Справочник по гидротурбинам - Гидравлические затворы

Глава VIII
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ЗАТВОРЫ
VIII.1. ТИПЫ ЗАТВОРОВ, КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ, ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЗНАКИ

Классификация и условные обозначения

Гидравлические затворы напорных трубопроводов по назначению разделяются на два класса: класс А — отсечные поворотные; класс Б — затворы, регулирующие расход.
Класс А характеризуется асимметричным изменением проходного сечения затвора при движении (на открытие или закрытие) его ротора (диска) и резким изменением поля скоростей потока жидкости. Такое воздействие ротора на поток вызывает кавитационные явления в зоне за затвором, поэтому затворы этого класса не рекомендуется применять для длительной работы при промежуточных положениях ротора (на частичных расходах). Ротор (диск) этих затворов имеет два крайних рабочих положения: «Затвор открыт» и «Затвор закрыт», соответствующих полному открытию или перекрытию напорного трубопровода.
Затворы класса А предназначены для перекрытия напорных трубопроводов ГЭС в целях: 1) прекращения доступа воды к гидротурбине при нормальных условиях эксплуатации, а также для проведения ревизий и ремонтов ее узлов (закрытие затвора при этом происходит в практически неподвижной воде — при закрытом направляющем аппарате — и осуществляется автоматически с пульта управления в общем цикле пуска и остановки гидроагрегата или вручную с местного поста управления затвором); 2) прекращения доступа воды к гидротурбине или в напорный трубопровод в аварийных случаях: при разгоне турбины и выходе из строя направляющего аппарата, при разрыве напорного трубопровода или падении давления масла в котле МНУ ниже допустимого (закрытие затвора при этом производится автоматически от импульса соответствующих устройств).
Класс А включает в себя конструктивные группы шаровых, дисковых и специальных затворов.
Класс Б характеризуется симметричным изменением проходного сечения затвора при движении (на закрытие или открытие) его запорного органа и плавным изменением поля скоростей. Затворы этого класса могут длительное время работать при любых промежуточных положениях запорного органа (между положениями «Затвор открыт» и «Затвор закрыт») для пропуска частичных (от нулевого до максимального) расходов жидкости, т. е. для регулирования расхода.
Затворы класса Б предназначены для перекрытия напорных трубопроводов ГЭС и гидротехнических сооружений в целях: 1) прекращения доступа воды к гидротурбине или в напорный трубопровод в случаях, указанных для класса А; 2) для регулирования уровня воды в водохранилищах или расхода воды в системе орошения земель.
Затворы класса Б закрываются (открываются) автоматически (от указателей уровня воды в водохранилище или заданного расхода в системы орошения) или вручную с местного поста управления.
Все затворы класса Б относятся к группе цилиндрических затворов.
Условное обозначение затворов состоит из индекса группы затворов, диаметра входного сечения в см, расчетного статического напора в м вод. ст.
Индекс группы затворов включает две прописные буквы (ЗШ — затвор шаровой; ЗД — затвор дисковый; ЗЦ — затвор цилиндрический; ЗК — затвор кольцевой) и одну или две строчные буквы, обозначающие тип клапана или диска: с — плоскоскошенный диск; п — плоский диск; ч — чечевицеобразный диск; б — бипланный диск; т — тарельчатый клапан; кр — кольцевой клапан на роторе; кк — кольцевой клапан в корпусе затвора; ск — сегментный клапан.
Размер диаметра входного сечения затвора в см вписывают после индекса группы затвора, статический напор в м — за размером затвора через черточку (дефис).
Пример условного обозначения затвора: ЗШкр300-5ОО (затвор шаровой с кольцевым клапаном на роторе, с диаметром входного сечения 300 см на максимальный статический напор 500 м).

Отсечные затворы (класс А)

Основные параметры (номинальные диаметры и действующие на затвор статические напоры) для шаровых и дисковых затворов всех типов, а также уровень протечек через указанные затвори приведены в соответствии с ГОСТ 22373—82.
Группа шаровых затворов. Ротор шарового затвора выполняют в виде трубы, которая в открытом положении затвора является как бы· продолжением напорного трубопровода, пропускает поток воды, не изменяя его формы и скорости, т. е. практически не оказывая потоку дополнительного («вредного») сопротивления. Корпус затвора имеет сферическую поверхность, наиболее рациональную для восприятия давления воды.
Шаровые затворы отличаются друг от друга конструкцией корпуса, ротора и его привода, а также рабочего и ремонтного уплотнений (табл. VIII. 1).
Шаровые затворы применяют, как правило, на статический напор свыше 200 м. и устанавливают перед спиральной камерой турбин или насос-турбин высоконапорных ГЭС и ГАЭС.

Группа дисковых затворов.

Ротор дисковых затворов, перекрывающий поток, выполняют в виде дисков различной формы. Корпус представляет собой цилиндрическую обечайку с фланцами для соединения с напорным трубопроводом. Дисковые затворы (табл. VIII.2) отличаются друг от друга формой и приводом диска, конструкцией уплотнения, расположением оси поворота диска (вертикальное или горизонтальное).
Дисковые затворы с плоскоскошенным диском применяют, как правило, на статические напоры до 170 м, с плоским или симметричным бипланным диском — на напоры до 230 м. Дисковые затворы устанавливают перед спиральной камерой турбины или на головном сооружении деривационной ГЭС.
Группа специальных затворов. Относительно высокая стоимость производства шаровых и дисковых затворов, значительные капитальные затраты на сооружение помещений и фундаментов под затворы привели к решению перекрытия проточной части турбины и отсечения потока воды на рабочее колесо специальным запорным устройством, получившим название кольцевой турбинный затвор. Применение этого затвора ограничено определенной схемой гидроузла (короткий автономный турбинный водовод, наличие ремонтного щита на головном сооружении) и связано с решением таких технических проблем, как размещение приводов затвора на крышке турбины, обеспечение надежного уплотнения. Конструкция кольцевого турбинного затвора (табл. VIII.3) органически связана с конструкцией турбины и в известной мере определяет компоновку гидроагрегата в целом.
Затворы, регулирующие расход (класс Б)
Группа цилиндрических затворов характеризуется возвратно-поступательным движением запорного органа, который выполняют в виде подвижной иглы или кольца. Корпус затвора соединен с напорным трубопроводом. Передвижением иглы вдоль оси корпуса или кольца относительно иглы изменяются проходное сечение затвора и расход воды в напорном трубопроводе.
Ротор цилиндрического затвора с упорным конусным днищем, выполненный в виде кольца, размещается снаружи корпуса. Поток конической формы выбрасывается в атмосферу или под уровень воды.
Затворы этой группы отличаются формой проточной части, конструкцией уплотнения и приводом ротора (табл. VIII.4).
Цилиндрические затворы применяют на напоры до 400 м и устанавливают перед гидроагрегатами, нормальная эксплуатация которых предусматривает регулирование расхода воды затвором, или на напорном трубопроводе водорегулирующих устройств гидротехнических сооружений.

Таблица VIII.1. Конструктивные схемы, характерные признаки и основные параметры шаровых затворов

Таблица VIII.2. Конструктивные схемы, характерные признаки и основные параметры дисковых затворов

Таблица VIII.3. Одна из конструктивных схем кольцевого турбинного затвора (тип ЗКт), характерные признаки и основные параметры

Таблица VIII.4. Конструктивные схемы, характерные признаки и основные параметры цилиндрических затворов