4. Руслові будівлі гес

4.1. Загальні відомості і основні частини будівель руслових гес

Руслові гідроелектростанції споруджуються, як правило, на річках з малими уколами, а також на перепадах іригаційних систем. Їх основою найчастіше служать нескелясті (м’які) ґрунти-піски, глини, суглинки. Це гайбільш розповсюдженні будівлі гідроенергетичних установок. Їх будують при напорах від 3...5 м до 40...50 м і потужностях гідрогенераторів до 100...150 тис.кВт з поворотно-лопатевими, пропелерними, а іноді з радіально-осьовими турбінами.

Будівля руслової ГЕС може розташовуватись як в руслі, так і на березі. Відповідно компоновка споруд гідроелектростанції має назву руслова і берегова або заплавна. В разі дуже вузького русла в будівлю гідроелектростанції розташовують на обхідному каналі, що значно полегшує будівництво.

Основними частинами будівлі руслових ГЕС є гідротехнічна (підводна) частина, надводна або верхня споруда, а також монтажна площадка, яка може розташовуватись як в надводній, так і в підводній частинах будівлі ГЕС.

Підводна частина будівлі ГЕС безпосередньо знаходиться під впливом води верхнього та нижнього б’єфів. Це, як правило, найбільша частина будівлі ГЕС, її конструкція і розміри визначаються розмірами проточного тракту турбіни, напором і ґрунтами основи.

Надводна частина будівлі ГЕС знаходиться вище рівнів води в водосховищі та нижньому б’єфі. Її розміри визначаються типом і розмірами основного обладнання та умовами його монтажу. Основними надводними спорудами є машинний зал, мостові та інші комунікаційні споруди.

Будівля ГЕС проектується в комплексі зі спорудами підвідного і відвідного русел – понуром, водобоєм, і рисбермою, береговими устоями та роздільними стінками.

Частина будівлі ГЕС, в межах якої знаходиться агрегат, є агрегатний блок. Один або декілька агрегатних блоків складають секцію будівлі ГЕС. Секції відокремлюються одна від одної температурно-деформаційними швами. Причому, на скелястих ґрунтах шви передбачаються між кожними агрегатними блоками, а на м’яких – між секціями з двома (іноді і більше) агрегатними блоками на одній фундаментній плиті.

Основними особливостями руслових ГЕС є сприймання ними напору як греблею і спорудження водоприймача як одне ціле з агрегатною частиною будівлі ГЕС, а також необхідність улаштувати підвідне та вілвідне русла.

За конструкцією будівлі руслових ГЕС дуже різноманітні, але даоі розглядаються питання конструювання будівель тільки несуміщених ГЕС, що передбачено завданням на курсовий проект.

4.2. Конструкція і розміри агрегатного блоку будівлі гес

Агрегатний блок будівлі ГЕС являє собою залізобетонну споруду, обмежену основними бичками та фундаментною плитою, між якими знаходиться агрегат з проточним трактом (водоприймач, турбінна камера і відсмоктуюча труба). При скельових ґрунтах фундаментна плита виконується як вирівнюючий шар бетону. З конструктивно-технологічних міркувань бички уздовж будівлі повинні бути суцільними, а їх товщина – бути постійною.

Принципова конструкція агрегатного блока у вигляді вертикальної і плонової компоновок показана на рис.4.1. – 4.4. Будівля ГЕС спирається на масивну залізобетонну фундаментну плиту, що є признаком м’яких ґрунтів в основі споруди.

В середині блока розміщуються гідроагрегат в складі поворотно-лопатевої турбіни (1) і парасольчастого гідрогенератора (2), та турбінна камера (3) трапецеїдального перерізу і вигнута відсмоктуюча труба (4). Навантаження від маси ротора генератора і робочого колеса турбіни, а також їх гідродинамічні навантаження передаються через під’ятник (5), опорну п’яту (6) і кришку турбіни (7) на статор турбіни (8) і далі на основний бетонний масив і фундаментну плиту (9). Навантаження від статора (10) генератора передається на підгенераторну конструкцію (11) у вигляді масивного залізобетонного кільця. Циліндрична порожнина між генератором і кришкою турбіни створює турбінну шахту (12), доступ в яку відбувається за допомогою проходу (13).

В разі установки підвісного генератора навантаження від частин, що обертаються, передаються через підп’ятник на верхню хрестовину (14) і через неї і статор генератора (10) на підгенераторнону конструкцію і далі на основний бетонний масив і фундаментну плиту.

В підгенераторному масиві встроєні канали (15) системи охолодження генератора.

