СОРОУДЕРЖИВАЮЩИЕ СТЕРЖНЕВЫЕ РЕШЕТКИ И МЕХАНИЗМЫ ИХ ОЧИСТКИ
Схемы конструкций решеток. Сороудерживающие стержневые решетки предназначаются для защиты гидротурбин от попадания плавающих тел (бревен, топляков, крупных сучьев, водорослей, льда и др.). Они устанавливаются в водоприемниках гидроэлектростанций, перекрывая пролеты, через которые подводится вода. Сороудерживающие решетки проектируются, как правило, индивидуально для каждой станции, так как при конструировании решеток должны быть учтены конкретные условия их эксплуатации: скорость потока и направление линий тока в створе решеток, глубина их расположения, ожидаемая степень засорения, способ очистки, ударные воздействия от плавающих тел, возможность обмерзания и другие факторы.
Сороудерживающие стержневые решетки, устанавливаемые на современных гидроэлектростанциях, можно разделить на две группы: решетки низконапорных водоприемников и решетки глубинных водоприемников приплотинных зданий станции.
Рис. 14.11. Формы поперечных сечений стержней и ригелей решеток:
а — профили стержней; б — профили обогреваемых стержней; в — профили ригелей; 1 — электрический ток пропускается по стержню; II — внутри стержня расположена трубка с электронагревателем или с теплоносителем (горячая вода, масло); III — электронагреватель расположен в лобовой или внутренней части стержня; IV — теплоноситель пропускается внутри стержня; V — ригель с трапецеидальной лобовой частью; VI — ригель с цилиндрической лобовой частью; VII — ригель ромбовидной формы; VIII — сквозной ригель; 1 — стержень; 2 — теплоизоляция; 3 — трубка с электронагревателем или с теплоносителем; 4 — провода; 5 — сталь круглая
Принципиальные схемы конструкций этих решеток практически одинаковы несмотря на различные условия их работы. Расчеты несущих элементов решеток на прочность выполняются с учетом всех возможных воздействий. При расчетах рекомендуется принимать перепад уровней на решетке при заглублении порога под НПУ на глубину до 20 м равным 2 м, при заглублении более 20 м — равным 3 м. Расстояния между ригелями и другими «несущими» элементами каркаса определяются на основании расчетов решеток на прочность.
Решетки состоят из плоских металлических стержней, собранных в отдельные пакеты, которые прикрепляются к ригелям несущего каркаса. В зависимости от действующих нагрузок и условий эксплуатации принимаются различные по форме и размерам стержни и элементы каркаса — ригели, стрингеры, стойки, раскосы. Для уменьшения гидравлического сопротивления ригели, а иногда и стержни решетки делаются обтекаемой формы (рис. 14.11). При изготовлении решеток они устанавливаются по направлению линий тока воды в водоприемнике. В случае изготовления ригелей в виде пустотелой конструкции их внутренние полости для защиты от коррозии обычно заполняются битумом. Расстояния в свету между стержнями решеток принимаются такими, чтобы через эти отверстия проходил только такой сор, который не может нарушить нормальную работу гидротурбин. Эти расстояния ориентировочно принимаются равными: для поворотно-лопастных и пропеллерных гидромашин
(D1 — диаметр рабочего колеса гидромашины), но не более 20см; для радиально-осевых и диагональных
, но не более 15 — 16 см; для ковшовых — от 2 до 6 — 7 см. Расстояние между стержнями, принятое при проектировании решетки, фиксируется при помощи распорных трубок, устанавливаемых между стержнями на стяжные шпильки (или болты). Крепление стержней в пакетах производится при помощи затяжки концевых гаек на стяжных шпильках. В последние годы стали применять крепление стержней к шпилькам при помощи сварки. Выбор способа крепления стержней производится с учетом конкретных условий эксплуатации. Обычно для изготовления решеток применяются стержни прямоугольного сечения. Минимальная толщина стержня для решеток низконапорных водоприемников принимается равной 10 мм, для решеток глубинных водоприемников — не менее 12 мм. Размер шага между шпильками принимается в пределах 0,8 — 1,4 м, диаметр шпильки 25 — 30 мм. Пакеты стержней специальными скобами крепятся к ригелям.
