Планировка машинного зала, конструкция и размеры верхнего строения взаимосвязаны между собой.
Размеры верхнего строения закрытого здания (рис. 20.4, схема I) определяются из условия, что все оборудование, включая грузоподъемные краны, должно находиться под крышей. При этом обычно во избежание установки дополнительного крана ревизия силовых трансформаторов производится на монтажной площадке основным краном. Высота и ширина верхнего строения определяются как размерами оборудования, так и условиями его доставки в агрегатный блок или на монтажную площадку. В зависимости от схемы транспортировки оборудования назначается ширина машинного зала В и его высота Я. Транспортировка ротора над генераторами позволяет уменьшить ширину машинного зала, но требует некоторого увеличения его высоты. В этом случае удается уменьшить значение ширины машинного зала с (1,5-2,0) примерно до (1,2 — 1,3). Такую схему транспортировки целесообразно применять при агрегатах большой мощности на станциях с малыми напорами, когда диаметр генератора превышает 18 — 20 м (например, Волжские ГЭС). Некоторое уменьшение высоты машинного зала может быть достигнуто применением агрегата, в котором вал при разборке отсоединяется от ротора (например, агрегат Красноярской ГЭС). В отдельных случаях ширина машинного зала достигает 22 — 25 м при высоте до 30 м.
Рис. 20.4. Типы верхнего строения зданий станций
Необходимо отметить, что верхнее строение воспринимает большие нагрузки от кранового оборудования, грузоподъемность которого в настоящее время достигает 1900 т, а в перспективе может еще возрасти. Рассматривается возможность изменения схемы сборки наиболее тяжелого узла оборудования—ротора гидрогенератора, определяющего грузоподъемность крана, при которой полная сборка ротора будет производиться непосредственно в агрегатном блоке. При этом с монтажной площадки в собранном виде доставляется лишь ступица ротора с закрепленными спицами, обод же с полюсами собираются в блоке агрегата так же, как это делается со статором генератора. При установке двух спаренных крапов необходимо увеличение высоты машинного зала, равное высоте траверсы, которая обычно составляет 2 — 3 м. Применение спаренных кранов вызвано стремлением уменьшить размеры крана и сосредоточенные нагрузки на подкрановые конструкции. В настоящее время применение спаренных кранов считается оправданным при общей грузоподъемности свыше 400 — 500 т. При работах, не связанных с транспортировкой ротора генератора, краны могут работать изолированно друг от друга.
Для ускорения монтажных работ и уменьшения расхода электроэнергии на станциях с большим числом агрегатов оправданным является установка крана меньшей грузоподъемности, перемещающегося по дополнительным путям, расположенным на более низких отметках. Грузоподъемность таких кранов обычно не превышает 15 — 30 т. Расстояние между наружными частями ротора и подкрановыми колоннами при транспортировке может составлять 0,25 — 0,5 м.
При смещении транспортируемого оборудования относительно оси здания (рис. 20.4, схема II) верхнее строение располагается несимметрично относительно продольной оси здания станции. При наличии на подводящих водоводах предтурбинных затворов, обслуживание которых осуществляется основным краном, ось агрегата смещается в сторону нижнего бьефа (см. рис. 17.6).
Несмотря на большую стоимость верхнего строения закрытого типа они широко применяются в различных климатических условиях, благодаря удобству эксплуатации оборудования. Следует, однако, иметь в виду, что на станциях с малым числом агрегатов, работающих в пиковом режиме, необходимость отопления машинного зала увеличивает расход энергии на собственные нужды станции.
Верхнее строение полуоткрытого типа (рис. 20.4, схема III) имеет значительно меньшие размеры (В и Н) без заметного ухудшения условий эксплуатации: за пределы закрытого помещения выносится лишь основной кран, а остальное оборудование располагается в машинном зале пониженной высоты. Сборка и разборка агрегатов производится через съемное перекрытие над каждым агрегатом, которое либо снимается краном, либо на катках сдвигается в сторону (как, например, на Горьковской ГЭС). Масса таких крышек может достигать нескольких десятков тонн. Такая же съемная крышка устраивается над монтажной площадкой.
На крупных ГЭС с верхним строением полуоткрытого типа транспортировка вспомогательного оборудования может осуществляться без раскрытия машинного зала при помощи крана малой грузоподъемности, расположенного внутри машинного зала (рис. 20.4, схема 1) . Этот же малый кран выполняет работу на монтажной площадке, обслуживая участки, которые недоступны для крюка главного крана. Высота пониженного машинного зала определяется из условия обеспечения нормальной эксплуатации оборудования и возможности проведения ремонтных работ, не требующих применения основного крана.
Съемные или откатные крышки имеют круглую или прямоугольную форму в плане и представляют собой металлический каркас с покрытием. Применение мостовых кранов, перемещающихся по специальной эстакаде (рис. 20.4, схема IV), позволяет уменьшить стоимость крана и может быть оправдано при малом числе агрегатов. Полуоткрытые здания станций применяются в различных климатических условиях, даже в суровых.
