Вспомогательное оборудование ГЭС (гидроэлектростанций) и НС (насосных станций)

Размещено на http://www.allbest.ru/

СРС 1

Вспомогательное оборудование ГЭС и НС

Содержание

1. Подъемно-транспортное оборудование

1.1 Мостовые и козловые краны

1.2 Гидроподъемники

1.3 Средства малой механизации

2. Системы водоснабжения

2.1 Техническое водоснабжение

2.2 Противопожарное и хозяйственно-бытовое водоснабжение

3. Система осушения проточной части агрегатов и дренажные устройства

4. Масляное хозяйство

5. Пневматическое хозяйство

6. Сороудерживающие решетки и затворы

6.1 Сороудерживающие решетки и орудия их очистки

6.2 Затворы водоприемников и трубопроводов ГЭУ

7. Сооружения гидроузлов. Типы плотин

7.1 Общие положения

7.2 Гидротехнические сооружения ГЭС

1. Подъемно-транспортное оборудование

1.1 Мостовые и козловые краны

водоснабжение дренажный затвор плотина

Монтаж, демонтаж и переноска оборудования в зданиях ГЭС и НС производится с помощью электрических кранов. Краны обслуживают затворы водоприемников и отсасывающих труб ГЭС, водозаборов, всасывающих труб и водовыпусков НС. Выбор типа основного крана здания ГЭУ производится одновременно с выбором конструкции машинного зала.

Мостовые краны обычно устанавливаются в закрытых зданиях ГЭУ. Они снабжены двумя крюками (главным и вспомогательным). Крюк главного подъема служит для переноски и установки наиболее тяжелых частей агрегата, а крюк вспомогательного подъема применяют для разгрузки оборудования, прибывающего на монтажную площадку, переноски и установки мелких узлов и деталей агрегата, монтажа вспомогательного оборудования. Скорость подъема вспомогательного крюка в 5-15 раз превышает скорость подъема главного крюка. Рациональное использование крюков крана позволяет сократить сроки монтажных и ремонтных работ.

Имеются серийные мостовые краны с двумя крюками грузоподъемностью 15/3; 20/5; 30/5; 50/10; 75/20; 100/20; 125/20; 150/30; 200/30; 250/30 т с нормальной (16 м) и увеличенной (32 м) высотой подъема главного и вспомогательного крюков. Несерийные мостовые краны имеют грузоподъемность 300/30; 350/40; 400/40; 450/50; 450/100; 500/50; 500/125 т с нормальной и увеличенной (40/55 м) высотой подъема.

Грузоподъемность крана выбирается по условиям монтажа наиболее тяжелого элемента агрегата. В зависимости от принятой схемы монтажа и типа оборудования наиболее тяжелым элементом может быть: 1) рабочее колесо; 2) рабочее колесо с валом; 3) рабочее колесо с валом, крышкой гидромашины и конусом; 4) ротор электромашины; 5) ротор электромашины с валом.

Опыт эксплуатации ГЭУ показывает, что с целью сокращения срока капитального ремонта целесообразно осуществлять перенос ротора электромашины с валом, а на малых НС - полностью двигатель. При малом числе агрегатов и переносимых грузах до 500 т обычно устанавливается один кран. Если число агрегатов больше 10, то применяются два крана, для обеспечения большей оперативности монтажных и ремонтных работ. При требуемой грузоподъемности более 500 т независимо от числа агрегатов устанавливают два крана. Два крана совместно используют только для подъема и переноса наиболее тяжелых монтажных элементов с помощью специальной траверсы. Масса траверсы и захватных приспособлений требует увеличения грузоподъемности кранов на 11 --13 %.

Краны, устанавливаемые в зданиях ГЭУ, используются для монтажных работ и имеют легкий режим работы.

Пролеты серийных мостовых кранов могут приниматься до 26 м с градациями через 1 м, а несерийных грузоподъемностью более 250 т с градациями через 0,5 м. Пролет мостового крана выбирается из условия проноса крупногабаритных узлов агрегата в машинном зале. Габариты крана зависят от его грузоподъемности и пролета и нормируются по ГОСТ. Скорость передвижения мостовых кранов при переносе оборудования составляет от 0,3 до 0,7 м/с.

Козловые краны применяются на открытых или полуоткрытых зданиях ГЭС и НС для обслуживания основного и вспомогательного оборудования. Они могут обслуживать сороудерживающие решетки и затворы, устанавливаемые в водоприемниках, водозаборах, всасывающих и отсасывающих трубах.

