Стартовая >> Архив >> Генерация >> Гидроэлектрические станции

Железобетонные и сталежелезобетонные трубопроводы - 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

Железобетонные трубопроводы.

В последнее время для напоров до 300 м стали более широко применяться железобетонные трубопроводы в обычном исполнении и с предварительным напряжением.
Железобетонные трубопроводы, работающие под относительно большим напором, выполняются круглого сечения, так как эта форма сечения оптимальна для восприятия внутреннего давления воды. Иногда при действии небольших напоров форма поперечного сечения оболочки железобетонных трубопроводов выполняется с очертанием, близким к форме так называемой «кривой давления». Сечение оболочки по «кривой давления» позволяет уменьшить изгибающие моменты в сечении по сравнению с моментами, возникающими от действия тех же нагрузок в оболочке круглой формы. Уменьшение моментов в свою очередь приводит к уменьшению расчетного количества рабочей арматуры, устанавливаемой в трубопроводе, следовательно, к снижению его стоимости. Так, изготовление железобетонных трубопроводов на Храмской ГЭС с учетом «кривой давления» позволило за счет экономии бетона и арматуры уменьшить стоимость трубопроводов на 113%.
Работа оболочки железобетонного трубопровода зависит от принятой схемы его опирания. В большинстве случаев железобетонные трубопроводы между анкерными опорами укладываются на сплошную опору с центральным углом опирания не менее 90°. Иногда железобетонные трубопроводы опираются на отдельные промежуточные седловые опоры.
Железобетонные трубопроводы могут изготовляться монолитными или в виде сборной конструкции, состоящей из отдельных звеньев. Во избежание значительных усадочных напряжений бетонирование трубопровода ведется отдельными участками длиной не более 70 — 80 м. Участки бетонируются в направлении от середины к концам. Между забетонированными участками трубопровода оставляются промежутки с выступающими из концов участка выпусками арматуры, которые бетонируются после усадки основного бетона при возможно более низкой температуре. Такая последовательность в производстве бетонных работ соблюдается, чтобы избежать появления больших растягивающих напряжений в оболочке трубопроводов после замыкания участков. В процессе бетонирования не рекомендуется оставлять незамкнутыми (незабетонированными полностью) кольца оболочки трубопровода.
Железобетонные трубопроводы обычно изготовляются из жесткого бетона высокопрочных марок. Для увеличения водонепроницаемости внутренняя поверхность оболочки трубопровода торкретируется или облицовывается металлической рубашкой, изготовленной из тонкой прокаткой стали. Расчет на прочность железобетонных трубопроводов производится в соответствии с правилами расчета на прочность железобетонных конструкций.
Основная рабочая арматура железобетонных трубопроводов изготовляется в виде отдельных колец или в виде спирали. На практике применяют различные схемы расположения рабочей арматуры в поперечном сечении оболочки, однако во всех случаях толщина защитного слоя бетона принимается не менее 2 см.
В железобетонных трубопроводах, бетонируемых на месте с опиранием на отдельные опоры, рабочая арматура, воспринимающая изгибающие моменты, располагается в зоне растягивающих напряжений, т. е. непосредственно в подошве и в замке оболочки трубопровода. Остальная продольная арматура, устанавливаемая в трубопроводе, в основном служит только в качестве монтажных связей. При опирании трубопровода на сплошную опору по всей длине, также как и при изготовлении трубопровода из отдельных звеньев, продольная арматура располагается равномерно по всему сечению оболочки.

В предварительных расчетах толщину оболочки трубопровода можно определить [30] на зависимости
(30.32)
где kтр — коэффициент запаса по трещиностойкости бетона; р — расчетное максимальное внутреннее давление воды в центре трубопровода (с учетом гидравлического удара); г —внутренний радиус трубопровода; σa — расчетное напряжение в арматуре; Fa — площадь кольцевой арматуры; Rр — расчетный допустимый предел прочности бетона на растяжение.
Коэффициент запаса k в предварительных расчетах принимается на 20 — 30 % выше нормативного значения, так как в расчетах не учитывается действие на трубопровод других сил, кроме внутреннего давления воды.

Предварительно напряженные железобетонные трубопроводы.

