ГЛАВА 17
ПРИПЛОТИННЫЕ ЗДАНИЯ И ЗДАНИЯ ДЕРИВАЦИОННЫХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
ОСОБЕННОСТИ ПРИПЛОТИННЫХ ЗДАНИЙ СТАНЦИЙ
Компоновка наземных приплотинных зданий предусматривает подвод воды к агрегатам по турбинным трубопроводам, которые либо прокладываются в теле бетонных плотин, либо 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. Как правило, при бетонной плотине здание станции непосредственно примыкает к ее низовой грани [7]. 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. (Такой тип здания близок к зданию деривационного типа и назван автономным.) Однако во всех случаях здание станции не воспринимает напор верхнего бьефа, что позволяет существенно облегчить его конструкцию по сравнению с русловыми зданиями, особенно в подводной части. Давление верхнего бьефа, передаваемое на здание станции через станционный трубопровод, невелико и учитывается при расчетах отдельных опорных конструкций здания.
Рис. 17.1. Схемы приплотинных зданий ГЭС
На рис. 17.1 приведено несколько наиболее распространенных схем приплотинных зданий.
Рис. 17.2. Здание Саяно-Шушенской ГЭС (вариант проекта):
1 — сороудерживающая решетка; 2 — паз ремонтного затвора; 3 — гидроподъемник основного затвора; 4 — турбинные водоводы; 5 — повышающий .трансформатор; 6 — выводы агрегатов; 7- гидрогенератор; 8 — турбинная шахта; 9 — скважины цементации основания; 10 — скважина глубокого дренажа; 11 — главный кран машинного зала грузоподъемностью 500/125 т; 12 — вспомогательный кран машинного зала
Схема I характерна для расположения здания станции за массивными бетонными плотинами. Турбинные камеры агрегатов таких зданий обычно имеют металлическую или сталежелезобетонную конструкцию (железобетон и металлическая водонепроницаемая облицовка). Вода к ним 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). станции, во многих случаях достаточна для размещения повышающих трансформаторов и другого вспомогательного оборудования. По рассматриваемой схеме построены здания Братской, Красноярской (см. рис. 3.7), Усть- Илимской и ряда других ГЭС.
На рис. 17.2 изображен один из вариантов проекта здания Саяно-Шушенской ГЭС с агрегатами мощностью по 640 МВт, в котором трансформаторы и другое электрическое оборудование расположены между низовой гранью плотины и зданием станции.
В некоторых компоновках площадки для размещения трансформаторов располагаются со стороны нижнего бьефа над диффузорами отсасывающих труб (рис. 17.1, схема 11), а под трансформаторами размещаются вспомогательные помещения.
Рис, 17.3. Здание Чиркейской ГЭС с двухрядным расположением агрегатов:
а — разрез по зданию ГЭС; б — план; I —турбинный водовод; 2 — вспомогательные помещения; 3 — главный силовой трансформатор; 4 — положение трансформатора при выкатке на ревизию; 5 — водоприемники; 6 — монтажная площадка; 7 — первый машинный зал; 8 — второй машинный зал
Примечание: жирными линиями обозначены конструкции здания, выполненные из сборного железобетона
Рис. 17.4. Проект здания, встроенного в тело массивной бетонной плотины (а), и геометрическая схема контура машинного зала(б):
1 — паз основного затвора; 2 — паз ремонтного затвора; 3 — воздухоподводящая труба; 4 — автодорога; 5 — обводная труба; 6 — смотровая галерея; 7 — железобетонная стенка; 8 — цементационная галерея
Высота изогнутых отсасывающих труб для радиально-осевых, турбин обычно составляет (2,3 — :-2,5)D, но во многих случаях достигает (2,6-:-3,0). Это приводит к тому, что при больших диаметрах агрегатов (например, Красноярская ГЭС, Саяно-Шушенская ГЭС) фундаментная плита здания ГЭС располагается значительно ниже подошвы плотины. Однако, поскольку длина диффузоров изогнутых отсасывающих труб обычно не превышает (3,5-:-4,0), во многих случаях вспомогательные помещения приходится располагать в блоке монтажной площадки или в специальной пристройке к зданию станции. В этих случаях диффузор заканчивается коробчатой конструкцией, выдающейся в сторону нижнего бьефа (рис. 17.1, схема V), на которой размещаются трансформаторы.
В большинстве случаев здание станции отделяется от плотины швом. Но если плотина и здание станции располагаются на прочном скальном основании, то возможны значительное приближение здания к плотине н даже частичная врезка его (рис. 17.1, схема II). Для уменьшения возникающих при этом в теле плотины напряжений предусматриваются специальные контрфорсы, частично пересекающие машинный зал, что может вызвать необходимость некоторого удлинения здания. Подкрановые балки, а также перекрытие здания могут опираться на низовую грань плотины. Повышающие трансформаторы располагаются в таком случае со стороны нижнего бьефа над диффузорами отсасывающих труб, длина которых может быть для этого несколько увеличена, либо они выносятся на открытую подстанцию, располагаемую вне пределов здания станции.
