где W - объем воды, находящейся в проточном тракте агрегата при максимальном уровне НБ; t - время откачки, принимаемое обычно 6-8 ч;
L - длина уплотняющих конструкций затвора; qФ - удельный фильтрационный расход воды через 1 м уплотняющих конструкций затвора, зависящий от качества уплотнения и изменяющийся от 0,4 до 3,0 л/с. Обычно в приближенных расчетах принимают qФ=1,0 л/с на 1 м периметра затвора.
Устанавливают два рабочих насоса без резерва. Напор осушительных насосов определяется как разность отметок максимального уровня НБ и минимального уровня в сборном колодце с учетом гидравлических потерь напора во всасывающей и напорной линиях системы.
Выбор типа насоса производится на основе технико-экономического расчета. При одинаковых технико-экономических показателях устанавливают артезианские насосы. Применяется групповая и централизованная схема осушения.
Групповая схема I (рис. 13-2) применяется на малых ГЭУ с небольшим числом агрегатов, а также на многоагрегатных, расположенных на скальном основании. В этой схеме колодцы и насосы осушения располагаются в бычках между отсасывающими (всасывающими) трубами.
Централизованная схема откачки IV (рис. 13-2) применяется на средних и крупных ГЭУ. Для зданий ГЭУ, располагаемых на мягких податливых грунтах, характерно наличие массивной фундаментной плиты. В этом массиве со стороны ВБ размещается смотровая галерея, в которой располагается арматура сливных трубопроводов, и сливная галерея, проходящая по всей длине здания и ведущая в центральный колодец. Вода из колодца откачивается насосами. Если в фундаментной плите сложно или невозможно выполнить две галереи, то ограничиваются только одной - сливной (схема II, рис. 13-2). С целью сокращения объема выемки и упрощения конструкции фундаментной плиты здания ГЭУ, располагаемого на скальном основании, сливную галерею заменяют магистральным коллектором диаметром до 2,0 м (схема V). Схема осушения III с помощью переносного насоса может быть применена лишь на малых ГЭУ. Объем откачки воды из проточного тракта одного крупного агрегата может достигать 10 тыс. м3.
Рис. 13-2. Схемы осушения проточного тракта агрегата: I - групповая; II - с центральной насосной; III - с переносным насосом; IV - централизованная с двумя галереями; V - с магистральным коллектором. 1 - водозабор с решеткой; 2 - магистральный коллектор; 3 - центробежные насосы откачки воды; 4 - вакуумный насос; 5 - сброс воды в НБ; 6 - блок монтажной площадки; 7 - слив воды из спиральной камеры; 8 - клапан с сеткой; 9 - смотровая галерея; 10 - сливная галерея; 11 - сливная емкость; 12 - вертикальные шахтные насосы.
Дренажная система предназначена для удаления фильтрационной воды, поступающей в здание ГЭУ через деформационные швы, бетонные стены, уплотнения люков и т.д. Все помещения и галереи, расположенные на низких отметках, имеют дренажные устройства, соединенные с центральным дренажным колодцем. Дренажные насосные агрегаты включаются в работу автоматически от поплавковых реле в зависимости от уровня воды в колодце. Объем колодца принимается равным 15-минутной подаче насоса. Дренажная система должна быть изолирована от системы осушения проточной части агрегата. При засорении дренажной системы или аварии насосов возникает опасность затопления помещений, расположенных ниже уровня НБ.
4. Масляное хозяйство
На ГЭУ применяются турбинные (смазочные) и трансформаторные (изоляционные) масла, различные по физико-химическим свойствам и назначению. Турбинные масла используются в системах регулирования гидромашины и управления затворами, а также для смазки подпятников и подшипников агрегатов. Изоляционные масла используются в трансформаторах, масляных выключателях и в маслонаполненных кабелях.
Для обслуживания ГЭУ (как правило, каскада ГЭС) созданы централизованные масляные хозяйства (ЦМХ). Непосредственно на ГЭУ имеется станционное масляное хозяйство (MX), где масло может находиться в различном состоянии. Поступающее на станцию с завода масло называется свежим. Масло, бывшее в эксплуатации, но восстановленное до соответствия нормам ГОСТ, называется регенерированным. Свежее или регенерированное масло, не содержащее воды и механических примесей, отвечающее требованиям ГОСТ, называется чистым сухим; масло находящееся в эксплуатации и соответствующее нормам ГОСТ - эксплуатационным: масло не соответствующее нормам ГОСТ - отработавшим.
