Раздел III
ЗДАНИЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
ГЛАВА 16
РУСЛОВЫЕ ЗДАНИЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
ТИПЫ ЗДАНИЙ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Главными факторами, определяющими конструктивные параметры зданий и предъявляемые к ним требования, являются основное энергетическое оборудование и схема размещения здания в составе сооружений гидроузла [20, 21].
На конструкцию и размеры здания станции существенное влияние оказывают габариты каждого гидроагрегата в плане и по высоте, число агрегатов, а также турбинные камеры и отсасывающие трубы.
Здания крупных гидроэлектростанций отличаются большими размерами: длина 1000 м и более, высота 70 — 80 м, ширина (вдоль потока) 60 — 70 м. Конструкция здания характеризуется большой сложностью, значительным заглублением фундамента в основание и относительно большими объемами работ. В качестве примера на .рис. 16.1 показан поперечный .разрез здания ГЭС с поворотнолопастными турбинами мощностью около 180 МВт и с напором около 25 м.
Как уже отмечалось в гл. 1 и 3, при напоре до 30 — 40 м применяются русловые здания станций, способные выдерживать давление со стороны верхнего бьефа и выполнять функции подпорного сооружения. К этому типу относятся здания Волжской ГЭС имени В. И. Ленина (Нмакс=30 м, Ν=20х115ΜΒτ); Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС (Нмакс=27 м, N=22X115 МВт, см. рис. 3.2), Кременчугской ГЭС (Нмакс=17 м, Ν=12χ Х57,2 МВт), Саратовской ГЭС (Нмакс — = 14,7 м, N=21X60 МВт) и др.
Русловые здания станций, являясь частью сооружений гидроузла, испытывают те же нагрузки, что и плотины, и рассчитываются на аналогичные условия по прочности, устойчивости и противофильтрационной надежности.
При увеличении напора или уменьшении единичной мощности агрегатов здание станции уже не может воспринимать напор со стороны верхнего бьефа, обеспечивая необходимую устойчивость. В этих случаях они располагаются за плотиной и вода подводится к ним специальными водоводами; такие здания называются приплотинными. К ним относятся здания Саяно-Шушенской, Усть- Илимской, Братской, Красноярской, Днепровской и других ГЭС (см. табл. П.1).
По конструкции от приплотинных мало отличаются здания деривационных станций, у которых вода подводится к агрегатам по длинным напорным водоводам.
В русловых зданиях размещаются водоприемные и сороудерживающие устройства с необходимыми затворами и механизмами. В них обычно устанавливаются вертикальные поворотно-лопастные и реже радиальноосевые гидромашины.
При малых напорах иногда применяются гидроагрегаты с горизонтальным или наклонным валом, а также прямоточные гидроагрегаты. При напорах 10 — 20 м и более и единичной мощности до 50 МВт большое распространение в настоящее время имеют капсульные агрегаты. Такие агрегаты установлены на Киевской ГЭС (см. табл. П.1).
В приплотинных зданиях ГЭС чаще всего устанавливаются радиально-осевые турбины. В ряде случаев, например на Зейской ГЭС (диапазон напоров — от 78,5 до 97,3 м, Naгр= = 215 МВт), применяются диагональные турбины, обеспечивающие высокие значения КПД в широком диапазоне напоров. Возможна также установка высоконапорных поворотно-лопастных турбин, как это было осуществлено на чехословацкой ГЭС Орлик (диапазон напоров — от 45 до 71,5 м, Naгр— =90 МВт).
Подземные здания станций находят применение .как в плотинных, так и деривационных схемах создания напора. Крупные станции с подземными зданиями построены и строятся в нашей стране (Ингурская ГЭС, Рогунская ГЭС). Большое число таких зданий построено в Скандинавских странах, Италии, Канаде, Японии и США.
Все рассмотренные выше типы зданий находят применение как в схемах ГЭС, так и в схемах ГАЭС. При установке в здании ГАЭС обратимых гидроагрегатов по конструкции и оборудованию они почти не отличаются от зданий ГЭС: изменяются лишь формы отдельных элементов проточного тракта и высотное расположение агрегата.
При использовании на ГАЭС трех- и четырехмашинных агрегатов более сложные конструкции и большие размеры агрегатов приводят к необходимости некоторого увеличения размеров зданий и усложнения их конструкций (подробнее см. гл. 22).
Рис. 16.1. Русловое здание ГЭС несовмещенного типа на нескальном основании:
1 — паз аварийного затвора; 2 — паз сороудерживающей решетки; 3 — паз сороочистного механизма; 4 — Паз ремонтного заграждения; 5 — забральная стенка; 6 — механизм управления затвора; 7 — помещение затворов; 8 — ремонтное заграждение отсасывающей трубы; 9 — подъемный механизм ремонтного заграждения; 10 — положение трансформатора при выкатке на ремонт; 11 — маслонапорная установка; 12 — колонка регулятора турбины; 13 — температурко-осадочный шов; 14 — промежуточные бычки
Здания ПЭС в настоящее время проектируются только с применением горизонтальных капсульных (в том числе и обратимых) или прямоточных агрегатов. По размерам и форме они во многом схожи с обычными русловыми зданиями с капсульными агрегатами. Их особенностью являются специальные мероприятия по защите здания от воздействия морских ветровых волн и необходимость обеспечения двустороннего режима работы агрегатов. Для зданий ПЭС особенно эффективно применение наплавных конструкций, позволяющих изготовлять блоки здания в заводских условиях и транспортировать их на плаву к месту установки.
