1-2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ЗДАНИЙ ГЭС
а) Несовмещенные ГЭС
После появления вертикальных гидроагрегатов с радиальноосевыми, а затем поворотнолопастными турбинами проточная часть русловых, приплотинных и деривационных ГЭС приняла определенные формы, ставшие классическими. Некоторые вариации форм и размеров проточной части зданий обусловливаются исходными данными, а их гидравлическая схема остается в целом неизменной. Лишь при замене изогнутой отсасывающей трубы трубой раструбного типа гидравлическая схема здания несколько отлична от классической вследствие иных условий сопряжения с нижним бьефом потока, выходящего из отсасывающей трубы.
Раструбные отсасывающие трубы получили довольно широкое распространение в США в 20-годах [79]; в настоящее время они применения не находят. Возможность применения раструбных труб в связи со стремлением упростить формы проточной части турбины для максимального использования сборного железобетона изучалась в последние годы отечественными проектными организации, но применительно к совмещенным ГЭС.
Появление различных типов горизонтальных агрегатов потребовало разработки компоновок здания, отвечающих особенностям проточной части таких агрегатов (рис. 1-8).
Прямоточные гидроагрегаты на несовмещенных ГЭС применения не получили.
Агрегаты с прямоточной турбиной и вынесенным генератором начали использоваться еще в начале 20-х годов [49], т. е. в период внедрения в практику поворотнолопастных турбин. Этот тип агрегата ныне вновь привлекает внимание гидротехников [331, 332 и 349].
Капсульные агрегаты, появившиеся еще в 1935 г. и с тех пор значительно усовершенствованные, установлены на ряде несовмещенных ГЭС, хотя чаще они используются на совмещенных ГЭС.
Полупрямоточные гидроагрегаты с вынесенным генератором начали применяться в 50-х годах [49, 275], главным образом на совмещенных ГЭС.
Изменение положения оси агрегата сказывается на проточной части турбины, но может не повлиять существенно на остальные элементы проточной части здания ГЭС, что видно, например, из сопоставления вариантов одной из ГЭС на р. Висле (рис. 1-9).
В последние годы много внимания уделяется отысканию новых рациональных решений водоприемников. На несовмещенных ГЭС с вертикальными гидроагрегатами в быках, образующих водоприемник, устраиваются прорези (рис. 1-10), которые позволяют при значительном засорении решеток данного блока и их очистке при опущенных заграждениях осуществлять питание водой турбины данного блока из водоприемников соседних блоков.
Заслуживают внимания различные компоновки зданий ГЭС, расположенных в узких створах. В проекте ГЭС Сунда (Конго [205] разработаны оригинальная компоновка спаренных башенных водоприемников перед плотиной и размещение агрегатов в здании ГЭС в шахматном порядке с применением искривленных подводящих трубопроводов и отсасывающих труб различной длины (рис. 1-11).
В Советском Союзе предложена для узких створов встроенная ГЭС (совмещение с глухой или водосливной плотиной) с расположением агрегатов в два яруса и более по высоте, с общим машинным залом и водоприемником и отсасывающими трубами различной длины (рис. 1-12) [39]. Двухъярусное расположение агрегатов было предусмотрено в проектах Токтогульской и Чиркейской ГЭС. Создающиеся при двухъярусном расположении выходных отверстий отсасывающих труб несколько необычные гидравлические условия в нижнем бьефе благоприятны, поскольку работающие агрегаты оказывают друг на друга положительное энергетическое влияние. На Токтогульской ГЭС общая длина отсасывающей трубы нижнего яруса достигает 16,5 Dj вместо обычных (5-6) D1, что потребовало изучения влияния удлинения отсасывающей трубы на к. п. д. и условия регулирования агрегата.
На ГЭС с напорами около 100 м и более увеличение мощности одного агрегата до 500—1 000 МВт вызывает трудности в создании целесообразной конструкции спиральной камеры, приводит к повышению веса агрегата и значительному увеличению гидравлической осевой нагрузки на подпятник, увеличению габаритов блока в плане. В связи с этим появились предложения о применении компоновки агрегата со спаренным рабочим колесом, с одной или двумя спиральными камерами и с двумя расположенными друг над другом отсасывающими трубами (рис. 1-13). Компоновки подобного типа предлагаются для радиальноосевой турбины со спаренным рабочим колесом и для диагональной поворотнолопастной турбины [108, 183 и 184].
Особенно много усилий проектировщиков и исследователей было направлено на отыскание оптимальных очертаний и размеров отсасывающих труб для турбин с вертикальным валом. Отсасывающие трубы некоторых типов (гидрокон, коноидальная, пяточная и др.) были использованы в отдельных случаях. Ряд предложений (труба сотовая и ряд труб сокращенной высоты или длины) [8] признания не получил, поскольку ухудшаются гидравлические качества. Предпочтение по-прежнему отдается классической изогнутой отсасывающей трубе, энергетические качества которой превзойти не удается.