В MX осуществляются следующие производственные процессы:
1) прием и слив свежего масла; 2) хранение, периодическая очистка и сушка масла; 3) доливка масла в аппаратуру; 4) проверка качества масла; 5) слив и хранение отработавшего масла; 6) регенерация (восстановление) отработавшего масла.
Регенерация масла производится только в MX крупных ГЭУ, а для малых и средних ГЭУ масло регенерируют в ЦМХ.
Принципиальная схема станционного MX крупной ГЭС показана на рис. 13-3.
Для каждой марки масла должно быть не менее 5 баков для: 1) приема свежего масла; 2) хранения чистого сухого масла; 3) сбора отработавшего масла; 4) слива эксплуатационного масла; 5) эксплуатационного масла, очищенного от механических примесей. Для каждого сорта масла имеется две системы маслопроводов - для чистого и отработавшего.
Максимальное количество масла заливается в систему регулирования агрегатов и определяется по формуле:
где m - число агрегатов; N, Н - номинальная мощность (кВт) и напор (м) гидромашины; D1 - диаметр рабочего колеса (м); k - коэффициент, зависящий от типа гидромашины и равный 0,9-1,1 -для поворотно-лопастных гидротурбин и осевых насосов двойного регулирования, 0,45-0,65 - для радиально-осевых турбин и 1,3--1,8 для ковшовых турбин.
Рис. 13-3. Схемы масляного хозяйства крупной ГЭС 1 - напорная линия; 2 - сливная линия; 3 - насосы; 4 - цистерны доставки масла; 5 - баки свежего масла; 6 - баки эксплуатационного масла; 7 - баки чистого масла; 8 - баки смазочного масла; 9 - баки изоляционного масла; 10 - фильтры; 11 - сепараторы; 12 - регенерационная установка; 13 - сливные баки; 14 - линии смазочного масла; 15 - линии трансформаторного масла.
Рис. 13-4. Схема маслоснабжения агрегата крупной НС 1 - насос; 2 - двигатель; 3 - масляная ванна нижнего подшипника; 4 - масляная ванна верхнего подшипника; 5 - котел МНУ; 6 - насос МНУ; 7 - линия откачки масла от МНУ; 8 - линия подачи чистого масла в МНУ; 9 - линия подачи чистого масла; 10 - линия слива масла; 11 - масляный насос; 12 - маслопроводы системы регулирования; 13 - напорный трубопровод; 14 - затвор с гидроприводом.
При предварительных расчетах можно принимать количество масла, находящееся в системе смазки, Wс=(0,3-0,35) WP и в маслопроводах WM =0,05(Wp+Wc).
Схема маслосистемы одного агрегата крупной НС приведена на рис. 13-4. Сроки службы масел в системе регулирования достигают 20 тыс. ч, а в системе смазки 1-3 тыс. ч.
Запасы масел в MX устанавливаются нормами и могут достигать тысячи тонн. По противопожарным требованиям в резервуарах MX, расположенных в пределах здания ГЭУ, можно хранить не более 100 т масла, вне здания ГЭУ - в наземных резервуарах до 300 т, в подземных -500 т. Остальные запасы масла хранятся в специальных подземных резервуарах вне территории станции.
Обычно система MX размещается в здании ГЭУ под монтажной площадкой и занимает площадь (без баков) - 50-100 м2. Все помещения MX должны быть отделены от других производственных помещений и кабельных галерей стенами и перекрытиями повышенной огнестойкости.
5. Пневматическое хозяйство
При эксплуатации ГЭУ требуется сжатый воздух. Основными потребителями пневматического хозяйства (ПХ) являются:
1) котлы МНУ;
2) тормоза генераторов или двигателей;
3) устройства отжатия воды из камер рабочих колес гидромашины при переводе агрегатов в режим синхронного компенсатора или при пуске ГАЭС в насосный режим;
4) система технических нужд при ремонтных работах (пневматические инструменты, обдувка оборудования при ремонте);
5) система продувки решеток водозаборов, трубопроводов и арматуры;
6) пневматические приводы в системах управления;
7) воздушные выключатели высокого напряжения;
8) установки для создания полыньи перед гидротехническими затворами и для обогрева решеток теплым сжатым воздухом;
9) системы воздушного охлаждения электромашин.
Для МНУ и воздушных выключателей требуется высокое давление (4-6 МПа), а для остальных потребителей - низкое давление (0,7 МПа).
