Стартовая >> Архив >> Генерация >> Гидроэлектрические станции

Напорные бассейны ГЭС - Гидроэлектрические станции

Оглавление
Гидроэлектрические станции
Введение
Гидравлическая энергия
Водные ресурсы и водохозяйственные комплексы
Водохозяйственные и энергетические комплексы
Состав сооружений и компоновка
Гидроэлектростанции с приплотинными зданиями
Деривационные гидроэлектростанции
Головные узлы, сооружения станционных узлов деривационных гидроэлектростанций
Использование технико-экономических показателей при проектировании
Водохозяйственные и водноэнергетические расчеты
Многолетнее регулирование стока
Диспетчерское регулирование
Водноэнергетические расчеты на основе балансового метода
Работа гидроэлектростанций в энергосистеме
Гидроаккумулирующие электростанции
Схемы гидроаккумулирующих электростанций
Особенности компоновок ГАЭС
Приливные электрические станции
Нетрадиционные источники гидравлической энергии
Волновые энергетические установки
Состав оборудования зданий
Выбор агрегатов ГЭС
Гидрогенераторы
Системы и устройства гидрогенераторов
Схемы главных электрических соединений
Повышающие трансформаторы
Схемы питания собственных нужд
Элегазовые подстанции
Средства измерения
Механическое оборудование
Сороудерживающие стержневые решетки и их очистка
Подъемно-транспортное оборудование
Масляное хозяйство
Пневматическое хозяйство
Система осушения проточной агрегатов
Служебные помещения здания станции
Подъездные пути
Русловые здания
Русловые здания совмещенного типа
Русловые здания с горизонтальными агрегатами
Водоприемники русловых зданий станций
Особенности приплотинных зданий станций
Здания деривационных станций
Подземные здания гидроэлектростанций
Размещение главных повышающих трансформаторов
Конструкции обделок подземных зданий
Полуподземные здания станций
Русловые здания малых ГЭС
Приплотинные здания и здания деривационных малых ГЭС
Элементы конструкций зданий
Конструкции и размеры надагрегатной части зданий станций
Температурные и осадочные швы
Монтажная площадка
Специальные вопросы гидравлики зданий
Элементы отводящего русла
Здания гидроаккумулирующих электростанций
Здания ГАЭС с двухмашинными агрегатами
Специальные типы агрегатов и зданий ГАЭС
Здания приливных электростанций
Водоприемники гидроэлектростанций
Работа, типы и конструкции безнапорных водоприемников
Отстойники гидроэлектростанций
Типы отстойников гидроэлектростанций
Деривационные каналы
Деривационные туннели
Напорные деривационные   трубопроводы
Технико-экономические расчеты деривационных водоводов
Напорные бассейны ГЭС
Бассейны суточного регулирования ГЭС и верхние бассейны ГАЭС
Напорные станционные водоводы
Конструкции стальных трубопроводов
Опоры свободно лежащих стальных трубопроводов
Железобетонные и сталежелезобетонные трубопроводы
Туннельные станционные водоводы
Неустановившиеся режимы работы гидроэлектростанций
Строительство, монтаж оборудования
Пусковой комплекс
Эксплуатация гидроэлектростанций
Проектирование гидроэлектростанций
Порядок выполнения и утверждения проектов гидроэлектростанций
Список литературы

ГЛАВА 29
НАПОРНЫЕ БАССЕЙНЫ ГЭС, ВЕРХНИЕ БАССЕЙНЫ ГАЭС

НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ СООРУЖЕНИЯ НАПОРНЫХ БАССЕЙНОВ