Открытые здания (рис. 20.4, схема IV) не имеют машинного зала. Генератор располагается под съемным колпаком, вспомогательное оборудование — на различных этажах агрегатной части здания и под монтажной площадкой. Ремонт оборудования на открытой монтажной площадке неудобен, в связи с чем этот тип верхнего строения не получил широкого распространения.
Рис. 20.5. Возможные варианты расположения вертикальных и наклонных подкрановых колонн: 1 — гидрогенератор; 2 — осадочный шов; 3 — монтажная площадка; 4 — раскосы; 5 — подкрановая балка
Конструкция верхнего строения здания станции состоит из несущего каркаса, подкрановых конструкций и заполнения. Каркас состоит из системы колонн, на которые опираются фермы перекрытия и подкрановые балки, разрезанные в местах расположения осадочных швов. Балки и колонны могут быть выполнены из металла, монолитного или сборного железобетона. Применение колонн из сборного железобетона или металла ускоряет ввод в действие крана и начало монтажных работ. Расстояние между подкрановыми колоннами зависит от размеров здания и грузоподъемности крана. На рис. 20.5 (схема I) приведено несколько возможных вариантов расположения колонн. Следует стремиться к тому, чтобы шаг колонн, был постоянным по всей длине здания. Во всех вариантах этой схемы (рис. 20.5, а, б, в) обязательно устанавливаются колонны в углах здания и сдвоенные колонны в местах разрезки здания осадочными швами (на схеме отрезан блок монтажной площадки). Число колони по длине агрегатного блока может быть различным. Вариант схемы рис. 20.5,б менее желателен, так как он связан со стеснением проходов между генератором и стеной здания.
Подкрановые конструкции рассчитываются на вертикальные и горизонтальные усилия от действия кранового оборудования. Вертикальные усилия определяются массой крана и наиболее тяжелого узла оборудования (обычно ротора гидрогенератора) при максимальном смещении его к одной из опор.
Для восприятия горизонтальных тормозных усилий крана между колоннами устраиваются раскосы (схемы II, вариант рис. 20.5,г) или наклонные колонны (вариант рис. 20.5,б).
Пространство между колоннами заполняется кирпичной кладкой, блоками, реже железобетонным заполнителем или оконными проемами, которые устраиваются также выше подкрановых балок. По соображениям безопасности не разрешается расположение оконных проемов в местах установки силовых трансформаторов, а также со стороны открытых станционных трубопроводов на деривационных станциях.
При внешнем расположении крана опирание его может происходить либо на продольные стены (рис. 20.4, схема III), по которым укладываются специальные балки, либо на массивную часть здания, охватывая все верхнее строение. Подкрановая эстакада при применении мостового крана также может опираться на продольные стены либо на массив агрегатной части.
Необходимо отметить, что из-за значительных размеров крана (особенно при работе двух спаренных кранов) длина крайнего блока должна быть несколько увеличена путём смещения торцевой стены здания станции. При размещении трансформаторов на площадке над отсасывающими трубами воздушные переходы на ОРУ крепятся обычно за каркас здания или к специальным порталам, устанавливаемым на бычках или крыше здания.
На рис. 20.6 и 20.7 изображен ряд конструктивных элементов агрегатной и над агрегатной частей зданий ГЭС различного типа, выполненных из металла и железобетона.
Рис. 20.6. Детали узлов агрегатной части зданий станции: а — установка пробки в пазу ремонтного заграждения отсасывающей трубы; б — устройство для слива воды из отсасывающей трубы; в — деталь опирания мостового крана на подкрановую балку; г — крепление крышки турбины к узлам статора; д — установка запорного клапана на сливе воды из отсасывающей трубы; е— установка насоса для откачки воды из проточного тракта агрегата; 1 — сборные балки; 2 — слив воды из системы технического снабжения; 4 — водосборный коллектор воды при сливе из проточного тракта агрегата; 5 — металлическая подкрановая балка;
6 — мостовой кран; 7 — дренажный насос; 8 — дренажные отверстия; 9 - двигатель наcoca; 10 — напорная линия; 11 — сливная линия: 12 — решетка; 13 — клапан; 14 — привод клапана; 15 — слив из отсасывающей трубы; 16 — сливная линия из отсасывающей трубы;
17 - сливная линия из потерны; 18 — галерея для подхода; 19 — лаз в отсасывающую трубу
На рис. 20.6,а показана конструкция перекрытия отводящего диффузора изогнутой отсасывающей трубы, выполненная из сборных железобетонных тавровых балок с последующим их омоноличиванием. Показаны также конструкция и размещение пазов ремонтного заграждения в диффузоре. Для уменьшения фильтрационного давления в фундаментной плите здания ГЭС устраиваются дренажные отверстия 8.