Приплотинное здание станции за арочной плотиной до последнего времени из-за кривизны плотины в плане, оказывалось несколько отодвинутым от ее низовой грани. Водоводы, как правило, располагались в скальном массиве и обходили плотину. Разработка методов расчета арочных плотин со сквозными отверстиями, а также учет совместной работы плотины и ее основания позволили пропускать водоводы через тело плотины, а здание станции располагать ближе к низовой грани (рис. 17.1, схема III). с крутыми склонами могут привести также к применению схем, подобных изображенной на рис. 17.3.
Рис, 17.5. Здание Мингечаурской ГЭС:
I — гидрогенератор; 2 — подпятник; 3 — радиально-осевая турбина; 4 — дисковый затвор; 5 — сливная линия из турбинного трубопровода; 6 — сливная линия из спиральной камеры; 7 — коллектор; 5 — сливная линия из отсасывающей трубы; 9 — привод вентиля на сливной линии; 10 — съемная крышка для выемки дискового затвора; 11 — технологические помещения; 12 — тележка для выкатки трансформатора
Уменьшение длины здания ГЭС в этом случае достигается двухрядным расположением агрегатов. Оба пролета обслуживаются одним грузоподъемным краном, который по специальным путям в блоке монтажной площадки может быть переведен из одного пролета в другой. Необходимость размещения отсасывающих труб в два яруса приводит к расположению их выходных отверстий на разных отметках. Трубы при этом имеют различную высоту и длину.
Для уменьшения ширины образующейся между плотиной и зданием станции сегментной вставки зданию во многих случаях придается в плане криволинейное очертание. Здание очерчивается по дуге, совпадающей с дугой низовой грани арочной плотины.
Паводковые водосбросы в виде трамплинов могут располагаться на перекрытии здания станции. В очень узких ущельях и при необходимости установки нескольких агрегатов зданию станции может быть придана обратная кривизна по отношению к низовой грани плотины. Образующаяся между плотиной и зданием чечевицеобразная вставка используется для размещения вспомогательных помещений.
Проектирование и строительство высоконапорных гидроэлектростанций в узких ущельях
Рис. 17.6. Здание Нурекской ГЭС с агрегатами мощностью по 300 МВт:
На схеме IV (рис. 17,1) 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. Если расстояние между контрфорсами не позволяет расположить агрегатный блок, а также не допускается ослабление контрфорсов отверстиями, то здание станции частично или полностью выносится за пределы контрфорса. При больших расстояниях между контрфорсами иногда представляется возможным размещение всего здания станции в одном пролете.
При гравитационных плотинах большой высоты возможно сооружение так называемого встроенного здания станции, представляющего собой полость внутри тела плотины, размеры и форма которой достаточны для размещения основного гидромеханического и электрического оборудования (рис. 17.1, схема V). Однако при этом необходимо обеспечить сохранение прочности подпорного сооружения. Вертикальные или наклонные подводящие водоводы также располагаются в теле плотины. Отвод воды от агрегатов осуществляется изогнутыми отсасывающими трубами с диффузорами относительно большой длины. Когда длина труб по условиям регулирования агрегатов (см. § 32.1) недопустимо велика, диффузоры заканчиваются отводящими камерами большого сечения. Преимущества подобных компоновок заключаются в уменьшении общего объема бетонных работ, сокращении длины напорных водоводов и уменьшении гидравлических потерь, а также в улучшении условий эксплуатации гидромеханического и электрического оборудования, работающего в условиях постоянных температуры и влажности. На рис. 17.4 приведена компоновка здания ГЭС в теле плотины с агрегатами мощностью по 220 — 230 МВт, работающими при напоре 100 м.
Расположение сооружений в узких створах, когда устройство береговых водосбросов затруднено, приводит к компоновкам, изображенным на рис. 17.1 (схема VI), в которых водосбросы располагаются на перекрытии здания станции. Проходящий по водосбросам ноток специальным носком отбрасывается от здания станции на значительное расстояние. Гашение энергии происходит за счет аэрации потока, а при криволинейном очертании гребня плотины —за счет соударения струй в воздухе. Вследствие повышенной влажности воздуха, образующейся при работе водосбросов, электрическое оборудование приходится размещать в закрытых помещениях или на площадках, удаленных от здания станции.
Силовые трансформаторы могут располагаться в закрытых помещениях между машинным залом и низовой гранью плотины.
Со стороны нижнего бьефа машинный зал должен быть защищен сплошной железобетонной стеной, допускающей повышение уровня нижнего бьефа до отметок, соответствующих предельному суммарному расходу гидроузла.
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 (см. рис 7.1) 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 (рис. 17.5). В схеме VIII все усилия от водоводов воспринимаются окружающей их породой. Конструкция здания Нурекской ГЭС, расположенного за грунтовой плотиной и соединенного с верхним бьефом туннельными водоводами, показана на рис. 17.6. В здании установлены девять агрегатов мощностью по 300 МВт, 275 м. Вода подводится к агрегатам по трем туннельным водоводам диаметром 9,0 м с разветвлением каждого из них на три перед зданием гидроэлектростанции. Козловой кран, обслуживающий машинный зал, расположен над перекрытием, в котором над всеми агрегатами и монтажной площадкой сделаны съемные крышки. Для обслуживания установленных перед турбинами шаровых затворов над ними имеется специальный мостовой кран. В машинном зале также предусмотрен мостовой кран, позволяющий производить частичный монтаж и демонтаж оборудования без разборки перекрытия.