Назначение напорных бассейнов. Напорные бассейны входят в состав станционных узлов деривационных гидроэлектростанций. Назначение напорных бассейнов состоит в сопряжении безнапорной части деривации с напорной ее частью или со станционными напорными водоводами. При этом должно быть обеспечено независимое включение и отключение любого из напорных водоводов в обычных эксплуатационных условиях и в аварийных случаях, а также равномерное распределение расхода между ними.
В напорных бассейнах предусматривается возможность сброса избытков поступающей воды при изменении мощности ГЭС и в аварийных случаях, а также подачи расходов воды, необходимых для нижележащих водопользователей, при остановке гидроэлектростанции. Кроме того, в напорных бассейнах должна быть предусмотрена защита водоводов от проникновения в них сора, льда, наносов и т. д.
Состав сооружений напорных бассейнов. В состав напорного бассейна входят следующие основные сооружения и элементы (рис. 29.1): водоприемные устройства; аванкамера, осуществляющая плавный подвод воды к приемным устройствам; головные устройства водосбросных сооружений (сифонов, водосливов и т. д.); ледосбросные и шугосбросные устройства (если из напорного бассейна предусматривается сброс льда и шуги); промывные устройства для удаления наносов; донные водоспуски для опорожнения напорного бассейна и деривационного водовода (промывные устройства и донные водоспуски могут быть объединены); соединительные сооружения между напорным бассейном и бассейном суточного регулирования, если оба бассейна расположены рядом. Если из напорного бассейна осуществляется забор воды для орошения или водоснабжения, в нем устраиваются соответствующие водозаборные сооружения.


Рис. 29.1. Состав сооружений напорного бассейна:
1 — станционные водоводы D=2,4 м; 2 — водоприемные устройства; 3 — аванкамера; 4 — сифонный водосброс; 5 — водослив; 6 — быстроток, отводящая часть водосброса; 7 — ледосброс; 8 — шугосброс; 9 — шугосбросный отводящий лоток; 10 — промывные устройства; 11 — донные водоспуски; 12 — напорная стейка; 13 — соединительное сооружение; 14 — труба для опорожнения бассейна суточного регулирования

ВОДОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА И АВАНКАМЕРЫ НАПОРНЫХ БАССЕЙНОВ

Водоприемные устройства в значительной степени определяют размеры напорного бассейна и являются самой дорогостоящей его частью. Возможные конструкции водоприемных устройств приведены на рис. 29.2 и 29.3. К забральным стенкам, решеткам, пазовым конструкциям и другим конструктивным элементам водоприемных устройств предъявляется требование обеспечения минимальных потерь напора проходящего потока. Определение потерь и конструктивное оформление этих элементов могут быть выполнены в соответствии с рекомендациями, приведенными в гл. 26. Водоприемные устройства напорных бассейнов, так же как и водоприемники ГЭС, оборудуются основными и ремонтными затворами, решетками, подъемно-транспортными и решеткоочистными механизмами, воздушными противовакуумными и обводными трубами.
Аварийно-ремонтные затворы выполняются, как правило, плоскими и снабжаются индивидуальными подъемными механизмами с дистанционным и местным автоматическим управлением. Если напорные трубопроводы уложены открыто (рис. 29.2, 29.3,а), то аварийно-ремонтные затворы должны быть быстродействующими. В качестве ремонтного заграждения чаще всего применяют многосекционные плоские затворы.
Сороудерживающие решетки. Поступающая в напорный бассейн вода обычно не содержит крупных плавающих тел и сора, поэтому сороудерживающие решетки напорных бассейнов (в отличие от водоприемников ГЭС) устанавливаются, как правило, между ремонтными и аварийно-ремонтными затворами под углом 10 — 30° к вертикали. Наклонное расположение решеток позволяет эффективно использовать для их очистки решетко-очистные машины, оборудованные граблями.
В суровых климатических условиях над водоприемными устройствами предусматривается закрытое служебное помещение (рис. 29.3).
Отметка порога водоприемных устройств определяется диаметром напорных водоводов и необходимым заглублением их под наинизший уровень воды в напорном бассейне при установившемся либо неустановившемся режиме работы ГЭС.
При установившемся режиме минимальный уровень воды в напорном бассейне обычно соответствует условиям транзита шуги по деривационному водоводу и пропуска ее через турбины. Если колебания уровня воды в бассейне суточного регулирования значительны и не передаются в деривацию, то минимальный уровень в напорном бассейне равен отметке сработки бассейна суточного регулирования. Минимальный уровень воды при неустановившемся режиме определяется волной понижения уровня в напорном бассейне при увеличении расхода и нагрузки ГЭС (см. § 28.7).
Отметка верха ограждающих стенок и водоприемных устройств назначается с запасом 0,3 — 1,0 м над наивысшим уровнем воды, возможным при установившихся и неустановившихся режимах работы ГЭС. При саморегулирующемся деривационном безнапорном водоводе наивысший уровень воды в напорном бассейне определяется неустановившимся режимом, вызванным сбросом полной нагрузки ГЭС (см. § 28.7).
При несаморегулирующемся водоводе наивысший уровень воды в бассейне соответствует уровню, при котором весь расход деривации проходит через водосбросные сооружения напорного бассейна (турбины закрыты).
Аванкамера. Ширина и глубина аванкамеры в начальном сечении определяются размерами поперечного сечения безнапорной деривации, затем они постепенно увеличиваются по направлению течения и в концевом сечении соответствуют размерам водоприемных устройств.

