ОСОБЕННОСТИ УСЛОВИЙ РАБОТЫ БЕЗНАПОРНЫХ ВОДОПРИЕМНИКОВ
Речной поток во время паводка кроме наносов несет большое количество сора, а в зимний период шуги, что затрудняет эксплуатацию безнапорных водоприемников. Однако основные затруднения при эксплуатации таких водоприемников вызывают донные наносы. Поэтому плановая и высотная компоновка безнапорного водоприемника, а также других сооружений головного узла наряду с обеспечением защиты водоприемника от забивки шугой, сором и льдом подчиняется главной задаче — защите от проникновения донных наносов в водоводы гидроэлектростанций.
Безнапорные водоприемники, так же как и напорные, оборудуются решетками, затворами и подъемно-транспортными механизмами. Расход воды, подаваемой в деривацию, обычно регулируется открытием затворов с дистанционным управлением. Наполнение деривации осуществляется из-под затвора.
Решетки безнапорных водоприемников, как правило, имеют широкие просветы между стержнями (20 — 30 см) и служат для задержки только крупного сора. Механическая очистка этих решеток обычно не предусматривается. Если безнапорная деривация выполняется в виде туннеля, то водоприемник оборудуется также и частыми решетками, которые устанавливаются ниже грубых решеток или перед входом в туннель. Для очистки этих решеток предусматриваются специальные механизмы. Решетки с широкими просветами между стержнями предпочтительнее располагать вдоль входного порога водоприемника (рис. 26.11). В этом случае существенно улучшаются условия для сброса сора через промывные пролеты плотины.
Рис. 26.11. Устройства для направления и сброса шуги и сора: а —деревянная и металлическая запани; б — шугонаправляющая стенка; в — водоприемник с лотковым шугосбросом; 1 — шарнирное соединение; 2 — стойки из труб; 3 — деревянные щиты; 4 — опорный трос; 5 — крепление троса; 6 — порог шугосбросного отверстия; 7 — порог водоприемника; 8 — шуга; 9 — водоприемник; 10 — железобетонная плита; 11 — стенка лоткового шугосброса; 12 — шугоспуск, 13 — клапан; 14 — водосбросная плотина; 15 — зимний пролёт водоприемника; 16 — донные галереи; 17 — решетка
Для защиты водоприемника от сора и льда кроме решеток и в некоторых случаях постоянных забральных стенок на время паводка в верхнем бьефе под углом 30 — 45° к потоку устанавливают специальные стенки или плавучие запани (26.11,а, б), которые направляют плавающие тела к водосбросным отверстиям плотины. Однако «при проектировании водоприемников необходимо иметь в виду, что установка стенок и запаней полностью не защищает сороудерживающие решетки от засорения. Очень часто сор равномерно распределяется по глубине потока и свободно проходит под стенкой или запанью, а некоторая часть поверхностного сора подныривает под них и забивает решетки.
В зимнее время шуга является одной из основных причин эксплуатационных затруднений. При проектировании водоприемников необходимо предусматривать различные вспомогательные устройства, которые позволили бы обслуживающему персоналу найти наиболее рациональные (с меньшими затратами воды) способы эксплуатации водоприемников и других сооружений гидроэлектростанций в периоды шугохода. При сбросе шуги в нижний бьеф через оборудованные для этой цели пролеты плотины с целью направления шуги и защиты отверстий водоприемника применяют запани, забральные или шугоотбойные стенки (рис. 26.11), а в нижнем бьефе гидроузла создают условия для отвода сброшенной шуги.
Для уменьшения расходов воды, необходимой для сброса шуги в нижний бьеф, иногда применяют шугосбросы различных конструкций. Лотковые шугосбросы могут располагаться между бычками водоприемника (рис. 26.11,в) или подвешиваться к их входным граням.
Пропуск шуги через плотину и с помощью шугосбросных лотков часто ограничен транспортирующей способностью нижнего бьефа. Поэтому чаще применяется пропуск шуги через водоприемник с последующим ее сбросом из напорного бассейна.
ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ БЕЗНАПОРНЫХ ВОДОПРИЕМНИКОВ
Безнапорные водоприемники можно разделить на две группы: поверхностные и донные решетчатые.
Поверхностные водоприемники. Опыт эксплуатации поверхностных водоприемников разнообразных типов показал, что водоприемники с глухим порогом, с промывным карманом, с гравиеловкой (см. рис. 27.4) не могут обеспечить защиту водоводов от проникновения в них донных наносов при большом содержании их в потоке.
Рис. 26.12. Поверхностные водоприемники с донными промывными галереями:
а — с галереями криволинейной формы; б — с галереей прямолинейной формы; 1 — водоприемник; 2 — порог водоприемника; 3 — затворы промывных отверстий плотины; 4 — донные промывные галерея; 5 — верховой устой; 6 — сороудерживающие решетки; 7, 8 — затворы водоприемника; 9 — затворы промывных галерей; 10 — понур; 11 — водосбросная плотина; 12 — деривационный канал
Значительно успешнее справляются с этой задачей и потому получили широкое распространение водоприемники с донными промывными галереями, расположенными в пороге (рис. 26.12). При одновременной работе водоприемника и промывных галерей нижние слои потока, насыщенные донными наносами, сбрасываются через галереи в нижний бьеф головного узла, а верхние, свободные от наносов, поступают в водоприемник. При работе только водоприемника наносы оседают перед порогом и периодически смываются через галереи и промывные отверстия плотины.
Число промывных галерей может быть различным и не обязательно равным числу пролетов водоприемника. Иногда устраивают одну промывную галерею с переменной площадью поперечных сечений, которая соединяется с несколькими или одним щелевым отверстием в пороге водоприемника. В плане промывные галереи могут иметь прямолинейную и криволинейную форму.
Создание винтового движения воды (рис. 26.12,б) повышает транспортирующую способность промывной галереи и уменьшает промывные расходы.
Ширина и высота промывных галерей определяются расчетом и принимаются не менее 1 м. Скорости потока в галереях назначаются в пределах 4 — 7 м/с.
Дно и боковые стенки галерей для защиты от истирания наносами облицовываются крепким гранитом, чугунными плитами или стальными листами, а при криволинейном очертании применяется даже двухслойная облицовка вогнутой стенки крепким гранитом и стальными листами примерно на 2/3 высоты галереи.
Конструкция водоприемника с донными промывными галереями приведена на рис. 27.3.
Донные решетчатые водоприемники. Водоприемники этой группы применяются на горных участках рек, для которых характерны резкие колебания расходов воды и большое содержание наносов. Они представляют собой водозаборную галерею в пороге водосброса, перекрываемую сверху решеткой (рис. 26.13). Из водозаборной галереи вода поступает в промывную камеру, а затем через регулятор расхода — в отстойник. Порог плотины принимается при этом на 3 — 5 м выше дна верхнего бьефа. Если в составе головного узла предусматривается устройство отстойника, то это превышение уменьшается до 1 — 2 м.
Ширина решетки составляет 1 — 2 м, а длина определяется забираемым расходом. Дну водозаборной галереи придается уклон, достаточный для транспортирования наносов, прошедших через решетку.
Для забора воды в зимнее время дополнительно может быть устроен боковой водоприемник. Во время паводка часть расхода реки сбрасывается через водозаборную плотину в нижний бьеф.
Рис. 26.13. Донный решетчатый водоприемник:
1 — водосбросная плотина; 2 — донная водозаборная галерея, перекрытая решеткой; 3 — промывная камера; 4, 5 — нижний и верхний затворы промывной камеры; 6 — шугосброс; 7 — водоприемник для забора воды из промывной камеры; 8 — отстойник; 9 — деривационный канал
Донные наносы, поступающие из водозаборной галереи в промывную камеру, удаляются путем открытия ее верхового и низового затворов (рис. 26.13).
Если река не несет донных наносов, то водоприемник выполняется по схеме, изображенной на рис. 26.12, но без устройства промывных галерей.
