Гидротехнические сооружения

Лекция 7. Гидротехнические сооружения Классификация плотин Как уже говорилось ранее, основным гидротехническим сооружением на ГЭС является плотина. В зависимости от высоты, назначения и местных условий плотины могут отличаться друг от друга. На большинстве гидроузлов совмещены плотины нескольких типов, как по материалу, так и по назначению. По материалам: 1. Грунтовые: a. Земляные b. Каменно-набросные c. Каменно-земляные Общий вид плотины грунтовой плотины представлен на рисунке ниже. В зависимости от конкретного материала могут меняться уклоны граней плотины, количество и размер берм, а так же отсутствовать ядро, экран и дренажная призма. ВБ 4 1 НБ 2 3 1 – Экран – защищает плотину со стороны верхнего бьефа от размыва, фильтрации и термических воздействий. 2 – Ядро – обеспечивает устойчивость плотины на сдвиг. 3 – Дренажная призма - делается из каменного наброса – уменьшает влияние воды на плотину со стороны нижнего бьефа, уменьшает фильтрационное противодавление. 4 – Берма - уступ для устойчивости грани плотины. 2. Бетонные плотины. 3. Железобетонные плотины Бетонные и железобетонные плотины в отличие от грунтовых имеют меньшие геометрические размеры, что позволяет их использовать при больших напорах. Форма бетонных и ж-б плотин часто имеет форму прямоугольной трапеции (см. рисунок ниже). По способу обеспечения устойчивости плотины делятся на: 1. Гравитационные – устойчивость обеспечивается их массой (все грунтовые плотины – гравитационные). 2. Арочные. Представляют собой свод, очерченные в плане в виде дуги и упирающийся своими концами в скальные берега, которые и воспринимают основную нагрузку 1 Вид сверху ВБ НБ 3. Контрфорсные плотины представляют собой конструкцию, железобетонные ребра укладываются железобетонные плиты ВБ в которой на Банки жесткости НБ Контрфорсы 4. Арочно-гравитационные - вмещают в себе свойства арочных и гравитационных плотин. По назначению плотины делятся на глухие и водосбросные Глухая плотина Водосбросная плотина Затвор поверхностного водосброса Потерны Донный водосброс Глухие плотины обеспечивают только подпор и удержание воды в водохранилище. Водосбросные плотины должны обеспечивать пропуски воды через водосбросы: Водосбросы могут быть либо поверхностные – в этом случае вода проходит по верхней огибающей плотины, которая выполняется специальной изогнутой формой для максимального гашения энергии воды, либо через донные водосбросы (в этом случае форма плотины может быть стандартной). Потерна — технологическое помещение, находящееся на нижней отметке здания ГЭС, обеспечивающее сбор и отвод протечек В зависимости от размеров и значения гидроузла, водопропускные сооружения должны обеспечить пропуск расхода, который приходит не чаще, чем раз в десять тысяч лет (P=0.01%). 2 Здание ГЭС Типы зданий ГЭС и их основные элементы. Здание ГЭС представляет собой гидротехническое сооружение, в котором с помощью гидросилового, электрического, гидромеханического, вспомогательного оборудования, систем управления механическая энергия воды преобразуется в электроэнергию, передаваемую в энергосистему потребителям. При этом должны быть обеспечены надежная работа, прочность и устойчивость здания ГЭС при действии внешних нагрузок (гидростатического и гидродинамического давления, фильтрационного давления, температурных, сейсмических воздействий и др.), а также нагрузок от работы технологического оборудования В нем размещается  основное оборудование ГЭС o гидрогенераторы o гидротурбины.  Вспомогательное оборудование o Системы технического водоснабжения o системы пожаротушения, o системы осушения спиральных камер и отсасывающих труб o масленое хозяйство o дренажные устройства o контрольно-измерительная аппаратура  Электрораспределительные устройства генераторного напряжения  Собственные нужды  Пульт управления ГЭС  Административные помещения  Бытовые помещения. Типы зданий ГЭС: 1. Подземные (Усть-Хантайская ГЭС). Подземные здания ГЭС отличаются тем, что корпус здания находится ниже уровня земли. Так делают из-за климатических условий 2. Полуподземные (Вилюйская ГЭС) Наземные – корпус здания ГЭС находится на земной поверхности 3. Здание ГЭС, совмещенное с водосбросом. 