Глава четвертая
ВОДОПРИЕМНИКИ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
4-1. ТИПЫ ВОДОПРИЕМНИКОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТЫ
Рис. 4-1. Расположение решеток и затворов в водоприемниках русловых несовмещенных зданиях ГЭС. а — решетка в глубине водоприемника; б — то же при совмещении пазов решетки и ремонтных затворов; в — решетка вынесена на оголовки быков; г — расположение затворов и решетки в глубине водоприемника на ГуматскоЙ ГЭС №4; 1 — ремонтный затвор; 2 — решетка; 3 — основной затвор.
Водоприемник здания ГЭС служит для забора воды из верхнего бьефа и подвода ее к турбинным водоводам и водосбросам (на совмещенных ГЭС), ограждения водоводов турбины от попадания в них льда, плавающего и внутриводного сора и крупных наносов. В водоприемнике размещается механическое оборудование, обеспечивающее очистку воды от мусора (сороудерживающие решетки и средства их очистки), прекращение доступа воды в водоводы здания ГЭС (основные и аварийно-ремонтные затворы) и наполнение водоводов после их откачки (байпасные устройства).
Водоприемники, предназначенные для приема воды, поступающей в турбины, могут быть названы энергетическими, а для приема воды, направляемой в водосбросы, — водосбросными.
Водоприемник руслового здания ГЭС является конструктивно единым целым с остальными элементами здания. У приплотинного здания ГЭС он совмещен с плотиной или выполняется как самостоятельное сооружение, расположенное на берегу или в башне перед плотиной.
Водоприемники русловых зданий ГЭС можно разделить на две группы: водоприемники несовмещенных зданий ГЭС; водоприемники совмещенных зданий ГЭС.
Водоприемники на несовмещенных зданиях ГЭС могут иметь одно из следующих решений:
сороудерживающая решетка расположена в глубине водоприемника;
сороудерживающая решетка расположена в створе входных оголовков быков;
быки водоприемника выдвинуты в сторону верхнего бьефа настолько, что за решеткой возможно устройство в быках прорезей, обеспечивающих питание турбины водой из соседних водоприемников;
решетки вынесены в отдельное сороудерживающее сооружение (СУС).
Рис. 4-2. Водоприемник несовмещенного здания ГЭС с прорезями в быках (примкнутое СУС).
Большая часть русловых зданий ГЭС несовмещенного типа [264] имеет решетки, расположенные в глубине водоприемника. Благодаря наличию пазов ремонтных затворов перед решеткой (рис. 4-1,а) облегчается ее эксплуатация, а совмещение пазов решетки и ремонтных затворов (рис. 4-1,б) позволяет укоротить водоприемник и тем самым уменьшить капиталовложения в сооружение. Однако решетка в глубине водоприемника оказывается в области больших скоростей и наклонного тока воды. Это увеличивает потери напора и требует установки ригелей решетки под углом к горизонту. Для уменьшения потерь напора решетка выдвигается вперед, вследствие чего ее высота может быть больше высоты входного отверстия турбинного водовода. Вынос решетки на оголовки быков (рис. 4-1,в) значительно улучшает гидравлические условия, в которых находится решетка.
Для уменьшения длины водоприемника иногда отказываются от устройства пазов для ремонтных заграждений. В этом случае в качестве ремонтных заграждений применяются щиты, опирающиеся на оголовки быков или на решетку, если она вынесена на. оголовки быков. При большом количестве в реке сора перед решеткой иногда делается специальный паз для грейфера сороочистительной машины.
Водоприемники с прорезями в быках (рис. 1-10, 4-2), появились в связи с увеличением расхода турбин, стремлением уменьшить при этом потери напора и обеспечить при очистке решеток питание турбин за счет соседних блоков. Выдвинутая вперед часть быков, несущих решетки, может рассматриваться как сороудерживающее сооружение, примыкающее к зданию ГЭС (примкнутое СУС). Увеличение стоимости водоприемника с прорезями в быках оправдывается уменьшением потерь энергии.
