Эксплуатация деривационных ГЭС - Борьба с наносами - О возможном сокращении размеров отстойников

Анализ опыта работы отстойников позволяет утверждать, что имеют место случаи излишних запасов в их размерах. Появление таких запасов объясняется преувеличением опасности наносов, Проектирование продолжает исходить из условий экстремной мутности воды как по количеству, так и по крупности наносов, не учитывая длительности периода прохождения паводка.
Кроме того, при проектировании преувеличивается время работы многокамерного отстойника с уменьшенным числом камер в период его промыва. Наконец, имеет место недостаточно правильный учет качества наносов.
Справедливость наших выводов может быть подтверждена сопоставлением размеров ряда отстойников с их исходными проектными данными по наносам и по характеру гидрографа для периода мутной воды. Эти данные сведены в табл. 4 для шести многокамерных отстойников.
Анализируя данные таблицы, мы видим, что расчетная, т. е. максимальная, мутность обеспечивается в течение года лишь часами. Очевидно, что учитывать экстремные пики мутности нерационально. При проектировании правильнее исходить из такой мутности, которая наиболее длительно обеспечивается в годовом гидрографе. Сопоставляя размеры отстойников с режимом наносов, можно заметить несоответствие между размерами отстойников и опасностью наносов.
Так, например, в условиях Майкопгэс количество наносов значительно больше, чем на Краснополянской ГЭС: мутность 0,8 кг/м³ обеспечивается для первой в течение 3,2 месяца, для второй лишь в течение 0,3 месяца; вместе с тем для Майкопгэс в течение 0,3 месяца обеспечивается мутность 2,5 кг/м³. Все же, несмотря на отсутствие различий в минералогическом составе наносов на рр. Белая и Мзымта, для последней (Краснополянская ГЭС) минимальная фракция для осаждений d мин принята 0,25 мм, а для первой 0,4 мм. Кроме того, для Краснополянской ГЭС принята в расчете максимальная мутность 6,42 кг/м³. Все это приводит к увеличенным размерам отстойника на этой ГЭС, более длинного, чем на Майкопгэс. Условия Краснополянской гидростанции достаточно близки к Сухумской ГЭС, а между тем отстойник последней в два раза короче, чем Краснополянской ГЭС.

Сопоставляя размеры отстойников Баксангэс и Ацгэс, можно обнаружить и здесь несоответствие между их размерами и опасностью наносов. На Ацгэс весьма тяжелый наносный режим. На р. Аджарис-Цхали мутность 5,5 кг/м³ обеспечивается в течение трех месяцев в году, тогда как на р. Баксан такая большая мутность бывает лишь часами. А между тем, для отстойника Ацгэс принято dмин = 0,4 мм и v = 0,38 м/сек, а для отстойника Баксангэс dмин =0,25 мм и v pacч = 0,23 м/сек. Принятые расчетные условия и привели к тому, что отстойник на Баксангэс длиннее, чем на Ацгэс, на 10 м.

Фиг. 12. Совмещенный гидрограф среднегидрологического года р. Белая и р. Мзымта в створе плотин
1 - р. Белая; 2 - р. Мзымта

Выбор предельной крупности наносов, осаждаемых в отстойнике, не всегда четко ставится в зависимость от требований борьбы с заилением деривации. Например, в деривационный канал Майкопгэс длиной 1,3 км должны проникать частицы наносов крупностью менее 0,4 мм при скорости течения в нем 0,9— 0,7 м/сек. При такой обстановке нельзя гарантировать канал от заиления. Наоборот, для Краснополянской ГЭС вместо d = 0,25 мм смело можно было бы принять dмин=0,4 мм, что сократило бы размеры отстойника.
Попутно следует сказать несколько слов об уточнении учета содержания крупных частиц наносов в потоке, точное знание которого необходимо при проектировании отстойников. Принимаемое до сих пор в литературе предельное содержание в потоке крупных частиц, опасных для турбин (свыше 0,25 мм), в виде процентного содержания от величины валовой мутности не дает четкого представления об абсолютном количестве крупных частиц в потоке. Чтобы избежать ошибок и получить возможность сравнения нескольких потоков, целесообразно за единицу сравнения принять количество частиц свыше 0,25 мм в 1 куб. м в килограммах. Такую единицу сравнения можно назвать «опасной мутностью».
В табл. 5 приведены для иллюстрации средние мутности в паводковый период и обработанные нами данные по фракционному анализу для ряда бьефов ГЭС (вне подпора).
Таблица 5

