7962

Для эксплуатационного водосброса расчётный расход Qсбр определяется в

соответствии с [13, п. 8.26 – 8.28], и можно использовать формулу

где QPmax. – максимальный расход реки в створе гидроузла при расчётной

обеспеченности Pmax, м3/с; Q’ГЭС – расход гидроэлектростанции с учётом коли-

чества агрегатов, участвующих в пропуске расчётных расходов, м3/с; Qдр – рас-

ход других сооружений, участвующих в пропуске поверочного расчётного рас-

хода, м3/с.

Расход гидроэлектростанции рассчитывается с учётом фактического

напора на ГЭС – Hp по формулам:

Уровень воды УНБp определяется по кривой расходов и QPmax.

Если Hp оказывается меньше минимального допустимого расхода турбин,

следует принять QГЭС = 0. Поворотно-лопастные турбины могут работать при

снижении напора до 0,5Нmax, радиально осевые – до (0,6-0,7)Hmax.

Количество агрегатов, участвующих в пропуске расчётных расходов,

должно быть ограничено по [13, п. 8.26], где, в частности, не более (na - 1) при числе гидроагрегатов na ≤6, тогда Q’ГЭС = QГЭС (na - 1)/na.

Пропуск расчётного расхода воды для основного расчётного случая дол-

жен обеспечиваться, как правило, при НПУ через все эксплуатационные водо-

пропускные сооружения гидроузла при полном их открытии.

Пропуск поверочного расчётного расхода воды должен осуществляться при наивысшем технически и экономически обоснованном ФПУ всеми водо-

пропускными сооружениями гидроузла, включая эксплуатационные водосбро-

сы (Qсбр), гидротурбины ГЭС (Q’ГЭС), водозаборные сооружения оросительных систем и систем водоснабжения, судоходные шлюзы, рыбопропускные соору-

жения и резервные водосбросы (Qдр) [13, п. 8.27].

22

Водосливные плотины. Для водосливных плотин необходимо определить длину водосливного фронта, напор на пороге, число пролётов, длину и толщину крепления нижнего бьефа, конструкцию и размеры сопряжения с основанием и другими сооружениями.

Напор на пороге водослива H’в определяется из формулы

Для водосливных плотин на скальном основании сопряжение бьефов сле-

дует проектировать по типу отброшенной струи, что позволяет отказаться от водобоя и рисбермы. Удельный расход qр для таких плотин может быть принят

qр = 100 ÷ 120 м2/с.

Длина водосливного фронта B’в в первом приближении вычисляется по

зависимости

Затем длина водосливного фронта разделяется на отдельные пролёты во-

дослива стандартной ширины bв (10; 12; 14; 16; 18; 20; 24 м и др.). Определяет-

ся количество пролётов – nв.

При количестве затворов на водосбросной плотине более шести следует учитывать вероятную невозможность открытия одного затвора и исключать один пролёт из расчёта пропуска паводка. Т.е. гидравлические расчёты выпол-

23

няются при количестве пролётов nв, а проектируется и разрезается на секции по

2 ÷ 3 пролёта (ширина секции должна быть не больше 40 ÷ 50 м), общее коли-

чество пролётов nв+1.

Уточняется ширина водосливного фронта Bв = nв bв. Уточняется напор на пороге водослива Hв при пропуске расчётных сбросных расходов Qсбр (основно-

го и поверочного) из формулы водослива [6, стр. 94, ф. 4.2], с учётом коэффи-

циента бокового сжатия потока ε быками пролётов водослива

Определяется отметка порога водослива по пропуску основного расчёт-

ного расхода – ПГ = НПУ – Hв. Определяется форсированный подпорный уро-

вень ФПУ = ПГ + Hповв, при пропуске поверочного расхода. В случае если ФПУ больше допустимых значений, то отметка порога водослива ПГ понижается вместе с ФПУ.

Длина крепления нижнего бьефа за водосливной плотиной может прини-

маться по уравнению [6]

Толщина крепления может быть рассчитана по рекомендациям, приве-

дённым в [4, п. 26.4].

При расчёте сопряжения бьефов отбросом струи определяют оптимальное высотное положение и угол наклона носка-трамплина, дальность отброса струи и глубину ямы размыва [6, стр. 109; 26, стр. 173].

24

Если водосливная плотина совмещена со зданием ГЭС (водосливная ГЭС), следует проверить достаточность длины здания для размещения водо-

сливного фронта. При недостаточности длины здания ГЭС необходимо преду-

смотреть дополнительные водосбросы. Рекомендации по применению водо-

сливных ГЭС имеются в [4, 5].