Вынос решеток в отдельное сороудерживающее сооружение (СУС), не связанное конструктивно с собственно водоприемником, практикуется редко.
Стоимость такого сооружения велика, но благоприятные гидравлические условия в районе решеток все же позволяют окупать затраты в сравнительно короткий срок.
Водоприемник совмещенного здания ГЭС обеспечивает работу двух и более водоприемных отверстий — турбинного водовода и водосбросов. Неучет этой особенности водоприемника здания ГЭС совмещенного типа приводит к решениям, осложняющим эксплуатацию, увеличивающим потери энергии (как это имеет место на Дубоссарской ГЭС).
Некоторые варианты размещения решеток на совмещенных ГЭС даны на рис. 4-3 и 4-4. Устройство пазов для решеток в водоприемниках Волжских ГЭС имени В. И. Ленина и имени XXII съезда КПСС (рис. 4-3,б) объясняется принятием решения о строительстве СУС в процессе строительства ГЭС.
Рис. 4-3. Схемы водоприемников совмещенных ГЭС.
Водосбросы под турбинной камерой: а — Каховская: б — Волжские имени В. И. Ленина и XXII съезда КПСС (перед ГЭС расположено СУС): б — Саратовская; г — Новосибирская; б— Уч-Курганская; водосбросы над турбинной камерой: е — Иркутская; ж — Дубоссарская; водосливные ГЭС: а — Павловская; 1 — отверстия предтурбинной камеры; 2 — отверстия водосбросов; 3 — сороудерживающие решетки.
Рис. 4-4. Расположение сороудерживающих решеток руслового совмещенного здания ГЭС. а— в обычном водоприемнике; б — в водоприемнике с прорезями в быках; в — в примкнутом СУС; г — в СУС, вынесенном в верхний бьеф.
Рис. 4-5. Водоприемники совмещенного здания ГЭС с переносной решеткой и решеткой с клапаном.
а — переносная решетка: 1 — положение решетки при работе турбин; 2 — при работе турбин и водосбросов; б — решетка с клапаном, позволяющим опускать затворы водосбросов без перемещения решетки.
При решении вопроса о положении и размерах решеток на совмещенных ГЭС приходится учитывать, что в паводок через водоприемник проходит сбросной поток, несущий значительное количество сора.
Поэтому понятно стремление располагать решетки таким образом, чтобы сбросной расход поступал в водосбросы, минуя решетку. Минует решетку сбросной поток в водоприемнике водосливной ГЭС (рис. 4-3,з), но здесь мала площадь решетки, что приводит к существенным потерям энергии, а положение решетки не исключает ее интенсивного засорения в паводок внутриводным и влекомым по дну сором.
Некоторые оригинальные решения, улучшающие питание турбин водой и облегчающие очистку решеток, но пока не нашедшие использования, рассмотрены в гл. 1 (рис. 1-31, 1-34).
Благоприятные условия для очистки решеток создаются при использовании переносных решеток (рис. 4-5), которые позволяют в межень иметь большую площадь решеток и в паводок оставлять отверстия водосбросов не перекрытыми решетками. Закрытие отверстия водосбросов без перемещения решеток может обеспечиваться при использовании решетки с откидным клапаном (рис. 4-5,6) [98].
Рис. 4-6. Водоприемники приплотинных зданий ГЭС.
а — береговые; б — плотинные; в — башенные.
Имеются попытки применения на русловых гидроэлектростанциях подвижных сороудерживающих решеток, подобных решеткам канализационных станций. В необходимые периоды эти решетки приспособлены для беспрерывной очистки. Однако они не получили распространения.
Рис. 4-7. Элементы водоприемника.