Эти трубопроводы обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными железобетонными. Применение предварительного напряжения арматуры и обжатия бетона позволяет почти в 1,5 — 2 раза сократить расход бетона и на 20 — 25% уменьшить расчетное количество арматуры в трубопроводе.
Предварительно напряженные железобетонные трубопроводы в основном изготовляются из отдельных звеньев, доставляемых на место строительства. Однако иногда предварительно напряженные трубопроводы бетонируются непосредственно на трассе.
Предварительно напряженные трубопроводы отличаются схемой армирования оболочки и конструкцией стыков отдельных звеньев. Изготовление звеньев предварительно напряженных железобетонных труб осуществляется в заводских и полигонных условиях в основном тремя способами: механическим, термическим и гидравлическим. Наиболее распространенным является механический способ, который применяется в разных странах не только в различной модификации, но и в комбинации с термическим и гидравлическим способами. При механическом способе изготовления на готовый бетонный или железобетонный трубчатый сердечник (с предварительно напряженной или обычной продольной арматурой) под натяжением навивается высокопрочная стальная проволока, которая в дальнейшем защищается от коррозии и механических повреждений защитным слоем бетона (торкрета). Иногда для защиты стальной проволоки применяется асфальтобетон, битум или песчано-цементная смесь с битумными эмульсиями.
При термическом способе изготовления стальная проволока перед навивкой нагревается до определенной температуры и в горячем состоянии навивается на бетонный сердечник. После охлаждения проволоки на нее наносится защитный слой бетона.
При гидравлическом способе для изготовления звеньев предварительно напряженных железобетонных труб применяются специальные формы, состоящие из наружного и внутреннего трубчатых механических кожухов и гидравлической водяной камеры
с уплотняющей резиновой оболочкой. Деформируясь под давлением воды, создаваемом в гидравлической камере, резиновая оболочка передает это давление на промежуточную кольцевую конструкцию, внутри которой находится армированная бетонная смесь. Окаймляющая бетон конструкция — деформируемая опалубка — выполняется из деревянных брусьев и стальных пластин для обезвоживания и нагрева бетона с целью ускорения процесса схватывания. Под давлением воды кольцевая опалубка расширяется вместе с уплотненной бетонной смесью и уложенной в ней арматурой, вызывая тем самым предварительное напряжение этой арматуры. После приобретения бетоном соответствующей прочности готовое звено трубы вынимается из формы.
При изготовлении бетонных и железобетонных сердечников предварительно напряженных труб применяются различные способы уплотнения бетона (вибрирование, прессование, центрифугирование) в его термическая обработка.
В СССР изготовление отдельных звеньев предварительно напряженных железобетонных трубопроводов в основном производится механическим способом, причем бетонные трубы обычно формуются в вертикальных стальных формах. Бетон уплотняется вибрированием и для ускорения твердения подвергается термообработке. Навивка проволоки на бетонный сердечник осуществляется на специальной навивочной машине. Защитный наружный слой бетона наносится торкретированием.
В значительной мере безаварийная работа сборных предварительно напряженных железобетонных трубопроводов зависит от надежной работы стыков отдельных звеньев трубопровода, т. е. от их водонепроницаемости. В зависимости от условий опирания соединение звеньев трубопроводов осуществляется с помощью жестких стыков, не допускающих смещения трубопроводов, и гибких стыков, выполняющих роль компенсаторов. Применяются различные конструкции таких стыков.
Сталежелезобетонные трубопроводы. Эти трубопроводы применяются в качестве станционных водоводов ГЭС и ГАЭС. Трубопроводы представляют собой относительно толстую цилиндрическую «двухслойную» трубу, состоящую из внутренней стальной оболочки и наружной железобетонной обоймы (рис. 30.13). Сталежелезобетонные трубопроводы выполняются в виде открытых конструкций, расположенных на поверхности земли, и в виде выносных трубопроводов в приплотинных зданиях станций. Они изготовляются монолитными и сборными.
Монолитные конструкции сталежелезобетонных трубопроводов обычно применяются на выносных трубопроводах приплотинных зданий (Красноярская, Зейская, Чиркейская, Саяно-Шушенская, Курпсайская ГЭС и др.). В этих конструкциях внутренняя стальная оболочка трубопровода усилена снаружи обетонированным армокаркасом.

Рис. 30.13. Конструкция типового негабаритного сталежелезобетонного трубопровода:
1 — стальная оболочка; 2 — внутреннее кольцо армокаркаса; 3 — наружное кольцо армокаркаса; 4 — раскрепляющая ферма; 5 — распределительные стержни арматуры; А — технологический зазор между оболочкой и армокаркасом трубопровода

