальные; для |
|
|
|
оружений жела- |
грунтовых плотин |
|
|
|
тельны коренные |
могут быть не- |
|
|
|
породы |
скальные |
|
|
|
|
|
|
Глухие плотины |
Земляные насып- |
Земляные или ка- |
Бетонные гравита- |
|
|
ные или намывные |
менно-земляные |
ционные, контр- |
|
|
|
|
форсные, арочные, |
|
|
|
|
каменно-земляные |
|
|
|
|
(набросные), воз- |
|
|
|
|
водимые взрывом |
|
|
|
|
|
|
Водосбросы |
Водосливы с ши- |
Водосливные пло- |
Шахтные, тун- |
|
|
роким порогом, |
тины, береговые |
нельные, водо- |
|
|
водосливные пло- |
быстротоки, пере- |
сливные плотины, |
|
|
тины, трубчатые, |
пады и т.п. |
береговые |
|
|
пойменные |
|
|
|
|
|
|
|
|
Здание ГЭС |
Русловое, берего- |
Водосливное- |
Приплотинное, бе- |
|
|
вое |
совмещённое, бе- |
реговое с короткой |
|
|
|
реговое с короткой |
деривацией, под- |
|
|
|
деривацией |
земное |
|
|
|
|
|
|
Пропуск строитель- |
Методом секцио- |
Путём секциони- |
Как правило, по |
|
ных расходов |
нирования русла, |
рования русла, при |
туннелям, на мно- |
|
|
по обводным кана- |
узких створах – по |
говодных реках |
|
|
лам |
туннелям или тру- |
секционированием |
|
|
|
бам |
русла |
|
|
|
|
|
|
11
Экспликация
1 – глухая плотина; 2 – здание ГЭС; 3 – подводящий канал; 4 – водоприёмник; 5 – турбинные трубопроводы; 6 – отводящий канал ГЭС; 7 – входная часть водосброса; 8 – быстроток;
9 – верховой портал строительного туннеля; 10 – строительный туннель; 11 – низовой портал строительного туннеля; 12 – подводящий канал и 13 – отводящий канал строительного туннеля; 14 – мост через быстроток; 15 – автодорога; 16 – ось верховой перемычки; 17 – ось низовой перемычки; 18 – ОРУ
Рис. 4.1. Генплан Верхнего гидроузла на р. Зуй. Вариант с глухой земляной плотиной
12
Экспликация
1 – глухие бетонные плотины;2 – станционная плотина; 3 – водосливная плотина; 4 – здание ГЭС; 5 – отводящий канал; 6 – разделительный устой; 7 – ось плотины; 8 – ось верховой перемычки 1-ой очереди; 9 – ось продольной перемычки; 10 – ось низовой перемычки 1-ой очереди; 11 – ось верховой перемычки 2-ой очереди; 12 – ось низовой перемычки 2-ой очереди; 13 – автодорога; 14 – ОРУ
Рис. 4.2. Генплан Верхнего гидроузла на р. Зуй. Вариант с глухой бетонной плотиной
13
Экспликация 1 – арочная плотина;2 – водоприёмник; 3 – деривационный туннель; 4 – подводящий канал
ГЭС; 5 – шахтный водосброс; 6 – строительный туннель; 7 и 8 – подводящий и отводящий каналы строительного туннеля; 9 и 10 – оси верховой и низовой перемычек; 11 – уравнительный резервуар; 12 – турбинные туннели; 13 – здание ГЭС; 14 – отводящий туннель ГЭС; 15 – отводящий канал ГЭС; 16 транспортный туннель; 17 – автодорога; 18 – ОРУ
Рис. 4.3. Генплан Верхнего гидроузла на р. Зуй. Вариант с подземным зданием ГЭС: а) головной; б) станционный гидроузлы
14
|
|
|
Таблица 4.2 |
|
Характеристика вариантов гидроузла |
|
|
||
|
|
|
|
|
Сооружения гидро- |
|
Варианты гидроузла |
|
|
|
|
|
|
|
с глухой земляной |
с глухой бетонной |
с подземным зда- |
|
|
узла |
|
|||
плотиной |
плотиной |
нием ГЭС |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Схема ГЭС |
Плотинная |
Плотинная |
Смешанная |
|
|
|
|
|
|
Глухая плотина |
Земляная насып- |
Бетонная гравита- |
Железобетонная |
|
|
ная |
ционная |
арочная |
|
|
|
|
|
|
Гидроэлектростанция |
Приплотинная |
Приплотинная |
Деривационная |