Вода до турбіни підводиться через водоприймач (16), з’єднувальну (17) і турбінну (3) камери. Водоприймач утворюється основними бичками (18), фундаментною плитою і забральною балкою (19) та стінками (20); він обладнаний пазом аварійно-ремонтного затвору (21), суміщенним пазом (22) решітки та ремонтного затвору, а також допоміжним пазом (23) грейфера для очищення решітки.

Водоприймач і горизонтальний дифузор відсмоктуючої труби поділені проміжними бичками (24) на два прогони. В кінці дифузора відсмоктуючої труби вбудовано паз (25) ремонтного затвору. В фундаментній плиті передбачена система осушення (26) проточної частини агрегату.

Машинний зал (27) каркасного типу з мостовим краном (28). Поміж агрегатами на відмітці підлоги машзалу розміщуються елементи системи (29) автоматичного регулювання агрегату (мастилонапірна установка, колонка управління, щити системи автоматики).

Щитове відділення верхнього б’єфа відкрите і обслуговується козловим краном (30), а затвор відсмоктуючої труби – козловим краном (31).

На площадці з боку нижнього б’єфу над відсмоктуючою трубою передбачено місце для установки трансформатора (32). Приміщення (33) використовується для розміщення обладнання допоміжних систем (насосів, компресорів, мастилогонів, водогонів та іншого обладнання для систем мастильного господарства, технічного водопостачання, осушення проточноготракту ГЕС, дренажу тощо). З цих приміщень улаштувані проходи (34) в турбінну камеру і відсмоктуючу трубу. Доставка обладнання на монтажу площадку здійснюється залізницею на відмітці підлоги машзалу і

монтажної площадки.

Основними розмірами агрегатного блока є ширина В_бл, довжина L_бл та висота Н_бл (див. рис.4.2.-4.4.). Ширина блока визначається згідно виразу

В_бл = В_тк + δ ≥ D_кг + (2...3) м, (4.1)

де В_тк – ширина турбінної камери на вхідному перерізі, яка визначається згідно рекомендацій методвказівок МВ 042-62, δ – товщина основних бичків; D_кг – діаметр кратера генератора (див. МВ 042-62). Товщина бичків визначається необхідною міцністю будівлі. Попередньо товщину основних бичків млжливо прийняти δ = (0,1...0,15)В_тк або δ = 1,5...3,0 м. Причому, товщину бичків, як вже відмічалося, бажано мати однаковою по всій їх довжині. Товщина додаткових (проміжних) бичків може бути зменьшена до δ = 1,5...2,0 м.

При остаточному визначенні ширини блоку В_бл і ширини секції В_с = n_бл· В_бл, де n_бл – число блоків в секції, необхідно враховувати схему розрізу будівлі ГЕС деформаційними швами.

Довжина блока L_вл визначає ширину будівлі ГЕС і складається з довжини L_в водоприймача, включаючи напірну стінку, віддалення L_нс напірної стінки від осі агрегату, довжини відсмоктуючої труби L_вт, ширини паза ремонтного затвора b_пз та віддалення L_пз паза затвора від краю бички (рис. 4.2.). Тобто,

L_бл = L _в+ L _нс+ L _вт+ b_пз + L_пз (4.2.)

Коли паз ремонтного затвора розташований в межах дифозора відсмоктуючої труби розмір b_пз виключається із залежності (4.2.).

В свою чергу складові виразу (4.2.) визначається виходячи з конструктивно-технологічних умов розміщення обладнання і забезпнчення мінімального необхідних розмірів будівельних конструкцій. Наприклад, для будівлі згідно рис. 4.2. вони визначаються наступним чином:

L_в = L_пз + b_пг + b_мп + b_пр + b´_мп + b_пз + t´_нсз (4.3.)

L_нс ≥ D_кг/2 + П, (4.4.)

L_пз ≥ 0,5δ + b_ш ≈ (2...3) м, (4.5.)

де b_пз, _пр, _пг, b_ш – відповідно ширина паза для затворів, решіток і грейфера та ширина штраби для закладних частин пазових конструкцій – визначаються в залежності від прогону l між бичками, де встановлюються решітки і затвори, згідно таблиці 4.1.;

b_мп і b´_мп – відповідно відстань між пазами при відсутності між ними забральної стінки товщиною t_зс:

b_мп ≥ 2b_ш (4.6.)

b´_мп ≥ t_зс+ 2b_ш (4.7.)

Товщина забральної стінки визначається міцністю споруди, попередньо вона може бути прийнята в частинах від напору води Н_зс, діючого на стінку під час ремонту та технологічного огляду обладнання і споруд:

t_зс ≈ (0,1...0,15)·H_зс = (0,5...1,5) м. (4.8.)

