АГРЕГАТНЫЙ БЛОК И ПРОТОЧНЫЙ ТРАКТ ГИДРОМАШИН
Типы и размеры гидромашин оказывают весьма существенное влияние на конструкцию и компоновку как нижней массивной части здания ГЭС, так и на агрегатный блок в целом. При установке реактивных турбин наиболее важным для проектирования строительной части является устройство турбинных камер и отсасывающих труб (см. гл. 8).
На низконапсрных русловых и водосливных ГЭС с горизонтальными капсульными агрегатами (см. рис. 22-4 и 8-22) делают конические турбинные камеры, при которых достигается минимальный размер агрегатного блока ВбЛ= (2,3—2,5) ТД.
На ГЭС с вертикальными реактивными турбинами применяются спиральные турбинные камеры: бетонные таврового сечения с углом охвата ср0 = 180—270° или металлические круглого сечения с ф0 = 345— 360°. Как сказано в гл. 8, бетонные спиральные камеры таврового сечения применяют обычно при напорах до 50 м. При Н = 50—80 м они требуют сплошной стальной облицовки и ср0 = 345—360°.
Формы поперечного сечения бетонных спиральных камер таврового сечения приведены на рис. 8-26. По условиям компоновки блока наиболее удобна камера с сечениями, полностью развитыми вниз, т. е. с горизонтальным потолком. Камеры, развитые вверх, неудобны для входа в подгенераторную шахту. Такие камеры иногда приходится применять в зданиях, совмещенных с водосбросами (см. § 22-2).
Агрегатный блок при скальном основании образуется благодаря разрезке здания ГЭС сквозными швами по середине основных бычков; при этом ширина блока равна расстоянию между осями агрегатов. На мягких основаниях здание ГЭС по длине делится сквозными швами на секции (см. § 23-7), в пределах которых находится два, редко три агрегата. Поскольку промежуточный бычок между агрегатами делают обычно тоньше основного бычка между секциями, то ширина блока Вбл получается неодинаковой.
При реактивных турбинах В&п полностью зависит от максимального размера спиральной камеры в плане Всп и толщины бычков. Бетонная спиральная камера с углом охвата cp0=180° является оптимальной, поскольку Всп и Вбл получаются меньших размеров.
Согласно ОСТ 24.023.13—73 по мере возрастания напоров pi уменьшения быстроходности турбин угол охвата ф0, а следовательно, и Вса рекомендуется увеличивать, что видно из данных табл. 21-2.
Для определения ширины агрегатного блока ? при скальном основании к Всп необходимо добавить толщину основного бычка, равную 2,5—3,5 м (вернее толщину двух полубычков). Если основание сложено мягкими породами, то толщина такого бычка увеличивается до 3,5—4,5 м. В обоих случаях верхний предел относится к бычкам, разрезанным швом, и относительно худшим геологическим условиям. На русловых ГЭС с крупными турбинами обычно Вбл=(2,9—3,0)ГГ.
Металлические спиральные камеры круглого сечения применяются при напорах от 50 до 700 м. Они отличаются небольшим интервалом углов охвата ср0 (всего 15°). Согласно ОСТ 24.023.11—72, по мере возрастания напоров и ф0 при одновременном уменьшении быстроходш> сти турбин, в отличие от бетонных камер, габариты металлической спирали в плане Всп не увеличиваются, а уменьшаются (табл. 21-3).
Минимальные размеры Всп получаются при ф0 = 360° для металлических спиральных камер. В зоне напоров 4-0—80 м могут быть применены как бетонные, так и металлические камеры с ПЛ или РО турбинами. Поэтому для данного диапазона напоров выбор типа спирали должен производиться на основе техиико-экономических сопоставлений вариантов, с учетом рекомендуемых скоростей движения воды.
При значительных напорах и крупных агрегатах к максимальному размеру металлической спирали Всп для определения Вл добавляется с каждой стороны по 2 м, как это сделано на Братской и Красноярской ГЭС (см. рис. 21-9). В результате на этих ГЭС Вбл = 4,0 Для меньших агрегатов и в случаях, когда нужно всемерно уменьшить ВбЛ, можно принять толщину защитного слоя бетона от выступающих частей спирали до шва между соседними агрегатными блоками около 1,0 м, что позволяет установить арматуру и проработать бетон вибраторами.
Здание ГЭС вдоль потока разрезается швами на агрегатные блоки. На станционной плотине швы оказываются смещенными в сторону тем больше, чем больше ф0. В результате в месте стыка этой плотины с блоком агрегата появляется поперечный шов и план агрегатной секции на всем протяжении от ВБ до НБ оказывается состоящим из двух прямоугольников, оси которых сдвинуты по отношению друг к другу (см. рис. 21-8 и 21-9).