Вторая причина излишних размеров многокамерных отстойников заключается в преувеличении времени, необходимого для промыва отстойников. Например, в проекте чирчикского шестикамерного отстойника требуемая υч=0,4 м/сек обеспечивается при одновременной работе не шести, а пяти камер. Это объясняется тем, что в проекте исходили из такого наносного режима, при котором необходим непрерывный последовательный промыв камер. Такого порядка промыва иногда придерживаются в проектах и других отстойников. Опыт же эксплуатации показывает, что время, необходимое для промыва отстойника, во много раз меньше.
В табл. 6 указано время, затрачиваемое для выключения одной камеры для промыва. Значительную длительность промыва камеры на Дзорагэс можно объяснить стремлением во что бы то ни стало удалить со дна камеры даже незначительные отложения глины. Опыт эксплуатации показывает, что длительность промыва можно сократить такими мероприятиями, как централизация управления затворами, ускорение их подъема и спуска.

Таблица 6

Наконец, данные эксплуатации далеко не подтверждают необходимости непрерывного последовательного промыва камер. Например, начальник гидроцеха Баксангэс инж. К., К. Паскевич отмечает, что «в месяцы наибольшей мутности воды камера промывалась четыре раза в месяц при высоте слоя отложившихся наносов в 0,7 м». Камеры чирчикского отстойника промываются один раз в шестидневку и т. д.
После анализа материалов эксплуатации, доказывающих наличие запасов в размерах некоторых существующих отстойников, мы хотели бы подчеркнуть еще тот факт, что сам по себе отстойник, как бы качественно он ни был запроектирован, часто не в состоянии полностью защитить турбины от истирания наносами. Особенно это имеет место в тех случаях, когда в неосаждаемых фракциях наносов (d < 0,25 мм) содержатся мелкие кварцевые пески. Наблюдениями автора выявлено, что содержание кварца во взвешенных наносах в пределах гидротехнических сооружений Баксангэс и Кадырьягэс возрастает с уменьшением крупности частиц. Данный анализ приведен в табл. 7.
При наличии во взвешенных наносах кварца наблюдается интенсивное истирание частей турбин.
Опыт эксплуатации ГЭС показывает, что турбины от кавитации изнашиваются быстрее, нежели от наносов. Пробы воды, взятые в отсасывающих трубах таких турбин, обнаруживают лишь ничтожное количество частиц крупнее 0,25 мм — не более 2%.
В настоящее время разрабатываются новые приемы борьбы с наносами, помимо отстойников. Так, ВНИИГ имени Веденеева совместно с ЛМЗ имени Сталина ведет работу по созданию конструкций гидротурбин, устойчивых против истирания их наносами.
Таблица 7

В технических условиях и нормах по проектированию отстойников не указывается на необходимость учитывать длительность. и частоту повторяемости наибольших мутностей. Указывается лишь. что из имеющихся гидрологических материалов надлежит выбирать, для расчета данные, отвечающие наибольшему содержанию в воде- наносов крупностью выше dмин. Если при проектировании исходить из наибольшей мутности, обеспеченной не часами, а декадами, и если в проекте сократить время, необходимое для выключения камеры на промыв, — то представится возможность уменьшить. процент обеспеченности осаждения наносов W в отстойнике ко- всему суммарному количеству наносов всех фракций размерами более принятой минимальной крупности. Обычно процент обеспеченности W выбирается в пределах 80—90%.
В свете всего вышесказанного считаем возможным за расчетное значение dмин принимать > 0,4 мм, за исключением тех случаев, когда во взвешенных наносах имеются кварцевые частицы и в деривации принимаются скорости ниже заявляющих. Указанное- допущение также уменьшает длину отстойника.
В заключение следует отметить, что при использовании опыта эксплуатации стоимость отстойников во многих случаях будет значительно снижена.