Опорожнение отсасывающих труб здания ГЭС, расположенного «на скальном основании, осуществляется через сборный коллектор (рис. 20.6,б), который соединен со всеми отсасывающими трубами специальными соединительными патрубками 16 (рис. 20.6,б), перекрываемых запорными клапанами 13. Во избежание попадания в коллектор сора входные отверстия сливных патрубков оборудуются сорозащитными решетками 3 (рис. 20.6,б). Из сборного коллектора вода откачивается специальными насосами 9 (рис. 20.6,б), напорные линии которых выведены в нижний бьеф станции. Помещение насосов оборудуется грузоподъемными средствами и соединяется с монтажной площадкой машинного зала специальной грузовой шахтой.
На рис. 20.6,2 показаны детали опирания радиально-осевой турбины, соединения верхнего и нижнего статорных колец с облицовкой металлической спиральной турбинной камеры, расположения статорных колонн и лопаток направляющего аппарата. Под спиральной камерой располагается галерея 18, заканчивающаяся люком 19 в конусе отсасывающей трубы. Через этот люк может производиться визуальный осмотр состояния рабочего колеса турбины.
Рис. 20.7. Детали узлов надагрегатной части здания станции:
а — установка главных трансформаторов на русловом здании станции; б — установка главных трансформаторов на здании станции; в— установка крана для подъема ремонтного заграждения в отсасывающей трубе; г—детали перекрытия здания при плотинной станции; 1 — шинопроводы; 2 — помещение выключателей генераторного напряжения; 3 — вынесенные охладители трансформаторов; 4 — положение трансформатора при выкатке на ревизию; 5 — главный повышающий трансформатор; 6 — система пожаротушения;
7 — разъединитель; 8 — гидроизоляция; 9 — железобетонные плиты; 10 — приемник для сбора и отвода масла; 11 — ограждение; 12 — оконный проем; 13 — перекрытие машинного зала
На рис. 20.7, а изображена схема расположения главного повышающего трансформатора на здании гидростанции руслового типа. Трансформатор располагается на площадке, находящейся над отводящими диффузорами изогнутых отсасывающих труб. Размеры площадки должны обеспечивать возможность установки трансформаторов и их выкатки на ревизию. Трансформаторы посредством шинопроводов 1 соединены со статором генераторов. Охладители трансформаторов 3 расположены на отдельно стоящей опорной конструкции.
Бетонное перекрытие под площадкой трансформаторов имеет уклон в одну сторону и специальную гравийную засыпку, обеспечивающие отвод масла.
Помещения, расположенные под трансформаторной площадкой, используются для размещения электрического оборудования, работающего под генераторным напряжением, например выключателей 2, сборных шин и другого оборудования. Ниже расположенные помещения могут использоваться для размещения оборудования системы технического
водоснабжения, осушения проточной части агрегатов и т. д.
На рис. 20.7,б изображено расположение повышающих трансформаторов на площадке, образующейся между стеной машинного зала и низовой гранью плотины. Трансформаторы соединены с генераторами шинопроводами 1 и воздушной перекидкой с открытым распределительным устройством, расположенным на берегу. Выкатка трансформаторов на ревизию осуществляется по специальным путям 4, проходящим параллельно установленным трансформаторам.
На рис. 20.7,в изображено опирание козлового крана, предназначенного для подъема и опускания ремонтного заграждения отсасывающих труб, на рис. 20.7,г изображена деталь перекрытия машинного зала с металлической фермой. По верхнему поясу фермы укладываются железобетонные плиты, слой теплоизоляции и гидроизоляция.
Компоновка машинного зала и высотное расположение его пола зависят от большого числа факторов. Если раньше считалось обязательным расположение генераторов на незатопляемых (со стороны нижнего бьефа) отметках, то в последнее время в связи с широким применением подземных зданий появились решения, допускающие расположение генераторов ниже отметки нижнего бьефа.
Рис. 20.8. Варианты расположения генераторов в машинном зале
В зависимости от мощности агрегата и отметки подъездных путей, ведущих на монтажную площадку, обычно применяется один из трех приведённых на рис. 20.8 вариантов расположения генераторов в машинном зале. Схемы I и II обычно применяются при агрегатах небольшой мощности, измеряемой десятками мегаватт, их иногда называют островной (I) и полуостровной (II) схемами. Относительно небольшие размеры генераторов и агрегата позволяют упростить их эксплуатацию, разместив в одном помещении генераторы и шахты турбин, что облегчает доступ к ним. С увеличением мощности агрегата увеличиваются диаметр и высота генератора, в связи с чем для удобства его обслуживания целесообразно устройство пола на отметке верха генератора (схема III). Вход в турбинную шахту осуществляется с другого этажа. Такая планировка пола машинного зала освобождает большие площади, которые могут быть использованы при ремонтах для размещения узлов и деталей оборудования. Подобная планировка принята в зданиях Волжской, Красноярской и ряда других отечественных и зарубежных ГЭС.