Далее производится разработка конструкции водосливной плотин; ре-

зультаты представляются в виде чертежей – разрезов этого сооружения.

Береговые водосбросы. Проектирование береговых водосбросов – быст-

ротоков, перепадов, траншейных и др. – следует начинать с определения на то-

пографическом плане трассы водосброса. Далее целесообразно сделать верти-

кальный разрез местности по оси этой трассы с показанием естественной по-

верхности земли и геологического строения. На разрезе намечаются участки водосброса: входной, наклонный, отводящий и т.д.

Для определения размеров водосброса выполняется гидравлический рас-

чёт. Для расчёта входной части (водослива) следует, исходя из местных усло-

вий, задаться напором на его пороге, определить по формуле (4.14) удельный расход, а затем длину водосливного фронта. Подробные гидравлические расчё-

ты водосбросных сооружений приведены в [26, глава 10].

После выяснения размеров производится конструирование водосброса,

что может быть осуществлено с использованием аналогов [4, 6].

Результаты проектирования берегового водосброса следует представить в виде плана сооружения и его продольного и поперечного разрезов.

Туннельные и шахтные водосбросы. При проектировании этих сооруже-

ний надлежит учитывать указания [16].

Проектирование туннельных водосбросов заключается в определении их трассы (по топографическому плану), длины и размеров поперечного сечения, а

также конструировании верхового и низового порталов, и подводящего и отво-

дящего каналов. Для разработки конструкции порталов и определения длины водосброса следует составить вертикальный разрез вдоль его трассы с показа-

25

нием поверхности земли, на котором производится вписывание водосброса.

Для определения размеров поперечного сечения, входной части, гасителей энергии выполняются гидравлические расчёты [4]. Конструирование водосбро-

са может быть осуществлено с помощью [6] или другой литературы.

Сечение эксплуатационного туннеля может быть принято соответствую-

щим строительному туннелю (п. 4.5.5), т.к. часть строительного туннеля может войти в состав эксплуатационного.

При проектировании шахтных водосбросов следует определить размеры воронки, шахты отводящего туннеля, высотное положение порога воронки, а

также размеры подводящей к воронке воду выемки. Гидравлические расчёты основных размеров могут быть выполнены по рекомендациям [4; 26, стр. 158],

конструктивные схемы приводятся в [4, 6]. Шахтный водосброс также надле-

жит вписать в склон долины.

В результате проектирования туннельного или шахтного водосброса должны быть составлены: вертикальный разрез по оси водосброса с естествен-

ной поверхностью земли, поперечные разрезы шахты и туннелей, чертежи кон-

струкций порталов.

Водосбросы внутри здания ГЭС. Здания ГЭС с внутренними водосброса-

ми называют совмещёнными. Водосбросы в них являются напорными и выпол-

няются или над спиральными камерами или под ними [4, 5].

Гидравлический расчёт таких водосбросов заключается в определении их пропускной способности и сравнении её с расчётным сбросным расходом. Если последний оказывается больше, необходимы дополнительные водосбросные сооружения. Для определения пропускной способности необходимо задать площадь живого сечения водосброса, которая устанавливается в соответствии с конструкцией и размерами здания ГЭС [4].

4.3.4. Водопроводящие сооружения ГЭС

Водоприёмник ГЭС. Его основные размеры определяются размерами со-

роудерживающей решётки и отметкой низа входного отверстия (порога).

26

Площадь решётки в одной секции водоприёмника вычисляете по форму-

ле:

Ширина секции водоприёмника в теле станционной плотины принимает-

ся равной ширине агрегатной секции здания ГЭС; для береговых водоприёмни-

ков ширина секции принимается меньшей, но с учётом размещения в теле во-

доприёмника необходимого числа турбинных или деривационных водоводов.

Расход Qвод определяется делением турбинного расхода на число водово-

дов, отходящих от водоприёмника. Ширина решётки Bреш принимается пример-

но равной ширине секции водоприёмника, высота решётки вычисляется как

Длина водоприёмника принимается равной произведению числа водово-

дов и ширины его секции плюс ширина монтажной площадки.

Конструирование водоприёмника целесообразно выполнять с использо-

ванием аналогов [5], учитывая требования [13]. Результаты проектирования во-

доприёмника представляются в виде его плана и разреза вдоль тока воды. Для береговых водоприёмников следует произвести вписывание их в склон долины,

что удобно сделать с помощью вертикального разреза этого склона.