На деривационных установках, оборудованных вертикальными ковшовыми турбинами, Вбл определяется большей частью размером в плане кольцевого трубопровода, подающего воду к соплам турбин. Как показали сопоставления, выполненные применительно к условиям ГЭС — ГАЭС Росхаг, такой трубопровод по сравнению со спиральной металлической камерой может потребовать увеличения ВбП в 1,8 раза [0-4, 22-1]. На ряде зарубежных и отечественных установок с вертикальными ковшовыми турбинами Вбл = (5,0—6,0) Dx. Примером может служить Татевская ГЭС (см. рис. 21-17), на которой
При установке на ГЭС горизонтальных ковшовых или радиальноосевых турбин с осыо, расположенной вдоль машинного зала (см. рис. 21-18), размер BQл определяется суммарной длиной турбины и гидрогенератора. Если агрегаты устанавливаются поперек машинного зала, то размер Вбл будет зависеть от габарита кольцевого трубопровода или металлической спирали, а также от наружного диаметра генератора с учетом соответствующих запасов с обеих сторон.
При низких напорах и установке капсульных агрегатов делают пря-моосные отсасывающие трубы с горизонтальной осью. Такие трубы гид-равлически наиболее совершенны и обладают повышенной пропускной способностью (см. рис. 22-4). Для реактивных турбин с вертикальной осью гидравлически наиболее совершенной является также прямая коническая труба для вертикальных агрегатов. Однако эти трубы применяются только на малых ГЭС и на высоконапорных деривационных установках при небольших расходах и диаметрах рабочих колес до 2,0 м.
При больших диаметрах турбин такие трубы получаются длинными и требуют слишком большого заглубления подошвы здания ГЭС.в основание. Поэтому на подавляющем большинстве ГЭС, оборудованных реактивными турбинами, сделаны изогнутые отсасывающие трубы с коленом, несмотря на ухудшение их гидравлических свойств и усложнение компоновки здания (см. рис. 21-5, 21-9).
Габариты отсасывающих труб для различных типов турбин регламентируются заводами-поставщиками гидротурбинного оборудования. В плане отсасывающие трубы обычно вписываются в габариты агрегатного блока Вбл> выбранного с учетом ширины спиральной камеры Всп.
Выходной диффузор отсасывающей трубы при скальных и прочных полускальных породах в основании может быть приподнят в сторону НБ на угол до 13°, что создает дополнительный упор здания ГЭС и может учитываться при расчетах его устойчивости (см. гл. 23). Одновременно достигается уменьшение объема расчисток в НБ (см. рис. 21-9, .22-6). Изредка небольшой подъем диффузора делают и при мягком основании.
Над изогнутыми отсасывающими трубами почти всегда размещается несколько этажей помещений (см. рис. 21-1), используемых для различных целей (см. § 21-4). Поскольку при крупных агрегатах пролеты перекрытий над отсасывающими трубами получаются большими, в них устанавливают 1—2 промежуточных бычка толщиной 1,5—2,0 м и расчленяют агрегатный блок на два — три отсека -(см. рис. 21-6) с одинаковыми пролетами затворов, аналогично тому, как рекомендовалось выше осуществлять при рассмотрении водоприемной части (см. § 21-2).
Плоские ремонтные затворы устанавливаются обычно в пазах, прорезаемых в бычках непосредственно у выходных отверстий отсасывающих труб, что обеспечивает прижим их под давлением воды НБ (см. рис. 21-1). Операции с затворами обеспечиваются козловыми или полу- козловыми кранами, перемещающимися по балкам, устроенным сверху между бычками. Для уменьшения этих кранов затворы можно разделить на две — три секции. Лаз в трубу может быть проще всего осуществлен из самого нижнего помещения, находящегося сразу над отсасывающей трубой (см. рис. 21-1).
Существуют и другие варианты устройства ремонтных заграждений, например на Днепрогэс I паз для них сделан ка некотором удалении (около 1,0 м от выходного сечения труб), что позволяет использовать полученное пространство в качестве лаза и для откачки проточного тракта передвижным насосом. Но при таком варианте высота заграждения увеличивается, так как верх его должен быть выше уровня воды в НБ во время выполнения ремонта (см. рис. 22-3). Имеются примеры, когда паз ремонтного заграждения прорезает диффузор отсасывающей трубы в середине его длины (см. рис. 21-9—21-11) или даже часть трубы отрезается швом (см. рис. 21-5). Число комплектов ремонтных заграждений отсасывающих труб назначается в зависимости от числа агрегатов. При небольшом их числе ограничиваются 1—2 комплектами.
На ряде зарубежных ГЭС и на Иркутской, Горьковской, Павловской ГЭС [0-8] диффузор прорезан пазами для рабочих турбинных затворов, обслуживаемых быстродействующими лебедками или гидроподъемниками. Однако это решение себя не оправдало, вследствие ухудшения гидравлического режима в отсасывающей трубе, и поэтому теперь не применяется.