ОСОБЕННОСТИ РУСЛОВЫХ ЗДАНИЙ СТАНЦИЙ НЕСОВМЕЩЕННОГО ТИПА
Русловые здания станции входят в состав подпорных сооружений гидроузла и непосредственно воспринимают напор (см. рис. 3.2). Поэтому к русловым зданиям, с точки зрения их устойчивости и прочности, фильтрации под сооружением и в обход него, предъявляются те же требования, что и к плотинам [17].
Русловые здания станций
Рис. 16.2. Русловое здание ГЭС на скальном основании:
1 — водоприемник; 2 — бетонная турбинная камера; 3 — отсасывающая труба; 4 — гидрогенератор; 5 — основной мостовой кран машинного зада; 6 — вспомогательный кран; 7 — повышающий трансформатор; 8 — кабельный этаж; 9 — цементационные скважины; 10 — дренажные скважины; 11 — аварийно-ремонтный затвор; 12 — кран водоприемника; 13 — сороочистная машина; 14 — крав ремонтного заграждения отсасывающих труб; 15 — маслохранилище; 16 — сливная потерна
Проточная часть блока руслового здания с вертикальным агрегатом состоит из водоприемника, бетонной турбинной камеры таврового сечения и изогнутой отсасывающей трубы. На рис. 16.1 изображено здание станции с агрегатами мощностью по 65 МВт при напоре 13,2 м. Размеры агрегатного блока в этом случае определяются размерами, турбинной камеры и отсасывающей трубы. Ширина водоприемника в плане принята равной ширине турбинной камеры, а допустимая скорость на сороудерживающих решетках достигается развитием входного сечения в высотном направлении за счет соответствующего очертания забральной стенки водоприемника и назначения отметки его порога. При установлении размеров здания станции в направлении вдоль потока необходимо учитывать условия общей устойчивости и прочности (см. гл. 24).
Размеры агрегатного блока здания станции с вертикальной поворотно-лопастной гидромашиной определяются длиной блока вдоль потока, измеряемой от входного сечения турбинной камеры до выходного сечения отсасывающей трубы 6,3 — 6,6Ль и шириной блока 2,6 — 3,2. В некоторых случаях, например для совмещенных зданий станций, ширина блока может быть увеличена до 4,0. Заглубление фундаментной плиты
Здания станции совмещенного типа
здания под уровень нижнего бьефа зависит от принятой высоты отсасывания Hs и размеров отсасывающей трубы. Для вертикальных гидроагрегатов с поворотно-лопастными турбинами высота изогнутой отсасывающей трубы обычно изменяется в пределах от 2,3 до 2,5 и не должна быть меньше 2,1 так как при этом снижаются энергетические характеристики агрегата я увеличиваются динамические нагрузки на гидромашину.
Проточная часть двух смежных агрегатов разделяется бычком толщиной 1,5 — 2,5 м. Бычки, включающие осадочные швы, имеют толщину 3 — б м. При ширине входного сечения турбинной камеры и выходного сечения отсасывающей трубы более 10 — 12 м в них устанавливаются промежуточные бычки толщиной 1,0 — 1,5 м, как это показано на рис. 16.1 (поз. 14).
В целях уменьшения вертикальных размеров блока в зданиях руслового типа применяются турбинные камеры, сечения которых развиты вниз. Это позволяет максимально приблизить генератор к турбине и сократить длину вала агрегата. Значительные размеры отсасывающих труб позволяют расположить над их диффузорами один или несколько этажей вспомогательных помещений, выше которых на открытой площадке устанавливаются трансформаторы. Диффузор отсасывающей трубы может быть отрезан осадочным швом от основного массива здания станции и представлять собой самостоятельную конструкцию.
При расположении здания станции на скальном основании (рис. 16.2) в целях уменьшения объема работ -по выемке грунта фундамент здания следует за очертаниями дна водоприемника и отсасывающей трубы. Толщина бетона зависит от размеров агрегата и качества скальной породы основания.
При расположении здания станции на нескальных грунтах (рис. 16.1) котлован здания выбирается примерно до одной отметки, а фундаментная плита имеет значительную толщину, что позволяет расположить в ней потерны, используемые при опорожнении проточной части агрегата, а также дренажную галерею. При сооружении зданий станций широко применяются конструкции из сборных железобетонных элементов. Из сборных балок делаются перекрытие отводящего диффузора отсасывающей трубы, забральная стенка, подкрановые конструкции и др.