В выносных трубопроводах оболочка и армокаркас изготовляются раздельно и самостоятельными монтажными блоками. Например, на Красноярской ГЭС при изготовлении каждой нитки трубопровода было израсходовано 661,3 т листовой стали на оболочку и 749,5 т арматурной стали на армокаркас. Армокаркасы выполнялись из штучной арматуры в виде цельнозамкнутых (по кольцу) конструкций на специальном кондукторе. На Саяно-Шушенской ГЭС при изготовлении армокаркасов была применена более совершенная технология — рабочая (кольцевая)  арматура устанавливалась в виде непрерывной спирали.
Опыт сооружения монолитных выносных сталежелезобетонных трубопроводов показал, что они требуют больших затрат высококвалифицированного ручного труда. Технологические операции по изготовлению оболочки и армокаркаса (разметка листов, резка, гибка, подготовка кромок под сварку, сварка монтажных секций оболочки и армокаркаса, установка внутри секций оболочек временных монтажных распорок и т. п.) весьма трудоемки. Также трудоемкими операциями являются доставка со сборочной площадки на место установки и непосредственно сама установка секций оболочки и армокаркаса в проектное положение и бетонирование трубопровода, расположенного под большим наклоном к горизонту (например, на Красноярской ГЭС угол наклона трубопровода составляет 52°, на Саяно-Шушенской 55 — 73°).
Сборные сталежелезобетонные трубопроводы имеют некоторые преимущества по сравнению с монолитными, что способствует широкому применению этих трубопроводов при сооружении деривационных ГЭС, насосных станций, мощных ГАЭС среднего напора с открыто расположенными подводящими трубопроводами. Изготовление элементов сборных сталежелезобетонных трубопроводов обычно осуществляется на территории стройбазы индустриальным способом, что позволяет в заводских условиях изготовлять монтажные звенья трубопровода высокого качества. При применении сборных сталежелезобетонных трубопроводов уменьшаются сроки строительства.
В СССР все более широкое применение находят сборные сталежелезобетонные трубопроводы больших размеров. Например, на строительстве Загорской и Кайшядорской ГАЭС применены трубопроводы диаметром 7,5 м, рассчитанные на напор до 160 м (рис. 30.14). Конструкция этих трубопроводов и механизированная линия для их изготовления разработаны Гидропроектом и СКВ «Мосгидросталь».

Рис. 30.14. Конструкция трубопровода Загорской ГАЭС

Производительность механизированной линии определялась сроками строительства ГАЭС и была принята 1,5 звена трубопровода в сутки при двухсменной работе. Трубопровод монтируется на трассе из отдельных звеньев, имеющих следующие параметры: внутренний диаметр 7,5 м; наружный диаметр 8,3 м; длина основного звена 4,41 м; толщина внутренней металлической облицовки 10 мм; масса основного эвена 140 т. В данной конструкции основная часть нагрузки воспринимается обетонируемым армокаркасом. При расчете прочности учитывается также стальная оболочка, но ее основным назначением является гидроизоляция трубопровода.
Технология изготовления звена сборного сталежелезобетонного трубопровода следующая: внутренняя спираль 2 навивается на оболочку 1 без зазора и крепится к ней сваркой прерывистым швом. Наружная спираль 3 навивается на армофермы 4, приваренные к оболочке. Витки наружной спирали закрепляются сваркой к поясам армоферм. На наружную спираль закрепляется распределительная арматура 5. Применение оболочки толщиной 10 мм существенно снизило трудоемкость сборочных и сварочных работ. Монтажное звено трубопровода после обетонирования армо- каркаса приобретает значительную жесткость, что позволяет внутри звеньев размещать устройства для механизации сборочно-сварочных, антикоррозионных и других работ (в монолитных трубопроводах больших диаметров внутри монтажных звеньев устанавливают временные распорки, что не только увеличивает расход металла, но и затрудняет применение средств механизации монтажно-сварочных работ, передвигаемых внутри трубы). Конструкция сборного сталежелезобетонного трубопровода и способ его изготовления обеспечивают значительный экономический эффект, обусловленный уменьшением расхода бетона, металлопроката, сварочных материалов, снижением трудоемкости изготовления трубопровода (толщина железобетонной оболочки в монолитных конструкциях трубопроводов из- за необходимости обеспечения надлежащего качества укладки бетона принимается 0,7 — 1,5 м, в сборных 0,4 — 0,5 м).
Основными преимуществами сталежелезобетонных трубопроводов по сравнению со стальными являются: общая экономия металла, в первую очередь дефицитного листового; относительно большая тепловая инерция защитной железобетонной оболочки; защита железобетоном металлической облицовки от атмосферных воздействий, что позволяет отказаться от антикоррозионных покрытий ее внешней поверхности.
Опыт строительства сталежелезобетонных трубопроводов и результаты экспериментальных и теоретических исследований позволили установить следующее: при действии внутреннего давления наблюдается совместная работа оболочки и железобетонной обоймы; нарушение связи стальной оболочки с бетоном не влияет на напряженное состояние трубопровода; разрушение конструкции оболочки происходит с образованием ограниченного количества радиальных трещин в бетоне, при этом раскрытие трещин внутри и снаружи трубы одинаково; в сечении с трещиной растягивающие напряжения в стальной оболочке и в арматурных кольцах практически одинаковы.
Все эти положения учитываются при расчете прочности сталежелезобетонных трубопроводов.

При выборе кольцевой арматуры соблюдается требование, чтобы расчетное сопротивление арматуры было не ниже, чем внутренней стальной оболочки трубопроводов. Проверка прочности стальной оболочки при эксплуатационной нагрузке производится с учетом двухосного напряженного состояния по приведенным напряжениям (30.29).
Бетон выполняет следующие основные функции: передачу внутреннего давления с облицовки на арматуру, антикоррозионную защиту металлической облицовки, обеспечение жесткости.



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