Рис. 29. 2. (1)


Рис. 29.2. Водоприемное устройство напорного бассейна:
1 — аванкамера; 2 — ремонтное заграждение; 3 — клапанные затвор; 4 — шугосбросный лоток; 5 — промывочные отверстия и галереи; 6 — сороудерживающая решетка; 7 — промежуточный бычок; 8 — аварийно-ремонтный затвор; 9 — напорные трубопроводы; 10 — аэрационная шахта; 11 и 12 — дренажные трубы в колодцы; 13 — трансформаторное помещение; 14 — лебедка; 15 — решеткоочистная машина: 16 — быстроток


Рис. 29.3. Водоприемные устройства со служебными помещениями:
в —с горизонтальным начальным участком напорных трубопроводов: б —с вертикальным выходом туннельных напорных водоводов; 1 — аванкамера; 2 — ремонтное заграждение; 3 — обводная труба; 4 — сороудерживающая решетка; 6 — аварийно-ремонтный затвор; б — напорный водовод; 7 — датчик скорости воды; 8 — аэрационная труба; 9 — поплавковое устройство для контроля уровня воды; 10 — лебедки; 11 — монорельсовые подъемники; 12 — шугосбросный лоток; 13 — промывные отверстия в галереи; 14 — приемник поплавкового устройства; 15 — забральная стенка

Рис. 29.4. Схемы сопряжения аванкамеры с деривационным каналом и напорной стенкой бассейна:
1 — канал; 2 — аванкамера; 8 — напорные водоводы; 4 — ледосброс (шугосброс); 5 — водослив; 6 — направляющая стенка; 7 — запань; 8 — направляющие бычки; 9 — приемный лоток (колодец) быстротока; 10 — быстроток

Для уменьшения потерь напора и равномерного распределения расхода воды между напорными водоводами изменение площадей поперечных сечений и форма аванкамеры должны быть плавными — угол расширения не более 10 — 12°. При расширении аванкамеры в плане и вертикальной плоскости под углом свыше 10 — 12° большая часть кинетической энергии потока, имевшейся на входе в аванкамеру, теряется. Вместе с тем если длина и высота напорной стенки значительно превышают ширину и глубину потока в деривации, то при соблюдении рекомендуемых значений этого угла длина аванкамеры и стоимость напорного бассейна получаются весьма большими. Сокращение длины аванкамеры в этих случаях может быть получено путем установки в ней распределительных бычков или тонких стенок.
Аванкамеры могут располагаться в выемке, в полунасыпи-полувыемке, а также могут быть образованы ограждающими дамбами или напорными стенками.
Форма аванкамеры в плане и ее сопряжение с каналом и напорной стенкой определяются топографическими и геологическими условиями. Некоторые характерные схемы аванкамер приведены на рис. 29.4.