а— руслового здания ГЭС; б — приплотинного здания ГЭС
Вопрос о целесообразности сооружения СУС на Волжских ГЭС имени В. И. Ленина и имени XXII съезда КПСС, вызвал в свое время большую дискуссию. Было подсчитано [24], что, например, на Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС при отсутствии СУС остановка агрегатов для очистки решеток в среднем на 2,5—3 ч в сутки вызовет потерю не менее 200 млн. кВт-ч в год. В то же время предполагалось, что пропуск через решетки СУС сбросного расхода приведет к значительному увеличению количества задержанного сора, что в общем потребует больших затрат энергии и средств на очистку решеток. Высказывались опасения, что своевременная очистка решеток осложнится тем, что при отсутствии сосредоточенных перепадов уровней трудно будет своевременно определить наиболее засоренные пролеты СУС, что приведет к несвоевременной очистке решеток и выключению части их площади из работы.
Опыт эксплуатации СУС показал высокую его эффективность. На Волжской ГЭС имени В. И. Ленина СУС окупилось за 7 лет. Потери напора на решетках СУС составляют всего 3—4 см (0,15—0,20% среднего напора), в то время как на чистых решетках этой же ГЭС, установленных в створе входного отверстия турбинных водоводов, они были равны (период временной эксплуатации) 0,37 м при расходе турбины 544 м/сек.
Водоприемник совмещенной ГЭС с горизонтальными агрегатами может иметь обычные вертикальные решетки в плоскости входа в турбинные водоводы (Киевская ГЭС, рис. 1-14, 17). В последних проектах предусматривается система из вертикальной и горизонтальной (наклонной) решеток, обеспечивающая эффективную гидравлическую очистку горизонтальной решетки (при подъеме затвора перед вертикальной решеткой). Имеются и другие предложения для зданий ГЭС с горизонтальными агрегатами, например водоприемник с полукруглыми решетками (рис. 1-21).
Водоприемники зданий ГЭС приплотинного типа могут быть открытые (поверхностные) и глубинные. Открытые применяются при незначительной, глубинные — при значительной сработке водохранилища.
По компоновке и конструктивному выполнению водоприемник здания ГЭС приплотинного типа может быть береговым, плотинным или башенным (рис. 4-6).
Береговой водоприемник представляет собой сооружение, врезанное в берег водохранилища. На приплотинных ГЭС этот водоприемник обычно глубинный.
Плотинный водоприемник размещается в теле плотины и может быть глубинным — для питания турбин или водосбросов или открытым — для приема потока, поступающего к водосливу.
1 В. Г. Айвазьян, О размещении сороудерживающих решеток в здании гидростанций, «Гидротехническое строительство», 1959, № 3.
Башенный водоприемник выполняется в виде отдельно стоящей башни с водоприемными отверстиями по всему периметру или на его части. Он находит применение вместо берегового глубинного водоприемника при плохих геологических условиях в бортах водохранилища и на приплотинных ГЭС с арочными, арочно-гравитационными или земляными и каменными плотинами.
Водоприемник начинается в створе верховых оголовков быков (рис. 4-7) и заканчивается во входном сечении k—k турбинной камеры или в начальном сечении напорного трубопровода. Проточная часть водоприемника имеет обычно форму прямоугольного конфузора, образованного криволинейными оголовками.
В водоприемнике можно выделить участки: входной — от створа оголовка быка до створа напорной стенки (ниже которой поток становится напорным); переходный — соединяющий входной участок с турбинной камерой (русловые ГЭС) или напорным трубопроводом (приплотинные ГЭС). На русловых ГЭС этот участок называют предтурбинной камерой. В конце переходного участка на приплотинных ГЭС имеется сопрягающий участок, в пределах которого осуществляется изменение формы поперечного сечения водовода (обычно от прямоугольного к круглому).
На входном участке расположены (рис. 4-7): 1 — основные и промежуточные быки; 2 — забральная и напорные стенки (промежуточная и основные); 3 — порог в виде плоской или криволинейной поверхности, обеспечивающей плавное поступление в водоприемник донных струй и служащий для опирания затворов; пазы затворов, решеток и сороочистительных устройств (грейферные пазы).
На русловых ГЭС иногда перед водоприемником устраивается специальный уступ или порог для задержания влекомых сора и наносов (рис. 1-22).