Энергетические водоводы. Размеры поперечных сечений деривационных

итурбинных водоводов должны определяться на основе технико-

экономических расчётов [5]. Так, для стального водовода экономически выгод-

ный диаметр вычисляется по формуле:

27

где aтр – сметная стоимость водовода, руб./т, принимается по [20] с привязкой к условиям проектируемой ГЭС; Hуд – напор с учётом гидравлического удара, м,

принимается на 20-30 % больше максимального напора ГЭС; Qср.эн – средний по выработке расход водовода, вычисляемый как

Толщину оболочки можно принять δтр ≈ 0,01DЭК.

Для напорных туннельных водоводов формула вычисления наиболее вы-

годного диаметра имеет вид

где aтун – сметная стоимость туннеля с железобетонной обделкой, руб./м3, при-

вязанная к условиям проектируемой ГЭС [20].

Для безнапорных энергетических водоводов применение аналитических формул определения DЭК затруднительно, поэтому можно использовать при-

ближённые зависимости. Площадь живого сечения безнапорного водовода

определяется по формуле

где VЭК – экономическая скорость воды, принимаемая в диапазоне 2,5-3,5 м/с

для туннелей и 1,5-2,5 м/с для каналов.

Формулу и размеры поперечного сечения безнапорного туннеля следует устанавливать по рекомендациям [6, 16]. Размеры и форму поперечного сече-

ния каналов нужно назначать в зависимости от вида грунта, в котором они про-

холодят [5].

28

Уравнительные резервуары. Необходимость в них (только при напорной

деривации) проверяется по формуле

Tрез > 6 установка резервуара необходима; при Tрез = 3-6 с они сооружаются только на крупных ГЭС.

Для упрощения проектирования можно рассматривать цилиндрический

резервуар [5]. Его площадь поперечного сечения определяется [5]

где hдер, hT – потери напора соответственно в деривации и турбинном водово-

де при Vдер; они могут быть вычислены по [4].

Высота уравнительного резервуара зависит от наибольшего подъёма

уровня воды в нём, равному [5]

и отсчитываемому от НПУ вверх.

Конструирование уравнительного резервуара целесообразно выполнять по аналогам [5], для чего необходимо установить место его положения на дери-

вации. Оно должно быть по возможности ближе к станционному гидроузлу.

Уравнительный резервуар может быть сооружён как на подводящей, так и на отводящей напорной деривации, а также на обеих.

Напорные бассейны. Они необходимы при безнапорной деривации и служат для сопряжения деривации и турбинных водоводов. Размеры напорных бассейнов определяются, главным образом, размерами водоприёмных устройств [5]; расчёты последних аналогичны расчётом водоприёмников.

29

Конструкции напорных бассейнов представлены, например, в [5]. Резуль-

таты проектирования напорных бассейнов следует представить в виде плана и вертикального разреза вдоль тока воды. Особое внимание нужно уделить впи-

сыванию напорного бассейна в склон долины реки.

4.3.5. Сооружения для пропуска строительных расходов

Эти сооружения в соответствии с [13] относятся к временным, для кото-

рых расчётные максимальные расходы воды Qстр необходимо принимать по [13,

п. 8.30] в зависимости от их класса [13, п. 8.2].

При пропуске строительных расходов путём секционирования русла про-

ектирование должно быть направлено на определение размеров и конструкции перемычек всех очередей строительства. Подробные расчёты для этого описа-

ны в [7, 9, 10].

При пропуске строительных расходов с отводом воды из русла реки по каналам, лоткам, трубам, туннелям целью проектирования является выяснение основных размеров этих сооружений, для чего необходимо выполнение гидрав-

лических расчётов [4, 7, 9, 10].

При строительстве высоконапорных гидроузлов часто применяются для пропуска строительных расходов строительные туннели, которые проектиру-

ются в соответствии с [16]. Строительный туннель может быть рассчитан в да-

лее приведённой последовательности. Прокладывается трасса туннеля [16, п. 5.1 – 5.3]. Принимается форма поперечного сечения туннеля в зависимости от коэффициента крепости грунта [16, п. 5.4]. Определяется площадь живого се-

чения водного потока в туннеле ω = Qстр /Vмакс , при которой подбираются раз-

меры туннеля (высота h и ширина b) [16, п. 5.7], из учёта его наполнения d = 0,85 h, и ограничения ширины одной нитки туннеля не более порядка 10 м.

Определяется необходимый уклон i из формулы Шези Qсбр = ωC Ri , в которой

R = ω / χ ; С = R1/6/n (по формуле Маннинга), где n – коэффициент шероховато-

сти обделки туннеля (0,012 ÷0,014). Устанавливается высотное положение,

30