Козловые краны изготавливаются обычно по индивидуальным заказам без ограничения грузоподъемности с градацией пролета через 0,5 м. При выборе основных параметров козлового крана используют те же условия, что и при выборе мостового. При одинаковом пролете и грузоподъемности козловые краны тяжелее мостовых на 15-20%. Однако, козловыми кранами можно начать монтаж оборудования при возведении здания ГЭУ до отметок пола машинного зала и ускорить срок ввода агрегатов в эксплуатацию. При этом конструкция здания установки упрощается и удешевляется.

При наличии высокой щитовой стенки возможно применение полукозловых кранов.

1.2 Гидроподъемники

Гидроподъемником называется цилиндр с поршнем, перемещающимся внутри него под давлением жидкости. В качестве рабочей жидкости обычно используется глицериновая смесь или масло, поступающее в цилиндр из МНУ под давлением до 40 МПа.

Достоинства гидроподъемников - простота и надежность конструкции, большая грузоподъемность (до 600 т на один цилиндр) и малые габариты. Гидроподъемники широко применяются для управления быстродействующими затворами. Они позволяют не только поднять затвор, но и принудительно опустить его в текущую воду, прижимая к порогу для надежного закрытия. Применение шаровой подвески цилиндра позволяет создать следящую систему и предотвратить неполадки при перекосе затвора. Высота подъема затвора с помощью гидроподъемника может достигать 20 м.

При применении гидроподъемников в условиях низких отрицательных температур они должны быть утеплены и работать на глицериновой смеси.

1.3 Средства малой механизации

При выполнении монтажных и ремонтных работ средства малой механизации позволяют значительно облегчить и повысить производительность труда.

Для горизонтального транспортирования грузов на ГЭУ применяются электрокары, оснащенные ручными кранами, - укосинами, маслонасосами, домкратами, наборами ручного пневматического и электрического инструмента. По нижним поясам балок мостовых кранов (зданий крупных ГЭУ) и вдоль здания малых НС (над осью насосных агрегатов) устанавливаются тельферы грузоподъемностью от 0,25 до 5 т (спаренные - до 10 т).

В турбинных шахтах ГЭС применяются кран-башни, имеющие круговые перемещения, с передвижными кошками и талями, обслуживающие всю площадь крышки гидромашины.

Монтажные треноги, козлы, телескопические вышки применяются на ГЭС и НС для ремонта и обслуживания объектов, расположенных на большой высоте. Для ремонта отдельных генераторов и двигателей используются гидравлические домкраты, тали, передвижные кошки.

2. Системы водоснабжения

В здании ГЭУ обычно функционируют три системы водоснабжения: а) техническая; б) пожаротушения, в) хозяйственно-бытовая.

2.1 Техническое водоснабжение

Техническое водоснабжение предназначено для охлаждения генераторов и двигателей, масла трансформаторов, подшипников и подпятников, компрессоров, токопроводов, маслонаполненных кабелей, а также для водяной смазки турбинных подшипников. Потребный расход воды в системе определяется с учетом температуры воды, забираемой в систему. Если ГЭУ расположена севернее 50° параллели, то расчетная температура воды принимается

20 °С, а южнее -- 25 °С. Однако, если вода забирается из малых водоемов, которые нагреваются выше 25 °С (районы Средней Азии и Казахстана), то следует это учитывать в расчетах и при необходимости принимать специальные охладительные установки для системы технического водоснабжения.

Охладители генераторов, являющиеся основными потребителями, забирают 60--70 % расхода системы водоснабжения Расход воды, необходимый для охлаждения генератора или двигателя, можно определить как

где N_п.э - отводимая тепловая мощность, т.е. мощность, теряемая в электромашине; q - удельный расход воды на отвод 1 кВт тепловой мощности; q=0,06 л/с при t_р=20 °С и q=0,07 л/с при t_Р=25 °С.

Аналогично производится расчет расхода воды для других потребителей системы. Чем выше температура охлаждающей воды, тем требуется больший ее расход. Техническое водоснабжение должно работать непрерывно и бесперебойно, снабжая всех потребителей.

Общий потребный расход системы технического водоснабжения составит:

где Q_j - расход j-го потребителя системы; n - число потребителей системы.

Расход воды в системе технического водоснабжения крупной ГЭС может достигать 3-4 м³/с. Давление воды в системе перед охладителями генератора (двигателя) должно быть не менее 30-50 кПа (3- 5 м вод. ст.).

В зависимости от напора ГЭУ и условий ее работы применяются следующие схемы питания: самотечная, самотечно-сифонная, комбинированная и эжекторная.

