Для включения и выключения на ГЭУ применяются шугосигнализаторы или датчики температуры воды.
Рис. 13-6. Орудия очистки решеток
В районах с суровыми зимами решетку целесообразно помещать в щитовом отделении с тем, чтобы концы стержней находились в обогреваемом помещении. Сороудерживающие решетки, расположенные вне щитового помещения, в зимний период не должны выступать из воды. В противном случае стержни охлаждаются сверху и покрываются льдом.
На ГЭС устанавливаются приборы, контролирующие степень засорения решеток. Эти приборы проводят непрерывное измерение перепада на сороудерживающих решетках и сигнализируют при увеличении перепада сверх заданного.
Сороудерживающие сетки, применяемые в водоприемниках НС, изготовляются из антикоррозионного материала. Они выполняются съемными или вращающимися.
6.2 Затворы водоприемников и трубопроводов ГЭУ
Затворы ГЭУ по своему назначению подразделяются на: основные, аварийные и ремонтные.
Основные затворы предназначены для оперативного регулирования расхода воды через сооружение и всегда должны находиться в рабочем состоянии. Основные затворы могут обеспечить любое регулирование расхода под напором. У реактивной гидротурбины роль основного затвора выполняет направляющий аппарат, а у активной - игольчатый затвор.
Аварийные затворы служат для быстрого перекрытия водопроводящего тракта при аварии. Они должны закрываться под напором, а открываться в безнапорном состоянии или под напором.
Ремонтные затворы используются только для временного перекрытия водопропускных отверстий при ремонте или осмотре оборудования и элементов проточного тракта. Ими маневрируют, устанавливают и вынимают обычно в стоячей воде. Часто в качестве аварийного и ремонтного заграждений используется один и тот же затвор, называемый аварийно-ремонтным.
На ГЭС в конце трубопровода перед турбиной устанавливают так называемые турбинные затворы в следующих случаях: 1) при индивидуальном питании водой турбины с напором Н?400 м; 2) при групповом или станционном питании, т.е. когда по одному трубопроводу вода поступает к нескольким турбинам. Во втором случае затворы устанавливаются после разветвления трубопровода перед каждой турбиной.
На НС с центробежными гидромашинами на трубопроводе за насосом всегда устанавливается затвор. Запуск насоса производится при закрытом затворе.
В зависимости от схем ГЭУ и ее напора, водоприемных и водопроводящих сооружений применяются различные конструкции затворов.
Плоские затворы (рис. 13-7, а) используются в водоприемных сооружениях ГЭС, ГАЭС и НС в качестве аварийных, ремонтных или аварийно-ремонтных заграждений. Они выполняются в виде металлических щитов и устанавливаются в пазы быков. Затвор состоит из щитового пролетного строения, опорно-ходовых конструкций, уплотнений и системы подвески. Опорно-ходовые конструкции могут быть выполнены скользящими, колесными или катковыми. В зависимости от размеров перекрываемых отверстий используются одиночные или секционные затворы.
Шандорные затворы состоят из отдельных деревянных или железобетонных балок (шандор), укладываемых в пазы быков Они используются в качестве ремонтных ограждений. Так как их установка и подъем требуют значительных затрат времени и труда, их стараются применять реже.
Рис. 13-7. Затворы: а - плоский; б - задвижка трубопровода; в - дисковый; г - обратный клапан; д - шаровой; е - игольчатый 1 - диск; 2 - корпус; 3 - поворотный запорный орган; 4 - обтекатель; 5 и 6 - камеры; 7 - подвижный плунжер; 8 - игла управления; 9 - задвижка
Задвижки применяются на трубопроводах в качестве затворов, выполняющих различные функции. Они подразделяются по конструкции запорного органа на параллельные и клиновые. В параллельной задвижке (рис. 13-7, б) отверстие перекрывается двумя параллельными дисками 1, расположенными перпендикулярно к оси трубопровода и задвижке. В клиновой задвижке отверстие перекрывает затвор, имеющий форму клина. Задвижки оборудуются электрическим или гидравлическим приводом. Задвижки с электроприводом удобны при дистанционном и автоматическом управлении, требуют меньших габаритов помещения, но менее надежны в эксплуатации.