Компрессоры высокого и низкого давления обычно устанавливаются в специальном помещении, называемом компрессорной и размещаемом в блоке монтажной площадки. Ресиверы, как правило, устанавливаются на открытом воздухе вблизи здания ГЭУ, но по согласованию с технадзором могут быть установлены и внутри здания.
Подача компрессора определяется условием одновременной работы трех самых мощных пневматических инструментов или устройств. Диаметр воздуховода выбирается из условия получения средней скорости воздуха в нем: 15 м/с - во всасывающей линии и 25-30 м/с в напорной. Емкость ресивера должна быть более 30-секундной подачи компрессора и обеспечивать двукратное торможение агрегата без включения компрессора.
6. Сороудерживающие решетки и затворы
6.1 Сороудерживающие решетки и орудия их очистки
Сороудерживающие решетки предназначаются для защиты от попадания в водопроводящий тракт сооружений ГЭУ сора и плавающих тел (льда, бревен, торфяников и т.д.), способных нарушить нормальную эксплуатацию установки. Требования, предъявляемые к сороудерживающей решетке, следующие: а) удобообтекаемость конструкции с целью уменьшения потерь напора; б) прочность; в) удобство эксплуатации (очистка от сора, установка и снятие решетки).
Применяются сетчатые и стержневые решетки. Сетчатые решетки используются в водозаборах насосных станций и каналов. Наибольшее распространение получили стержневые решетки (рис. 13-5), которые используются в водоприемниках ГЭС и ГАЭС и водозаборах НС.
Рис. 13-5. Стержневая сороудерживающая решетка
В них металлические вертикальные стержни крепятся к каркасу, представляющему собой рамную конструкцию, состоящую из стоек, ригелей и раскосов.
Просветы между стержнями решетки принимаются такими, чтобы сор, прошедший через них, не застревал в элементах проточной части гидромашины. Просвет между стержнями зависит от типа и размеров гидромашины и составляет:
а) для осевых насосов и ПЛ - турбин , но не более 20 м;
б) для центробежных насосов и РО - турбин , но не более 10 см;
в) для ковшовых турбин b=2,0-7,0 см.
Решетки могут выполняться съемными, расположенными в пазах быков, и несъемными, стационарными. В глубинных водоприемниках обычно применяют несъемные решетки. Наибольшее применение нашли съемные решетки, которые устанавливаются в поверхностных и незначительно заглубленных водоприемниках. Съемные решетки вынимаются для ревизии или ремонта. Они могут быть выполнены секционными. Потери напора в решетках определяются по формуле
,
где х - средняя скорость потока перед решеткой, ор -- коэффициент потерь напора на решетке, который приближенно может быть определен по формуле А. Р. Березинского
где в, l, b - коэффициент формы стержней, их длина (по потоку) и просвет между ними; щр, щ3, FР - площади элементов решетки в ее плоскости, засорения и отверстия, перекрываемого решеткой, б - угол наклона решетки к горизонту.
Площадь решетки, ее местоположение и форма стержней выбираются на основе технико-экономического расчета. Для успешной очистки решетки от сора скорость воды перед ней не должна превышать 1,2-1,5 м/с. Для различных типов водозаборов НС, согласно нормам СНиП, рекомендуются различные максимально допустимые скорости воды на решетках. Приборы, фиксирующие потери напора на решетках, сигнализируют о степени засорения их и необходимости очистки. В зависимости от характера возможного засорения выбирают орудия очистки. Для очистки решеток от крупных плавающих тел (бревен, деревьев, корневищ) эффективно используется грейфер с пневматическим или гидравлическим приводом типа «полип» (рис. 13-6, а). При очистке от кашеобразного мусора и малых веток, сучьев, корневищ применяются: плоскочелюстный грейфер (рис. 13-6, б), ковш (рис. 13-6, в) или горизонтальный челюстный пневматический грейфер (рис. 13-6, г). Механические грабли (рис. 13-6, д) и бульдобор (бульдозер-борона) (рис. 13-6, е) используют при засорении решеток водорослями, травой, малыми ветками. Опыт эксплуатации показывает целесообразность применения для борьбы с сором на одной установке различных орудий очистки. Для предотвращения обмерзания решеток их обогревают паром, горячей водой, воздухом или маслом, пропускаемым внутри элементов решетки, которые изготавливаются полыми. Широко распространен электрообогрев, однако он потребляет мощность 2-4,5 кВт на 1 м2 перекрываемого отверстия или 4-7 кВт на 1 м3 расхода воды. Обогрев должен быть включен заблаговременно до кристаллизации льда на стержнях решетки.