|
|
|
|
|
|
Здание ГЭС |
Береговое с корот- |
Приплотинное |
Подземное |
|
|
кой деривацией |
|
|
|
|
|
|
|
|
Водосброс |
Береговой в виде |
Водосливная пло- |
Шахтный |
|
|
быстроток |
тина |
|
|
|
|
|
|
|
Подводящие энерге- |
Подводящий ка- |
Турбинные трубо- |
Деривационный |
|
тические сооружения |
нал, турбинные |
проводы в теле |
туннель, уравни- |
|
|
трубопроводы |
станционной пло- |
тельный резерву- |
|
|
|
тины |
ар, турбинные |
|
|
|
|
туннели |
|
|
|
|
|
|
Отводящие энерге- |
Отводящий канал |
Отводящий канал |
Безнапорный тун- |
|
тические сооружения |
|
|
нель |
|
|
|
|
|
|
Водоприёмник ГЭС |
Береговой |
В теле станцион- |
Береговой |
|
|
|
ной плотины (пло- |
|
|
|
|
тинный) |
|
|
|
|
|
|
|
Пропуск строитель- |
В две очереди: |
В две очереди: |
В две очереди: |
|
ных расходов |
1 очередь – по |
1 очередь – по |
1 очередь – по |
|
|
естественному |
стеснённому пере- |
естественному |
|
|
руслу реки; |
мычками руслу |
руслу реки; |
|
|
2 очередь – по |
(секционирование); |
2 очередь по стро- |
|
|
строительному |
2 очередь – мето- |
ительному тунне- |
|
|
туннелю |
дом «гребёнки» |
лю |
|
|
|
|
|
|
Перемычки |
1 очереди: защи- |
1 очереди: верхо- |
1 очереди: отсут- |
|
|
щающая котлован |
вая, продольная и |
ствуют; |
|
|
здания ГЭС зем- |
низовая земляные; |
2 очереди: верхо- |
|
|
ляная; |
2 очереди: верхо- |
вая и низовая го- |
|
|
2 очереди: верхо- |
вая и низовая зем- |
ловного гидроузла |
|
|
вая и низовая зем- |
ляные |
каменно-земляные |
|
|
ляные |
|
|
|
|
|
|
|
|
Прочие сооружения |
ОРУ, мост через |
ОРУ, дороги |
ОРУ, транспорт- |
|
|
быстроток, дороги |
|
ный туннель, до- |
|
|
|
|
роги |
|
|
|
|
|
|
15
4.2.Общие принципы компоновки гидроузла
При проектировании компоновки необходимо придерживаться следую-
щих принципов [6]:
- эксплуатационно-технических, заключающихся в том, что каждое со-
оружение должно функционировать наилучшим образом и не мешать работе других сооружений; размещение сооружений должно обеспечивать благопри-
ятны гидравлический режим и удобную эксплуатацию; - технико-экономических, в соответствии с которыми капитальные затра-
ты в гидроузел должны быть минимальными, а его возведение могло быть осу-
ществлено в наиболее короткие сроки; - строительно-производственных, требующих конструкций и компоновки
гидроузла, удобных для производства работ и обеспечивающих простой и надёжный пропуск строительных расходов.
Учёт этих требований необходим как при выборе типов сооружений, так
ипри проектировании их взаимного расположения.
4.3.Определение основных размеров и конструирование сооружений
гидроузла
В данном проекте определение основных размеров сооружений гидроузла направленно в основном на выяснение объёмов строительно-монтажных работ,
поэтому глубокая проработка сооружений не требуется.
4.3.1. Глухие плотины
Грунтовые плотины надлежит проектировать в соответствии с [14]. Для этих плотин следует определить основные размеры поперечного профиля, кон-
струкцию и размеры противофильтрационных устройств, сопряжений тела пло-
тины с основанием и берегами, с другими сооружениями гидроузла, крепления откосов и дренажных устройств. В пределах подошвы плотины нужно преду-
16
смотреть удаление растительного слоя (на её пойменных участках), уборку раз-
рушенной породы или замену низкопрочных грунтов.