Самотечное водоснабжение (рис. 13-1, а) применяется на ГЭС при напорах от 12 до 60-70 м и на НС, имеющих неопорожняемый верхний бассейн. Вода забирается из ВБ, из спиральной камеры или трубопровода. При напорах выше 40-50 м понижается давление с помощью редукционных клапанов. Водозаборы системы защищены сороудерживающими решетками или сетками. В южных районах для борьбы с дрейссеной (ракушки), которая может засорять систему, используют ядовитые краски. Система обязательно имеет резервный водозабор. Для очистки воды от взвешенных частиц устанавливают фильтры.

Самотечно-сифонное водоснабжение применяется на ГЭС, если охладители генератора или другие водопотребители расположены на 2-4 м выше УМО водохранилища. В этом случае для создания первоначального вакуума в верхней точке сифона используется вакуум-насос.

Рис. 13-1. Системы технического водоснабжения ГЭС: а - самотечная; б - насосная. 1 - решетка водозабора; 2 - водозабор из ВБ; 3 - резервный водозабор из ВБ; 4 - фильтр; 5 - резервное питание подшипника; 6 - автоматическая аппаратура резервного питания подшипника; 7 - напорный трубопровод воздухоохладителей; 8 - сливной трубопровод; 9 - маслоохладители генератора; 10 - слив воды в НБ; 11 - водозабор из НБ для временного насоса; 12 - временный насос; 13 - водозабор из НБ; 14 - насос.

Насосная схема питания применяется на ГЭС и НС при напорах до 12 м и выше 60-70 м, а также независимо от напора у НС, где возможно опорожнение верхнего бассейна (рис. 13-1, б). Вода забирается из НБ горизонтальными или вертикальными насосами. Пуску агрегата должен предшествовать пуск системы технического водоснабжения. При прекращении подачи технической воды агрегат ГЭУ необходимо автоматически остановить. В системе технического водоснабжения обычно устанавливают 2 насоса - один рабочий, другой - резервный. При числе агрегатов ГЭУ больше четырех устанавливают три насоса - 2 рабочих и один резервный.

Комбинированная схема питания применяется, как правило, при больших колебаниях напора. Она имеет водозаборы как со стороны ВБ, так и НБ.

Эжекторная схема питания забирает из ВБ лишь часть общего расхода, с помощью которого засасывает из НБ остальную часть потребного расхода. Эжекторная установка проста и надежна в эксплуатации. Она применяется на ГЭУ при напорах 40-200 м.

Для заливки основных лопастных насосов НС, установленных с положительной высотой всасывания, используются вакуум-насосы. Производительность вакуум-насоса равна:

где W - объем, подлежащий заливу водой, включая всасывающую линию, насос и участок трубопровода до задвижки; t - время заливки, обычно .

2.2 Противопожарное и хозяйственно-бытовое водоснабжение

Противопожарное водоснабжение предназначено для тушения пожара в здании ГЭУ, в обмотках генераторов или двигателей. Для тушения пожара внутри здания ГЭУ устанавливают два гидранта с расходом и напором 25 м. Тушение пожара в обмотке генератора или двигателя производится с помощью кольцевого огнетушителя, представляющего собой трубу с несколькими рядами отверстий, диаметром 2 мм, подключенного к системе противопожарного водоснабжения. В системе имеется два водозабора и два насоса: рабочий и резервный. Система включается в работу автоматически.

К хозяйственно-бытовому водоснабжению, включая питьевую воду, предъявляются особые требования, устанавливаемые нормами Государственной санитарной инспекции. Источником водоснабжения служит артезианская скважина или НБ установки. Для питьевых целей на ГЭУ используется кипяченая или газированная вода.

3. Система осушения проточной части агрегатов и дренажные устройства

Для осмотра и ремонта гидромашины и элементов проточного тракта необходимо их освободить от воды. Из спиральной камеры вода выпускается в отсасывающую (у НС - всасывающую) трубу по перепускной трубе, отходящей от низшей точки дна камеры и имеющей запорный клапан, управляемый извне. Полости проточного тракта, расположенные выше уровня воды в НБ, освобождаются самотеком при закрытых ремонтных затворах ВБ. Устанавливаются ремонтные затворы со стороны НБ, и оставшийся объем воды откачивается насосами. Подача насосов системы осушения Q_oc определяется с учетом непрерывной фильтрации воды по всему периметру уплотнений ремонтных затворов:

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; q_Ф - 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 q_Ф=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, W_с=(0,3-0,35) W_P и в маслопроводах W_M =0,05(W_p+W_c).

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, о_р -- 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; щ_р, щ₃, F_Р - 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.

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.

Размещено на Allbest.ru

...