При сложности обеспечения задвижек электропитанием от двух независимых источников устанавливаются задвижки с гидроприводом. Гидроприводы задвижек выполняются с масляным, водяным или пневматическим управлением. Задвижки выпускаются серийно промышленностью диаметром до 1650 мм.
В качестве ремонтного затвора эксплуатируются задвижки диаметром 3,7 м при напоре 30 м и диаметром 5,5 м при напоре 12 м.
Дисковые затворы (рис. 13-7, в) обладают рядом достоинств по сравнению с другими типами запорных устройств, а именно: быстрота открытия и закрытия, меньшие габариты, масса и стоимость. Однако, наличие в проточной части затвора поворотного диска 1 приводит к несколько большим потерям напора, чем у задвижек. Затвор может быть открыт при уравновешивании давления с обеих сторон диска с помощью перепускного устройства - байпаса. Применяются дисковые затворы с гидравлическим или электрическим приводом, размещенным на корпусе 2 затвора. Дисковый затвор позволяет уменьшить гидравлический удар в трубопроводе за счет быстрого закрытия в начале и медленного в конце.
В ГЭУ эксплуатируются дисковые затворы индивидуального изготовления диаметром до 8,5 м при напоре до 200 м и малого диаметра при напоре до 810 м.
Обратные клапаны (рис. 13-7, г) предназначены для предотвращения обратного потока жидкости в трубопроводах. Они применяются в напорных водоводах НС или сложных гидравлических систем. По конструкции они подразделяются на однодисковые (рис. 13-7, г) и многодисковые, в которых вместо одного установлено несколько дисков. Обратные клапаны имеют высокий коэффициент гидравлического сопротивления, что приводит к значительной потере напора. Они устанавливаются между напорным патрубком насоса и задвижкой, чтобы их можно было осмотреть и отремонтировать. Серийно выпускаются обратные клапаны диаметром до 1000 мм.
Шаровые затворы (рис. 13-7, д) состоят из сферического корпуса 2, внутри которого находится поворотный запорный орган. Основные достоинства затвора данного типа: минимальные потери напора, минимальные протечки, возможность применения при высоких напорах. К недостаткам относятся: значительные габариты и масса, высокая стоимость (примерно в 1,5 раза выше дисковых) при тех же параметрах. С целью уменьшения усилий для поворота запорного органа применяются сдвоенные шаровые затворы.
Обычно на ГЭС и ГАЭС с напорами свыше 500 м применяются только шаровые затворы. Успешно эксплуатируются затворы данного типа на трубопроводах диаметром до 4,2 м и высоких напорах (200-1800 м).
При высоких напорах также могут применяться игольчатые затворы (рис. 13-7, е). Запорным органом в нем является подвижный плунжер 7, приводимый в действие давлением воды, подаваемой в камеру 5, при помощи задвижки 9. Затвор имеет малые потери напора при различных открытиях, но значительные габариты, массу и стоимость.
7. Сооружения гидроузлов. Типы плотин
7.1 Общие положения
Комплекс взаимосвязанных гидротехнических сооружений называют гидроузлом. В плотинной схеме энергетического использования участка реки плотина и здание ГЭС образуют речной узел сооружений. При комплексном использовании водотока в состав узла для каждого участника водохозяйственного комплекса (ВХК) включается соответствующее сооружение, например, судоходный шлюз или судоподъемник, рыбопропускные сооружения, водозаборные сооружения для орошения, водоснабжения.
В деривационной схеме выделяют головной (речной) и станционный узлы сооружений и собственно деривацию. В состав сооружений головного узла входят плотина, водоприемные сооружения деривации и при необходимости - отстойники, шугосбросы, а при комплексном использовании водотока - также и водозаборные сооружения для орошения, водоснабжения. Здание станции, турбинные водоводы, напорный бассейн или уравнительный резервуар и примыкающий к ГЭС участок отводящей деривации образуют станционный узел сооружений. Между головными и станционными узлами находятся сооружения подводящей деривации: канал, туннель или деривационный трубопровод.
