ЛЕДОВЫЙ РЕЖИМ НА НАПОРНО-СТАНЦИОННЫХ УЗЛАХ
§ 24. Работа шугосбросных устройств.
На среднеазиатских установках хорошо зарекомендовали себя шугосбросные лотки системы Гостунского.
Лоток (деревянный или железобетонный) устанавливается перпендикулярно направлению течения потока, обычно в пределах напорного бассейна (см. фиг. 14 и 19). Передняя стенка лотка образует порог для поступления в него воды с шугой. Задняя стенка поднята над уровнем воды. На некоторых лотках отметку входного порога можно регулировать.
Для захвата шуги с более глубоких слоев и для более плавного ее входа в лоток, перед порогом иногда устанавливают наклонную стенку. Через выходное отверстие шугосброса шуга вместе с водой сбрасывается в лоток холостого сброса.
Гидравлической особенностью этого лотка является наличие в нем поперечного тока воды, независимо от общего направления основного потока деривации.
Для очищения потока от шуги требуется выполнение следующих основных условий:
а) наличие на подходе к лотку скоростей течения, при которых обеспечивается всплывание шуги на поверхность (v < 1 м/сек);
б) возможность сброса лотком всего поверхностного слоя воды, транспортирующего шугу.
Испытания шугосбросного лотка системы Гостунского, выполненные на среднеазиатских установках, полезно дополнить результатами наших исследований этого лотка на других гидростанциях.
На одной ГЭС лоток установлен в самом конце напорного бассейна. Лоток вдвинут в бычки настолько, что одна его продольная стенка совпадает со стенкой щитового отделения. Лоток имеет три входных пролета; каждый пролет делится вертикальной двутавровой балкой на два полупролета, перекрываемых деревянными шандорными брусьями (см. фиг. 14 и 19). Концевой участок деривационного канала имеет в плане криволинейное очертание.
Фиг. 19. Напорный бассейн. Гидравлическая картина потока при шуготранзите через левую турбину
1 — деривационный канал; 2 — боковой водослив; 3 — шандорный паз; 4 — шандорные брусья лотка; 5 — шугосбросный лоток; 6 — забральная стенка; 7 — турбинные решетки; 8 — затворы; 9 — напорные трубопроводы
В месте сопряжения с каналом напорный бассейн имеет несимметричное уширение в сторону левой стенки. Уширение бассейна до 12,6 м необходимо для размещения трех аванкамер. Длина бассейна 26 м.
Шугосброс был испытан при работе отдельно каждой турбины и при разных уровнях. При нормальном подпорном уровне обеспечивается подходная скорость 1 м/сек, при которой шуга всплывает на поверхность. Гидравлическая картина потока в бассейне характеризуется следующим образом. Поток перед входом в напорный бассейн, в конце криволинейного лотка, прижимается к его правой стенке. В центре камеры имеет место водоворот. В каждом входном пролете лотка между его бычками наблюдаются воронки, увлекающие шугу под лоток. Часть шуги захватывается круговым движением воды в середине бассейна, где она набивается до 2—3 м. Воронкообразование и водовороты при снижении уровня, в связи с увеличением скорости в конце деривации, усиливаются. Работа лотка не улучшается даже при условиях наиболее благоприятного к нему прямого подхода шуги, получаемого при работе крайней правой (по течению) турбины и при нагрузке агрегата до 80%. Несмотря на благоприятную гидравлическую обстановку, шугосброс почти не захватывал шуги. Шуга при подходе к работающему пролету лотка несколько замедляет свой ход. Даже в том случае, когда применялись ручные шуготаски, с трудом удавалось затаскивать шугу в лоток.
Причиной отбоя шуги от лотка шугосброса является наличие гидравлического вальца с горизонтальной осью в пределах входа в действующий пролет. Этот валец создает в поверхностных слоях потока на самом подходе к лотку токи, отбивающие от него шугу. Валец и воронки образуются вследствие расположения лотка непосредственно у входа в напорные камеры трубопроводов турбин и глубокого движения лотка в бычки напорных камер. Передняя и задняя (она же и забрало) стенки лотка удалены от линии бычков соответственно на 2 и 4,75 м. Воронкообразование с аэрацией потока при указанных особенностях расположения лотка еще усиливается в других его пролетах благодаря косому подходу потока к шугосбросу.