Рис. 4.3.Плани-розрізи агрегатного блоку будівлі ГЕС на відмітці осі направляючого апарату (розріз 2-2) і підлоги машинної зали (розріз 3-3) – читати разом з рисунуами 4.2. і 4.4.

Мінімальна відстань між пазами з умов експлуатації b_мп.мін = 1,2...1,5 м, вона є оптимальною і по втратам напору, t´_нс – товщина напірної стінки з урахуванням ширини штраби для закладних частин пазової конструкції аварійно-ремонтного затвора

t´_нс = t_нс + b_ш, (4.9.)

безпосередньо товщина напірної стінки t_нс попередньо також може бути прийнята в частинах від напору води на стінку Н_нс

t_нс = (0,15...0,2)· Н_нс (4.10.)

При великій товщині t_нс (більше 3...4 м) стінку бажано приймати крізної конструкції, тобто з внутрішніми полостями, які можливо використовувати як технологічні приміщення;

П – прохід між кратором генератора і напірною стінкою, приймається в межах. П = 1,2...2,5 м.

Відстань L_пз від паза решітки до краю бичка зі сторони верхнього б’єфу повинна бути узгоджена з необхідною відстанню для розміщення решітко-очисної машини між забральною балкою і пазом решітки b_ром. Діаметр кратора генератора D_кг та довжина відсмоктуючої труби L_вт визначається згідно МВ 042-62.

Розміри машинної зали визначаються за тими самими принципами, як і в пригребельних гідроелектростанціях – див. розділ 2. Розміри і місце розташування мостових переходів автомобільних і залізодорожних шляхів визначаються в залежності призначення і загальної компоновки споруд гідровузла. В курсовому проекті шляхопроводи та інші надбудови необхідно прийняти згідно аналогів. Ширина шляхопроводу змінюється за рахунок розміру крнсолі l_к (рис. 4.2.)

Таблиця 4.1*

l, м	2	4	6	8	10	15	20
bп, м	0,5	0,7	0,9	1,1	1,2	1,4	1,5
tп, м	0,25	0,4	0,5	0,6	0,65	0,75	0,9
bш, м	0,12	0,18	0,2	0,22	0,25	0,3	0,4

* прийнято згідно [6]. l – прогін між бичками; b_п – ширина паза; t_п – глибина паза; b_ш – ширина штраби.

Для обслуговування водоприймача і затворів з нижнього б’єфу вибираються, в основному, козлові крани, їх розміри визначаються, виходячи із розмірів решіток і затворів та їх розташування в блоці.

Розміри площадки під трансформатором визначаються розмірами трансформаторів.

Остаточно довжина блоку будівлі ГЕС визначаються з умов стійкості і міцності будівлі.

Висота блоку будівлі ГЕС визначається як розмір по висоті від підошви фундаментної плити (↓ПФП) до підлоги машинної зали (↓МЗ) або до верху будівельних конструкцій зі сторони нижнього б’єфу (↓ВБК), коли ↓ВБК >↓МЗ, тобто

Нбл = ↓МЗ - ↓ПФП або Нбл =↓ВБК - ↓ПФП (4.11.)

Занальна висота будівлі визначається з урахуванням висоти машзалу (див. рис. 4.2.). характерні відмітки блоку ГЕС наведені в таблиці 4.2. Там же дані і залежності для їх визначення.

Для більшої зручності користування при визначенні висотних відміток в таблиці літерні позначки продубльовані цифровими (на рис. 4.2.).

Найбільш привабливе розташування підлоги машинної зали МЗ на рівні верху статора або хрестовини генератора на одній відмітці з монажною площадкою МП і під’їздними щляхами ПШ, тобто

↓МЗ = ↓МП = ↓ПШ

Розташування машзалу та монтажної площадки можливе і на різних відмітках з під’їзними шляхами. Однак це повинно бути враховано при конструюванні машзалу і вирішенні питань доставки і розкладки обладнання на монтажній площадці. При ↓МЗ > ↓ПШ зменшення висоти машзалу можливо шляхом використання напівострівної (див. рис. 4.2. – 4.4.) або острівної компоновки агрегату з відміткою з відміткою машзалу ↓МЗ на рівні низу статора. Таке рішення характерне для ГЕС малої потужності.

Коли відмітка верху будівельних конструкцій ↓ВБК зі сторони нижнього б’єфу і пвд’їздних шляхів ↓ПШ суттєво перевищує відмітку верха генератора, доцільно розглянути можливість будівництва ГЕС із зниженим машинним залом.

Розміри технологічних приміщень на стадії курсового проекту визначаються за аналогами запроектованих будівель ГЕС.