Виды грунтовых плотин, а также рекомендации по разработке их кон-
струкции даны в [6, 14].
Проектирование бетонных и железобетонных плотин должно основы-
ваться на требованиях [15]. Для этих плотин определяются основные размеры поперечного профиля, размеры и конструкция противофильтрационных и дре-
нажных устройств в основании, сопряжение с другими сооружениями.
Виды бетонных и железобетонных плотин и указания по их конструиро-
ванию приведены в [6, 15].
Результаты проектирования глухих плотин представляются в виде черте-
жей поперечных профилей в русловых и пойменных частях, а также разреза вдоль оси плотины.
4.3.2. Здание гидроэлектростанции
При проектировании здания ГЭС надлежит учитывать требования, изло-
женные в [13].
Основные размеры здания ГЭС – длину, ширину, высоту надводной и подводной частей – можно определить по зданиям-аналогам [5]. При этом необходимо, чтобы проектируемое здание и аналог имели близкие параметры:
средний напор, мощность и число агрегатов, тип турбины, диаметр её рабочего колеса. Кроме того, здание-аналог должно быть конструктивно подобно проек-
тируемому и располагаться на примерно таких же грунтах.
Средний напор ГЭС может быть определён по формуле:
HСР = (Hmax + Hmin )/ 2 . |
(4.1) |
Максимальный напор следует выяснить с учётом предполагаемой работы ГЭС, например, как
Hmax = НПУ(ФПУ)− УНБ1 , |
(4.2) |
17
где УНБ1 – уровень нижнего бьефа при работе одной турбины, устанавливае-
мый по кривой расходов и расходу одной турбины Q1Т
Q |
= |
N1T |
|
, м3/с, |
(4.3) |
9,81×ηГЭС |
|
||||
1T |
|
× Hmax |
|
||
|
|
|
где ηГЭС ≈ 0,8 ÷ 0,85 – КПД ГЭС; N1T = Ny / na; определение Hmax выполняется подбором.
Минимальный напор можно определить подбором с использованием за-
висимости
|
H min = УМО− УНБ′Z , |
(4.4) |
|||
где УНБ′Z – уровень нижнего бьефа при работе всех турбин ГЭС, устанавлива- |
|||||
емый по кривой расходов и турбинному расходу |
|
||||
Q = |
|
NУ |
|
, м3/с; |
(4.5) |
|
×ηГЭС |
|
|||
T |
9,81 |
× Hmin |
|
||
|
|
в формулах (4.3) и (4.5) мощность в кВт, напор в м.
При вычислении напора деривационных и смешанных ГЭС уровни ниж-
него бьефа необходимо брать в створе отводящих сооружений станционного гидроузла.
Тип турбин устанавливается по максимальному напору (табл. 4.3), диа-
метр рабочего колеса вычисляется с округлением до стандартного по формуле:
|
|
D1 |
= |
|
|
Qрасч |
, м, |
|
(4.6) |
|||
|
|
|
Q1¢p |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Hср |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
Q′ |
– приведённый расход, м3/с, принимаемый по табл. 4.3; |
|
|||||||||
|
1p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
= |
|
|
N1T |
|
, м3/с. |
(4.7) |
||
|
|
|
|
×η ГЭС × H ср |
||||||||
|
|
расч |
9,81 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Частота вращения определяется по формуле с округлением до ближайшей синхронной:
n = n¢ |
|
|
|
|
|
H |
ср |
D |
, об/мин, |
(4.8) |
|
1 p |
|
1 |
|
|
где n1′ p – приведённая частота вращения (табл. 4.3).