Основным принципом экономического обоснования компоновки сооружений следует считать достижение минимума суммарных приведенных затрат по водохозяйственной и энергетической системам, подсчитанных с учетом фактора времени. В первую очередь необходимо стремиться получить минимум капитальных вложений по всей совокупности сооружений ГЭС, а при комплексном использовании водотока -- всех сооружений ВХК.
При компоновке сооружений гидроузлов необходимо обеспечить:
1) надежную, безопасную, удобную и экономичную эксплуатацию ГЭС и всех сооружений ВХК с возможно меньшими потерями напора и расхода воды;
2) постройку всего комплекса сооружений в возможно короткий срок при оптимальных суммарных затратах;
3) удобство производства работ, хорошие транспортные пути и рациональное размещение сооружений базы стройиндустрии - бетонного завода со складом заполнителей и цемента, механического завода, лесопильного и деревообрабатывающих заводов, автохозяйства и прочие;
4) наиболее экономичный, надежный и безопасный пропуск расходов воды в период строительства (пропуск строительных расходов);
5) наиболее целесообразное размещение поселков для строительного и эксплуатационного персонала;
6) оптимальную охрану природы и улучшение природных условий.
7.2 Гидротехнические сооружения ГЭС
При создании водохранилища ГЭС плотины являются основными гидротехническими сооружениями и входят в состав напорного фронта. Существуют две группы плотин: бетонные (рис. 14-1) (железобетонные) и грунтовые (рис. 14-2).
Бетонные плотины подразделяются на гравитационные, контрфорсные и арочные.
Гравитационная плотина является массивной, ее устойчивость обеспечивается собственным весом (гравитацией), строятся на слабом основании (глина, песок) высотой до 40 м, а на прочном скальном основании -- до 300 м..
Плотина, не допускающая перелив воды через гребень (рис. 14-1, а), называется глухой.
Плотина, выполненная с поверхностным водосливом или заглубленными (донными) отверстиями для пропуска воды (рис. 14-1, б), называется водосливной.
Контрфорсная плотина (рис. 14-1, в) выполняется в виде вертикальных железобетонных ребер 2 (контрфорсов), на которые со стороны верхнего бьефа наклонно укладываются железобетонные плиты 1, воспринимающие давление воды. Контрфорсы соединяются между собой балками жесткости 3. Контрфорсная плотина может быть построена высотой до 120 м.
В узких ущельях на скальном основании возводят арочные плотины (рис. 14-1, г). Арочная плотина, выполненная в виде свода, воспринимает давление воды и передает часть нагрузки на скальные берега и скальное основание. Такие плотины обычно делаются железобетонными и могут достигать высоты 300 м. В многоарочных железобетонных плотинах нагрузка через арки передается на контрфорсы, и через них на основание. Такие плотины строятся высотой до 100--150 м.
Плотины из грунтовых материалов разделяются на земляные и каменные. Земляные плотины по виду возведения могут быть насыпные и намывные. Каменные плотины подразделяются на каменно-набросные и каменной кладки. Грунтовые плотины строят, как правило, глухими.
Земляные плотины строятся высотой до 200 м, а каменно-набросные до 300 м и более. Каменно-набросные и земляные плотины имеют ширину по основанию больше высоты. Крутизна откосов бывает 1:1,3; 1:1,5 и 1:3; 1:2,5. В намывных плотинах откосы получаются более пологими. Их крутизна составляет 1:6 - 1:12.
На деривационных ГЭС в качестве подводящей или отводящей деривации используются гидротехнические сооружения: туннели, каналы или трубопроводы.
Рис. 14-2. Поперечные профили плотин: а -- земляных; б -- каменно- набросных. I -- плотина с ядром; II -- плотина с экраном; III -- плотина с диафрагмой. 1 - ядро из местных грунтовых материалов (глина, суглинок); 2- зуб; 3 - крепление верхового откоса; 4- экран; 5--экран с понуром; 6--диафрагма; 7 - цементационная завеса; 8 - каменная наброска; 9 - обратный фильтр; 10 - берма; 11 - железобетонный экран; 12 - подэкрановая каменная кладка.