4. Здание ГЭС, не совмещенное с водосбросом. 5. Здания ГЭС закрытого типа (с высоким машинным залом) 6. Полуоткрытого типа (с низким машинным залом). В этом случае отсутствует крыша, агрегаты прикрываются колпаками. Наружный козловой кран и внутренний мостовой кран грузоподъемностью 30-80 т. Строится в средних и южных широтах. 7. Открытого типа – отсутствует машинный зал. Здание ГЭС открытого типа располагается ниже плотины, вода подводится к турбинам по одному или нескольким напорным туннелям Общими элементами для всех видов зданию ГЭС являются 1. Монтажная площадка с кранами 2. Подъездные пути к зданию ГЭС Делаются на одних и тех же объектах. 3 Затворы. Они служат для сброса возможных излишков воды из водохранилищ в нижний бьеф гидроузла, а так же сброса льда, наносов и плотов. Затворы бывают поверхностными и глубинными. Поверхностные затворы закрывают водосливы и водоприемные отверстия, куда вода попадает из поверхностных слоев водохранилища. Глубинные затворы служат для закрытия глубинных или донных отверстий, расположенных ниже уровня УМО. По конструкции затворы бывают: 1. Скользкие 2. Катковые 3. Колесные Конструкции затворов зависят от назначения затворов и параметров (размеров) перекрываемых отверстий. 1. Плоские затворы (щиты). В основном поверхностные затворы. Плоский затвор — конструкция с плоской обшивкой с напорной стороны, снабженная на концах колесными, Катковыми или скользящими опорами, перемещающимися в Плоский щит Паз бычков (устоев) пазах быков (устоев) в вертикальном направлении. 2. Шандоры (шандорные затворы) – временные ремонтные затворы. Шандоры — деревянные, стальные или железобетонные балки, укладываемые в пазах быков (устоев) одна на другую горизонтально и образующие, т. о., вертикальную шандорную стенку. Применяются обычна в качестве ремонтно-аварийных и строит, затворов. 3. Сегментные затворы Представляет собой изогнутый щит, который может вращаться вокруг некоторой оси. Путем поворота он перекрывает водоток. Сегментные затворы могут быть глубинными и поверхностными. 4. Игольчатые затворы (гидравлич. действия) — неподвижное тело, внутри которого может поступательно перемещаться поршень, закрывающий отверстие своим криволинейным коническим концом. Вода движется в кольцевом пространстве между затвором и кожухом. Для открытия и закрытия отверстия вода верхнего бьефа впускается в одну или в др. полость между неподвижной и подвижной частями затвора. Специальные приспособления позволяют останавливать затвор в любом промежуточном положении с заданной величиной открытия отверстия. Игольчатые 4 затворы обладают отличными эксплуатационными качествами, но сложны и дороги. Их применяют чаще всего на низовой стороне водоспуска с выбросом струи воды в воздух, при напорах до 800 м диаметр их достигает 8,5 м. (см. рисунок) 5. Шаровые затворы представляют собой один, чаще два коротких цилиндра, снабженных обшивкой на части окружности и вращающихся в кожухе с выемками, куда заходит часть цилиндра с обшивкой при полном открытии отверстия. Шаровые затворы характеризуются хорошей плотностью закрытия, быстротой и легкостью маневрирования; их применяют при напорах до 300 м диаметр цилиндров— 1—3 м 6. В дисковых затворах запирающий элемент, то есть затвор, имеет форму диска, который может перекрывать проход рабочей среде через кольцевое седло в корпусе путём поворота (как правило на 90°) затвора вокруг оси, перпендикулярной направлению потока среды, при этом ось вращения диска может являться его собственной осью (осевые дисковые затворы) или же не совпадать с осью (эксцентриковые дисковые затворы). 5