Высота отсасывания устанавливается в соответствии с зависимостью
18
|
HS £10 -1,1×σ × Hср - УНБ1 / 900 , м, |
|
|
(4.9) |
|||
где σ – коэффициент кавитации (табл. 4.3). |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.3. |
|
Основные гидравлические параметры гидротурбин |
|
|||||
Тип турбины |
Исполнение |
Максимальный |
Приведённый |
Коэффициент |
Приведённая |
||
|
|
напор, м |
расход, м3/с |
кавитации |
частота вра- |
||
|
|
|
|
|
|
|
щения, |
|
|
|
|
|
|
|
об/мин |
ПЛ10 |
Г* |
10 |
4,0 |
÷ 3,0 |
2,6 |
÷ 2,1 |
140 |
|
В* |
|
2,3 |
÷ 2,1 |
1,5 |
÷ 1,3 |
165 |
ПЛ15 |
Г и В |
15 |
2,15 ÷ 1,9 |
1,0 ÷ 0,85 |
150 |
||
ПЛ20 |
Г и В |
20 |
2,06 ÷ 1,7 |
0,85 |
÷ 0,65 |
135 |
|
ПЛ30 |
В |
30 |
1,94 ÷ 1,4 |
0,75 ÷ 0,5 |
120 |
||
ПЛ40 |
В |
40 |
1,6 ÷ 1,25 |
0,68 ÷ 0,4 |
115 |
||
ПЛ50 |
В |
50 |
1,4 ÷ 1,15 |
0,53 |
÷ 0,37 |
110 |
|
ПЛ60 |
В |
60 |
1,3 |
÷ 1,0 |
0,42 |
÷ 0,26 |
105 |
ПЛ80 |
В |
80 |
1,1 |
÷ 0,9 |
0,35 |
÷ 0,24 |
100 |
РО45 |
В |
45 |
1,3 |
0,22 |
80 |
||
РО75 |
В |
75 |
1,2 |
0,16 |
75 |
||
РО115 |
В |
115 |
1,15 |
0,11 |
70 |
||
РО170 |
В |
170 |
0,95 |
÷ 0,65 |
0,09 |
÷ 0,06 |
70 |
РО230 |
В |
230 |
0,65 |
÷ 0,42 |
0,07 |
÷ 0,05 |
65 |
РО310 |
В |
310 |
0,42 |
÷ 0,28 |
0,05 |
÷ 0,04 |
60 |
РО400 |
В |
400 |
0,28 ÷ 0,2 |
0,04 ÷ 0,035 |
60 |
||
РО500 |
В |
500 |
0,2 ÷ 0,15 |
0,036 ÷ 0,03 |
58 |
* Г – горизонтальное, В – вертикальное исполнение.
Высотная привязка здания ГЭС осуществляется по отметке рабочего ко-
леса, вычисляемой как
РК = УНБ1 + HS, м. |
(4.9) |
Размеры проектируемого здания ГЭС можно оценить с помощью табл. 4.4
ирис. 4.5 – 4.7. При этом следует учесть, что высота подводной части, ширина
идлина блока одного агрегата, определяются, главным образом, размерами от-
сасывающей трубы; высота надводной части (машинного зала) зависит от вы-
соты подъёма ротора генератора или рабочего колеса и размеров крана [5, рис. 20.4]. Длину всего здания ГЭС можно принять равной ширине блока, умножен-
ной на число агрегатов, увеличенное на единицу (или 1,5) для учёта монтажной площадки.
19
По результатам проектирования здания ГЭС следует составить чертежи в
виде разрезов здания ГЭС вдоль и поперёк тока воды, а также нанести здание
ГЭС на разрабатываемый генеральный план.
Рис. 4.5. Ширина турбинного блока зданий приплотинных и деривационных ГЭС на нескальном (а) и скальном (б) основании с радиально-осевыми турби-
нами: 1 – РО45; 2 – РО75; 2 – РО75; 3 – РО115; 4 – РО170; 5 – РО230; 6 – РО310; 7 – РО400; 8 – РО500
Таблица 4.4 Рекомендуемые размеры изогнутых отсасывающих труб гидротурбин надзем-
ных зданий ГЭС (в долях D1)
Система тур- |
Расстояние |
|
Размеры отсасывающих труб |
|
|
|
|||
бины |
между осями |
Высота трубы |
Длина трубы |
Ширина тру- |
Высота вы- |
||||
|
агрегатов |
|
|
|
|
бы |
ходного се- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
чения |
|
ПЛ |
3,8 ÷ 3,0 |
2,6 ÷ 1,9 |
4,0 |
÷ 5,0 |
3,4 |
÷ 2,2 |
1,2 |
÷ 0 |
,94 |
РО |
5,0 ÷ 4,0 |
2,8 ÷ 2,0 |
4,5 |
÷ 5,0 |
3,4 |
÷ 2,4 |
1,2 |
÷ |
1,0 |
20