СБРОСНЫЕ СООРУЖЕНИЯ НАПОРНЫХ БАССЕЙНОВ

Водосбросные сооружения напорных бассейнов предназначены для сброса воды во время регулирования мощности и при аварийных отключениях нагрузки ГЭС. Они должны включаться автоматически и быть быстродействующими. Водосбросные сооружения обязательно следует предусматривать при несаморегулирующихся деривационных каналах. В схемах ГЭС с саморегулирующимися каналами водосбросы устраивают, если необходимо обеспечить непрерывную подачу в нижний бьеф относительно больших расходов воды для удовлетворения потребностей других водопользователей. Расчетный расход водосброса принимают обычно равным максимальному расходу деривации.
Водосбросы состоят из головной и отводящей частей. Головная часть располагается в пределах напорного бассейна и служит для забора воды из него, а отводящая часть отводит сбрасываемую воду в нижний бьеф. Головная часть автоматического водосброса может быть выполнена в виде водослива без затворов на гребне, сифонов и отверстий с автоматическими затворами.
Водосливы наиболее просты по устройству и безотказны в эксплуатации. Их недостатком является малая удельная пропускная способность (на 1 м длины водосливного фронта), в связи с чем они имеют значительную длину. Для уменьшения длины водослива принимается сравнительно большая высота переливающегося слоя (A=0,5-:-0,75 м), что приводит к увеличению высоты подпорных сооружений напорного бассейна и повышению берм деривационного канала.
Водослив может быть выполнен в виде стенки, однолотковым подковообразным и многолотковым. Применение многолоткового водослива (рис. 29.5,6) позволяет существенно сократить высоту переливающегося слоя воды.
Сифонные водосбросы (рис. 29.5,б) позволяют ограничить колебания уровня воды в бассейне, так как их удельный расход в 4 — 5 раз больше, чем водослива. Они выполняются обычно в виде батареи сифонных труб (не менее двух); количество труб зависит от сбрасываемого расхода и размеров сифона.


Рис. 29.5. Водосбросы напорных бассейнов:
а — однолотковый подковообразный водослив; б — многолотковый водослив; в — сифонный водосброс; 1 — аванкамера; 2 — соединительный канал между напорным бассейном и бассейном суточного регулирования; 3 — приемный лоток быстротока; 4 — напорная стенка; 5 — подковообразный водослив; 6 — водоприемные устройства; 7 — многолотковый водослив; 8 — быстроток; 9 — регулятор расхода воды

Регуляторы сифонных водосбросов, которые автоматически и постепенно увеличивают пропускную способность каждой трубы сифона по мере подъема уровня воды в напорном бассейне, а также ступенчатое размещение порогов отдельных сифонных труб .позволяют полностью исключить возникновение волн в бассейне при работе водосброса.
Водосбросы с затворами (см. рис. 29.2) являются дорогостоящими сооружениями, но они имеют небольшую ширину, удобно компонуются в напорном бассейне, позволяют обеспечить незначительные колебания уровня воды в нем, а также быструю подачу необходимого расхода в нижний бьеф.
Водосбросы с поверхностными затворами могут использоваться также для сброса шуги и льда, а с глубинными — для промывки напорных бассейнов от наносов.
Выбор типа головной части водосброса производится на основании технико-экономических расчетов. Наиболее целесообразно применение смешанной системы водосбросных сооружений (например, водослива и водосброса с автоматическими затворами и т. п.).
Отводящая часть водосбросов выполняется в виде открытого быстротока, заканчивающегося водобойным колодцем или консольным сбросом. При сравнительно небольших расходах могут применяться также перепады и безнапорные железобетонные трубы.
Сброс льда и шуги. В напорных бассейнах деривационных ГЭС с безнапорной деривацией в районах, где возможно образование ледяного покрова и шуги, предусматривают специальные ледосбросы и шугосбросы. Ледосбросы устраивают в виде нешироких (2 — 7 м) водосливных пролетов (рис. 29.1), перекрываемых плоскими или клапанными затворами, 'позволяющими регулировать толщину переливающегося слоя воды. Высотное положение гребня ледосброса определяется толщиной льда и наинизшей отметкой уровня воды в напорном бассейне, при которой возможен сброс льда. Минимальное заглубление гребня ледосброса под этот уровень рекомендуется принимать около 1,7 толщины льда.
Для защиты конструкции от ударов льда в приемной траншее ледосброса необходимо предусматривать водяную подушку. Ледосброс может использоваться также для сброса сора и шуги из напорного бассейна.
Шугосбросы (в виде водосливных пролетов, перекрываемых затворами) располагаются, так же как и ледосбросы, рядом с водо- приемными камерами в одну линию с ними или в боковой стенке аванкамеры. Для направления к ним шуги устраиваются плавучие
направляющие запани (см. рис. 26.11, 29.4).
Лотковые шугосбросы устанавливаются поперек потока, перехватывают весь поверхностный слой шуговодяной массы и отводят его в отводящую часть водосбросных сооружений. С целью уменьшения сбрасываемого с шугой расхода воды толщина переливающегося слоя регулируется плоскими или клапанными затворами (рис. 29.2).
Шугосбросные лотки могут располагаться при входе в аванкамеру (рис. 29.1), в аванкамере в некотором удалении от водоприемных устройств и в водоприемных устройствах (рис. 29.2, 29.3). Выбор места расположения шугосбросного лотка производится на основании технико-экономического сравнения вариантов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТОВ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ НАПОРНЫХ БАССЕЙНОВ ГЭС И ВЕРХНИХ БАССЕЙНОВ ГАЭС

