Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

РАСЧЕТНЫЕ УСЛОВИЯ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УРАВНИТЕЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА

ВЫБОР ТИПА КОНСТРУКЦИИ УРАВНИТЕЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ

На выбор типа уравнительного резервуара влияют условия устойчивости работы ГЭС.

При небольших напорах (приблизительно 30—50 м) по условиям устойчивости (16-5) требуется настолько большое сечение резервуара, что при этом отпадает надобность в верхней камере и можно применить резервуар цилиндрического типа или резервуар с добавочным сопротивлением.

Как видно из (16-5), при прочих равных условиях чем больше напор ГЭС, тем меньше будет критическая площадь сечения FKp резервуара. Поэтому резервуары IV и V типов (рис. 16-1) применяются при высоких напорах. Верхняя камера устраивается выше наивысшего статического уровня. Для резервуара V типа целесообразно, чтобы наивысшая отметка уровня воды над водосливом совпадала с максимальной отметкой уровня воды в камере после ее заполнения. Соединительную шахту между верхней и нижней камерами можно строить с наименьшим сечением, допустимым по условиям устойчивости. Диаметры соединительных шахт, соответствующие приблизительно диаметру напорной деривации, обеспечивают условия для отражения гидравлического удара.

Для сообщения воздуха, находящегося в резервуаре, с атмосферой используют трубы или отверстия. Площадь сечения этих отверстий должна быть не менее 10 % площади сечения деривации. Тогда воздух будет протекать через них со скоростью примерно в 10 раз большей, чем скорость течения воды в деривации. Дно верхней камеры должно иметь уклон по направлению к стояку не менее 0,03 для стока воды при опорожнении камеры. У основания внутреннего водослива в верхней камере должны быть сделаны сливные отверстия. Эти отверстия, если площадь их значительна, желательно снабжать клапанами, открывающимися в сторону стояка. Если у сливных отверстий не будет клапанов, то при сбросе нагрузки ГЭС часть объема верхней камеры заполняется через сливные отверстия. Это несколько ухудшит использование объема верхней камеры. Сливные отверстия перекрываются решетками, чтобы предотвратить попадание в соединительную шахту камней и мусора. Потолок трубопровода должен быть расположен ниже наинизшего уровня воды в уравнительном резервуаре не менее чем на 2—3 м. Дно нижней камеры выполняется с уклоном не менее 0,03 по направлению к соединительной шахте, а потолок с уклоном не менее 0,06—0,10 в обратном направлении. Во избежание постоянных потерь напора на расширение потока нижнюю камеру целесообразно строить отдельно от деривации, в стороне от соединительной шахты и выше начального участка трубопровода.

Резервуары, высеченные в скале, имеют естественные или искусственные перекрытия для предотвращения засорения и завала камнями. На соответствующих отметках устраивается смотровая галерея, которая используется для подачи воздуха. Вертикальная шахта резервуара обычно бетонируется. В стволе устраивается лестница. На выходе из резервуара в туннель устанавливается грубая решетка.

Резервуар дифференциального типа применяется при средних и низких напорах, преимущественно в тех случаях, когда его приходится сооружать на поверхности земли в виде железобетонной или металлической конструкции. Для дифференциального резервуара целесообразно, чтобы наивысшая отметка воды при переливе через внутренний цилиндр совпадала с отметкой уровня воды в резервуаре после его заполнения. Все типы уравнительных резервуаров должны оборудоваться приспособлениями для измерения уровня. Положение уровня воды в резервуаре автоматически передается на пульт управления.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ УРАВНИТЕЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ

При расчете резервуара необходимо определить: 1) критическую площадь горизонтального сечения резервуара Гкр, обеспечивающую затухание колебаний; 2) наивысший уровень воды в резервуаре при сбросе нагрузки ГЭС и 3) наинизший уровень воды в резервуаре при быстром увеличении нагрузки ГЭС. Площадь соединительной шахты резервуаров IV и V типов выбирают по условиям устойчивости колебаний (16-7). Высота соединительной шахты определяется крайними уровнями, в зоне которых малые колебания могут влиять на устойчивость работы ГЭС. Такими отметками являются отметка наивысшего статического уровня и наинизшего уровня установившегося режима работы ГЭС с максимальным расходом при минимальном уровне воды в водохранилище. Верхняя отметка соединительной шахты назначается немного выше наивысшего статического уровня, а нижняя — ниже наинизшего уровня воды УМО в резервуаре при установившемся режиме работы ГЭС, Для резервуаров дифференциального типа VI и VII (рис. 16-1) условия (16-5) и (16-7) откосятся к площади внешнего цилиндра, включая площадь внутреннего цилиндра, потому, что при малых расходах через сопротивления последние перестают играть свою роль и малые колебания уровня воды происходят одновременно во внешнем и внутреннем цилиндрах. Площадь резервуаров дифференциального типа VI и VII и цилиндрических резервуаров I и III задается по условию (16-7) и окончательно определяется экономическим расчетом по условиям наибольшего повышения уровня воды при сбросе нагрузки и наименьшего понижения уровня при включении нагрузки.

Наибольшее повышение уровня наблюдается при мгновенном сбросе полной нагрузки ГЭС, когда уровень воды в водохранилище находится на наивысшей отметке. Выплескивание воды из резервуара обычно не допускают. Поэтому отметку верха стен резервуара назначают выше наивысшего уровня воды в нем.

Наибольшее понижение уровня в резервуаре определяется при уровне воды в водохранилище па отметке УМО. Рассматривается аварийное включение одного или двух последних агрегатов при работе остальных агрегатов с полной нагрузкой или увеличение нагрузки всех агрегатов от оптимальной, при которой КПД агрегатов т=шах до полной их мощности.

При подсчете крайних уровней zmax и zm-m вносится поправка на возможные отклонения коэффициента шероховатости. Так, при расчете уравнительного резервуара на сброс нагрузки коэффициент шероховатости для напорной деривации принимают пониженным примерно на 0,001 (например, вместо расчетного значения 0,013 принимают 0,012). Наоборот, определение наинизшего уровня zm\n и объема нижней камеры при увеличении нагрузки производится при повышенном на 0,001 коэффициенте шероховатости.

Расчет обычно проводится в такой последовательности. В первую очередь определяют критическую площадь FKp сечения резервуара, затем задают несколько значений для площади F>FKр сечения резервуара I, III, VI и VII типов. Для резервуаров IV и V типов принимают сечение соединительной шахты по (16-7) и задают несколько значений для площади сечения камер. Для каждого варианта площадей определяют наивысший и наинизший уровни воды. Оптимальные параметры резервуара определяются на основе технико-экономических расчетов с учетом влияния размеров резервуара на напор и стоимость деривации и турбинного трубопровода. При экономически обоснованных диаметрах деривации и турбинного трубопровода критерием оптимальности может считаться минимум капитальных вложений по резер-вуару, деривации и той части турбинного трубопровода, на которой толщина оболочки зависит от максимального уровня воды в резервуаре. При длинной деривации и больших колебаниях уровня в водохранилище головного узла высота уравнительного резервуара может получиться весьма большой. На Ингури ГЭС, например, высота высеченного в скале уравнительного резервуара составляет 140 м.

Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики