Совмещение в одном сооружении здания ГЭС и водосбросов развивалось по нескольким направлениям. Первоначально в одних случаях преследовалась лишь цель сокращения водосбросного фронта гидроузла, в других — использование энергии сбросного потока за счет эжекции. И только впоследствии стали появляться и реализовываться предложения, направленные одновременно на сокращение водосбросного фронта и на использование эжекции*.
Совмещенные - ГЭС особенно широкое распространение получили в Советском Союзе, во Франции, в Югославии, ГДР, ФРГ и Австрии. В каждой из этих стран совмещенные ГЭС имеют свою специфику, определяющуюся природными условиями.
* Пути развития и реализации идей совмещения зданий ГЭС и водосбросов подробно рассмотрены рядом авторов: 1932 г. [193], 1948 г. [96], 1953 г. [239]. Сведения о развитии компоновок зданий совмещенных ГЭС опубликованы в 1955 г. [12], 1960 г. [204], 1967 г. [223].
В СССР строительством совмещенных ГЭС на многоводных реках достигается прежде всего сокращение фронта водосбросных сооружений и в ряде случаев эффект эжекции и облегчение условий пропуска строительных расходов. Благодаря эффективности совмещения зданий ГЭС и водосбросов для гидроузлов среднего и малого напора совмещенные ГЭС в СССР стали основным типом сооружений.
Рис. 1-9. Сопоставление зданий ГЭС с вертикальным и горизонтальным капсульным агрегатами (Н=6,85 м, Nагр = 10 МВт, D1= 6 м).
Рис. 1-10. Здание Воткинской ГЭС руслового типа с водоприемником, имеющим в быках проемы (Н=16,5 м, 10X100 МВт, D1= 9,3 м)
Строительство во Франции в 1932 г. первой в Европе водосливной ГЭС Кембс оказало огромное влияние на использование совмещения в других странах. В этой же стране получило развитие экспериментальное строительство бычковых ГЭС с горизонтальными агрегатами различного типа. Но характерными для Франции являются совмещенные ГЭС с консольными водосбросами над зданием с высоким машинным залом, строительство которых оказалось рациональным при значительных напорах в случае стесненного створа. Эффект эжекции на этих ГЭС при редких сбросах паводка существенного энергетического значения иметь не может, и поэтому он не учитывается. Понижение уровня воды под струей, сбрасываемой с консоли, позволяет уменьшить высотные габариты элементов здания, предназначенных для защиты машинного зала от затопления (ГЭС Эгль).
В Югославии получили распространение бычковые ГЭС. При малых напорах и значительных расходах реки данный тип совмещенной ГЭС не сокращает длины водосбросного фронта, но упрощает пропуск строительных расходов и дает возможность использовать эффект эжекции.
Рис. 1-12. Водосливная ГЭС с гидроагрегатами, расположенными в три яруса (патент).
Рис. 1-11. Размещение в шахматном порядке агрегатов с отсасывающими трубами различной длины (Н—125 м, 6x218 МВт, проект).
1 — грань плотины; 2 — водосброс.
Рис. 1-13. Эскизы установок со спаренным рабочим колесом.
а — радиально-осевая турбина при Н—95 м, N=510 МВт, D1=5,3 м, б — диагональная поворотнолопастная турбина, D1=8,5 μ, N=1000 МВт.
В ФРГ было построено большое число однотипных водосливных ГЭС с горизонтальными гидроагрегатами. Тип ГЭС обусловлен малыми напорами и сравнительно небольшими расходами в паводок.
В Австрии имеются водосливные ГЭС того же типа, что и в ФРГ, и бычковые ГЭС, аналогичные имеющимся в Югославии.
В настоящее время совмещенные ГЭС получают все большее распространение: построены, строятся или проектируются совмещенные ГЭС в Чехословакии, Польше, Испании, ЮАР, Индонезии, Японии, Китае, США и в других странах.
Рис. 1-14. Основные типы совмещенных зданий ГЭС.
В США исследование и строительство совмещенных ГЭС началось в 20-х годах. Однако лишь на одной ГЭС (Митчелл) за счет совмещения был сокращен водосбросной фронт гидроузла. Целесообразность совмещения в США оценивалась только с точки зрения использования эффекта эжекции. Усложнив компоновку зданий, но не получив соответствующего энергоэкономического эффекта, американцы с 30-х годов прекратили работу над совмещенными ГЭС. X. Л. Купер, американский консультант на Днепрострое, при обсуждении в 1926 г. в ВСНХ вопроса использования эжекции на строящейся в то время Днепровской ГЭС, заявил: «Я не верю в пользу эжекторов для каких-либо гидросиловых установок. В Америке было два или три претенциозных примера употребления эжекторов, но в каждом случае они претерпевали неудачу. Я не знаю в Америке ни одного инженера с практическим опытом, который теперь устанавливал бы эжекторы какого-либо типа» [203]. Однако фактом, указывающим на признание в настоящее время американскими инженерами целесообразности совмещения зданий ГЭС и водосбросов, получившего распространение в Советском Союзе, является строительство в США крупной совмещенной ГЭС Уэллс [338], вошедшей в строй в 1967 г.