Каждая секция плоской стержневой трехсекционной сороудерживающей решетки (рис. 14.12) состоит из вертикальных стержней (полос) 1, соединенных в отдельные пакеты (марки) стяжными болтами, двух ригелей 2, стоек 3, раскосов 4, горизонтальных балочек (стрингеров) 5, опорно-концевых стоек 6. При демонтаже решетка может разбираться посекционно, для этого решетка поднимается над быком водоприемника на высоту одной секции, ставится на подхваты 7, отсоединяется верхняя секция и т. д.
Рис. 14.12. Плоская стержневая решетка
Наряду с достаточно сложными конструкциями решеток с пустотелыми обтекаемыми ригелями, развернутыми под разными углами по линиям тока, в последние годы разработаны конструкции решеток со сквозными ригелями, расположенными горизонтально и выполненными в виде ферм с поясами из круглой стали (рис. 14.13). Эксплуатация таких решеток на Саратовской, Нурекской, Чебоксарской и ряде других гидроэлектростанций показала, что они надежно работают и создают меньшие потери напора по сравнению с другими типами решеток. При большой высоте перекрываемых отверстий решетки изготовляют из отдельных секций; при установке на место секции решеток соединяются между собой сцепами.
В низконапорных водоприемниках, находящихся в районах с низкими отрицательными температурами, иногда предусматривается установка сороудерживающих решеток с обогревом для предотвращения их обмерзания (см. рис. 14.11,б).
Наиболее надежным способом обогрева является индукционный электрообогрев решеток. При этом стержни, ригели, стойки решеток выполняются пустотелыми для размещения в них электропроводов (рис. 14.11,б, схема 3).
В глубинных водоприемниках применяют несъемные плоские и полигональные сороудерживающие решетки, которые опираются на стационарные подрешеточные конструкции.
Механизмы для очистки решеток. Эффективная очистка решеток от сора и плавающих тел имеет большое значение для безаварийной эксплуатации гидроэлектрических станций и для обеспечения максимально возможной выработки электроэнергии. В зависимости от характера засорения решетки (попадание на решетку бревен и топляков, сучьев или водорослей) для очистки применяются различные очистные машины и механизмы: грейферы, ковши, бульдборы, механические грабли и др. (рис. 14.14).
Рис. 14.13. Сороудерживающая решетка 10,0 — 50,0 — 3,0 со сквозными ригелями водоприемника Нурекской ГЭС:
1 — ригель; 2 — диафрагма; 3 — ферма жесткости; 4 — стержни; 5 — опорно-концевая стойка; 6 — обратная распорка; 7 — опора
Оборудование для очистки обычно подвешивают к тросам кранов, обслуживающих водоприемники, или располагают на специальных решеткоочистных машинах, передвигающихся вдоль фронта решеток. Грабли применяют в основном при засорении решеток мелким сором, водорослями, травой и листьями. Бульдбор предназначен для очистки плоскости решеток путем ворошения и дробления мусора, находящегося на плоскости решетки и застрявшего между ее стержнями.
Грейфер типа «плип» предназначен для выемки бревен и других тел, плавающих в предрешетчатом пространстве. Он используется также для вычерпывания мелкого мусора. Горизонтальный челюстной грейфер предназначается для срезания мусора с плоскости решетки. Он состоит из верхней и нижней челюстей и гидропривода; при движении вниз грейфер очищает решетку и небольшое пространство перед ней от сора и топляков. Положение грейфера фиксируется направляющими пазами, в которых перемещаются его опорноходовые колеса.
Рис. 14.14. Оборудование для механизированной очистки сороудерживающих решеток:
а — решеткоочистная машина с механическими граблями; б — грабли; в — ковш; г—горизонтальный грейфер; д— горизонтальный челюстной пневматический грейфер; е — бульдбор; ж — грейфер типа «полип» с пневматическим приводом; 1 — верхняя челюсть; 2 — нижняя челюсть; 3 — нож; 4 — щетки; 5 — грабли
Опыт эксплуатации гидроэлектростанций на засоренных водотоках показывает, что для успешной борьбы с сором следует применять несколько типов сороуборочных механизмов.