Расположение напорных и верхних бассейнов на относительно крутых склонах или вблизи них обусловливает наличие коротких путей фильтрации в его основании и в обход напорной стенки, а также опасность выхода фильтрационных потоков на склон (рис. 29.6, схемы 1 и II). При соответствующих геологических условиях могут произойти суффозия грунтов, образование оползней, неравномерные осадки сооружений бассейна И даже их разрушение.
В связи с этим при расчетах устойчивости сооружений напорных и верхних бассейнов на нескальных основаниях необходимо проведение фильтрационных расчетов, устанавливающих фильтрационный расход, положение пьезометрического уровня грунтового потока, распределение напоров и скоростей в толще основания и по подземному контуру сооружений, а также характер воздействия фильтрационного потока на грунты основания. При скальном основании фильтрационные расчеты ограничивают определением давления на подземный контур сооружений бассейна.
Расчеты общей устойчивости сооружений напорных н верхних бассейнов включают расчеты: на скольжение сооружения по поверхности основания; на сдвиг сооружения вместе с несущим нескальным грунтовым массивом (по пунктирной линии на рис. 29.6, схема I); на опрокидывание; а также расчеты осадок сооружений н напряжений в их основании.
При разнородных нескальных грунтах основания (рис. 29.6, схема III) устойчивость сооружений на сдвиг вместе с частью основания проверяют по различным поверхностям сопряжения разнородных грунтов (см. гл. 24).
Производят также статические расчеты прочности элементов сооружения напорного и верхних бассейнов.
Расчеты устойчивости и прочности сооружений производят для основного и для особого сочетаний как постоянных, так и кратковременно действующих нагрузок.
Противофильтрационные мероприятия и дренажные устройства. При строительстве напорных и верхних бассейнов применяют различные противофильтрационные мероприятия: облицовки внутренних поверхностей ограждающих сооружений, искусственное укрепление грунтов основания, устройство глубокого зуба, шпунтовых стенок и цементационных завес, ограждений и др.


Рис. 29.6. Схемы к расчету напорных бассейнов ГЭС:
1 — напорная стенка бассейна; 2 — боковая подпорная стенка; 3 — ограждающая дамба; 4 — фильтрационный поток; 5 разнородные грунты основания ограждающей дамбы

Облицовки дна и откосов ограждающих дамб устраивают, как правило, во всех случаях; применение других противофильтрационных устройств и выбор их типа определяются технико-экономическими расчетами. Конструкция облицовки аванкамеры напорного бассейна и ее расчет аналогичны конструкции и расчету облицовок каналов (см. гл. 28).
Для увеличения пути фильтрации в обход сооружения могут устраиваться специальные боковые шпоры и стенки. С этой же целью выполняется фундаментная плита с глубоким верховым зубом, доходящим до водоупора (см. рис. 29.2), или устраивается шпунтовая стенка. В скальном трещиноватом основании выполняются цементационные завесы.
Противофильтрационные мероприятия в напорном и верхнем бассейнах и деривационном канале уменьшают, но не исключают полностью фильтрацию воды в них. Поэтому необходим организованный сбор и отвод профильтровавшейся, а также грунтовой воды с помощью дренажных устройств. Конструкция дренажного устройства под облицовкой аванкамеры напорного бассейна аналогична дренажной конструкции под облицовкой канала. Для перехвата воды, профильтровавшейся через горизонтальные и вертикальные швы водоприемных устройств напорного и верхнего бассейнов, в верховом л низовом зубьях устраивают дренажные галереи, соединяющиеся между собой дренажными трубами (рис. 26.9,а). Из дренажной галереи, расположенной в низовом зубе, фильтрационная вода отводится на сброс.



 
« Гидратный водно-химический режим на электростанциях с барабанными котлами   Главные электрические схемы электростанций »
электрические сети