На Свистухинской ГЭС место расположения лотка аналогично описанному расположению. Шугоход по деривационному каналу Свистухинской ГЭС возможен лишь в аварийном случае. Особенностью эксплуатации лотка являются незначительные подходные скорости (v < 0,12 м/сек), так как режим работы канала ледоставный. Здесь через лоток приходится сбрасывать забереги, мелкие льдины и снежуру. Поэтому в условиях этой ГЭС рассматриваемый лоток правильнее именовать не шуго-, а ледосбросным лотком.
На обеих гидростанциях сброс льдин (заберегов) через лотки крайне затруднен вследствие тяжелого и громоздкого маневрирования примерзающими друг к другу и к пазам шандорными брусьями. Поэтому льдины заберегов приходится сбрасывать через водослив шириной 11,6 м, затрачивая для этого значительно больше воды, нежели при удалении через пролет шугосброса.
Как показывают наши наблюдения, для легкого сброса ледового материала через лоток с небольшими потерями воды должна быть обеспечена возможность управления скоростями на подходах к лотку, особенно, если эти скорости незначительны (v < 0,20 м/сек).
Быстрое снижение отметки порога лотка дает возможность значительно увеличить скорости перед ним и столкнуть в лоток остановившиеся на подходах к нему ледовые скопления. Обычно действие получаемой кривой спада достаточно в течение одной минуты, после чего прежняя отметка порога лотка может быть. восстановлена.
Наиболее пригодными для подобного управления скоростями потока следует считать клапанные затворы. На среднеазиатских установках имеются шугосбросные лотки с клапанами. Некоторые лотки в выходном сечении оборудованы затвором. Такой затвор дает возможность управлять величиной сбрасываемого расхода путем изменения величины затопления водослива на входном пороге и этим уменьшать до 1,5—3 раз количество сбрасываемой воды.
§ 25. Борьба с ледовыми затруднениями
Приведем несколько примеров борьбы с ледовыми затруднениями, осуществляемой силами эксплуатации.
На Ленинаканской ГЭС для борьбы с обмерзанием обнажающихся при колебаниях нагрузки стержней турбинной решетки применяется их обогрев теплой родниковой водой (предложение директора ГЭС А. С. Лалиашвили). Вода подается из перфорированной, горизонтально уложенной на решетку, работающей под. напором трубы. Вода деривации не переохлаждена, так как почти вся 3-км деривация проходит в туннеле. Решетки электрообогрева не имеют: шуга через них пропускается в турбины. Этот способ отепления может с успехом осуществляться на гидростанциях, где имеются теплые родниковые воды.
На некоторых гидростанциях при появлении переохлажденной воды турбинные решетки извлекались из воды.
На одной гидростанции во время капитального ремонта агрегата капли воды, падающие с высоты 54 м в опорожненный вертикальный водовод, образовали внизу большую наледь. Перед, пуском агрегата наледь была растоплена сквозняком теплого воздуха. Тяга теплого воздуха создавалась путем пропуска его сначала через электрообогреваемую решетку, а потом через несколько приподнятый щит.
На этой же гидростанции в первую зиму эксплуатации (совпавшую с пусковым периодом), при подвижках ледяного покрова из канала, в аванкамере напорного бассейна, не имеющего сбросных отверстий, скоплялось огромное количество льдин толщиной до 1,5—2 м. В течение трех зимних месяцев отсюда было извлечено 4300 м3 льда (с помощью ковша портального крана щитового помещения).
На Свистухинской ГЭС уравнительная камера состоит из железобетонного и металлического цилиндров. На железобетонном цилиндре покоится металлический высотой 11 м и диаметром - 10 м. В металлическом резервуаре эксцентрично установлен сообщающийся с ним малый цилиндр. Отсутствие покрытия и утепления стенок резервуара в условиях суровой зимы имело своим последствием образование толстого льда как на стенах наружного по всей его высоте, так и на поверхности внутреннего цилиндра. Этот лед у поверхности воды был значительно толще за счет периодического его смачивания водой при колебаниях уровня в башне. В большом цилиндре льдом было покрыто до 70%, в малом до 85% всей поверхности.
При работе одной турбины систематические постоянные колебания уровня в уравнительной камере без льда не превышали 0,4 м. В тех же условиях, но при ледовых образованиях, колебания уровня достигали 2,5—3 м. После удаления льда колебания вновь не превышали 0,4 м. Уменьшение расчетного диаметра уравнительного резервуара явилось причиной увеличения колебаний.
