ТИПЫ ТУРБИННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Турбинные трубопроводы служат для подвода воды к турбинам ГЭС. На приплотинных ГЭС с бетонными плотинами стальной трубо провод располагается в теле станционной части плотины (рис. 17-1). Такие трубопроводы называются встроенными. Примерами могут служить Братская и Усть-Илимская ГЭС на р. Ангаре.
Другой конструктивной схемой турбинных трубопроводов приплотинных ГЭС являются выносные стальные или сталежелезобетонные трубопроводы, которые укладываются на низовой грани плотины (рис. 17-2). Выносные трубопроводы устроены на Красноярской, Зейской, Саяно-Шушенской ГЭС. При встроенных трубопроводах бетонирование плотины и монтаж трубопровода необходимо производить одновременно. Выносные трубопроводы более целесообразны по условиям возведения станционной части плотины. Их монтаж можно производить на забетонированной части плотины, что значительно упрощает условия производства работ. Кроме того, выносные трубопроводы не ослабляют сечение станционной части плотины,, что имеет особое значение при больших диаметрах трубы.
В вариантах приплотинных ГЭС с земляной плотиной трубопровод прокладывается обычно под плотиной (рис. 17-3) или в обход плотины (см. рис. 12-5, г). Водоприемник устраивается со стороны верховой части плотины.
Для деривационных ГЭС различают трубопроводы открытые и засыпанные. Открытые, т. е. уложенные на поверхности косогора, трубопроводы доступны для наблюдений и в этом их основное преимущество. Однако они подвержены температурному и атмосферному воздействиям. Засыпанные землей трубопроводы имеют то достоинство, что на их статической работе почти не отражаются колебания температуры наружного воздуха. На рис. 17-4 показана деривационная ГАЭС с засыпанными и открытыми участками турбинного трубопровода. Для подземных ГЭС и ГАЭС трубопроводы прокладываются в скальном массиве (рис. 17-5).
При прокладке в скале подземный трубопровод представляет собой .чаще всего стальную облицовку туннеля или шахты с забетонированным пространством ме-жду трубопроводом и скалой. Такие трубопроводы называются тунне0-2. Однако иногда трубопровод укладывают в туннеле свободно, обеспечивая доступ к нему и осмотр.
Трубопроводы изготовляют из стали, железобетона и из синтетических материалов. В прежние годы строились деревянные трубопроводы. Для каждой ГЭС необходимо применять технически целесообразную и экономичную конструкцию трульными бопровода.
Турбинные трубопроводы являются исключительно ответственными сооружениями, особенно на высоконапорных установках. Разрыв трубопровода может быть причиной крупной аварии. Поэтому к турбинным трубопроводам предъявляются особо высокие требования.
Турбинные трубопроводы высоконапорных установок изготовляются из стали. Стальные трубопроводы могут быть изготовлены на напоры до 1500—2000 м. При больших диаметрах и напорах до 30— 50 м турбинные трубопроводы целесообразно выполнять из железобетона, что обеспечивает достаточную жесткость без перерасхода металла. Сталежелезобетонные предварительно напряженные трубопроводы могут изготавливаться на напорьг до 300 м. Имеется несколько построенных из дерева турбинных трубопроводов (например, на Нива ГЭС II D = 5 м при 77 = 40 м).
В зависимости от статической схемы трубопроводы выполняются разрезными или неразрезными. Неразрезная схема (рис. 17-6,а) применяется при небольшой длине трубопровода и незначительных колебаниях температуры. Такая схема характерна для засыпанных трубопроводов.
Разрезные схемы (рис. 17-6, б) применяются для открытых трубопроводов при больших колебаниях температуры воздуха или при знательных осадках грунта. Труба на участке между анкерными опорами разрезается, устраивается компенсатор, который позволяет перемещаться одной части трубы относительно другой. При этом снимаются напряжения в оболочке, вызванные температурными или осадочными деформациями.
Рис. 17-7. Схемы подвода воды трубопроводами к турбинам ГЭС Трасса трубопровода выбирается по возможности кратчайшая, с учетом особенностей рельефа и геологии местности. Уменьшение длины турбинного трубопровода, помимо снижения его стоимости, улучшает условия работы турбин вследствие уменьшения колебания напора при гидравлическом ударе. Трубопровод должен быть защищен от обвалов, оползней, осыпей и т. п. По всей трассе трубопровода предусматривается отвод за пределы сооружений фильтрационных и поверхностных вод, а также аварийного расхода воды в случае разрыва трубопровода. Трасса и крепление ее принимаются такими, чтобы не было размыва поверхности грунта вдоль трассы трубопровода. Трубопровод закрепляется в анкерных опорах, которые обеспечивают его устойчивость на косогоре. Анкерная опора устанавливается в местах излома оси трубопровода. Ось трубы ка участке между анкерными опорами должна быть прямолинейной. В пролете между анкерными опорами трубопровод размещается на промежуточных опорах. Расстояние между промежуточными опорами рис. 17-6) должно быть выбрано таким, чтобы обеспечивалась необходимая жесткость и прочность трубы при различных нагрузках. В предварительных расчетах принимают Трасса открытого трубопровода выбирается такой, чтобы число анкерных опор по возможности было меньше. Однако при этом надо учитывать, что уменьшение числа опор приводит к увеличению объема земельно-скальных работ по планировке пересеченной местности по трассе трубопровода. Оптимальное число анкерных опор может быть выбрано на основе техникоэкономического сопоставления различных вариантов трассы.
При проектировании трубопровода необходимо учитывать условия его эксплуатации. Трубопровод должен быть заглублен под наинизший пьезометрический уровень во избежание образования вакуума в нем при гидравлическом ударе. После затворов необходимы воздухоподводящие трубы или клапаны (вантузы) для впуска воздуха при опорожнении и выпуска воздуха при наполнении трубопровода. Должны быть также предусмотрены устройства для опорожнения трубопровода от воды. Для осмотра и ремонта трубопровода устанавливаются лазы в местах, удобных для подхода. При диаметрах менее 820 мм устраиваются съемные вставные звенья на фланцах.
Для подачи воды к турбинам применяются схемы, представленные на рис. 17-7. Наиболее удобна индивидуальная схема (рис. 17-7, а), при которой потери напора получаются наименьшими; эта схема применяется при средних напорах и больших расходах воды. На Красноярской ГЭС питание каждой турбины осуществляется двумя трубопроводами (рис. 17-7,6). Если диаметр турбинного трубопровода небольшой, что бывает при высоких напорах и небольших расходах, то целесообразно устраивать групповые схемы питания (рис. 17-7, в). При групповом питании независимо от напора на трубопроводах устанавливаются затворы, показанные на рис. 17-7, в. При уменьшении числа трубопроводов уменьшается число опор, компенсаторов и т. п., и в конечном итоге уменьшается стоимость трубопровода. Но при этом выход pis строя одного трубопровода может вызвать остановку нескольких турбин.
При фронтальном подводе воды (рис. 17-7, а, б, в) разрыв трубопровода может повлечь за собой разрушение здания ГЭС. Поэтому на высоконапорных установках устраивают отводящий канал со стороны трубопровода, применяют продольный подвод воды (рис. 17-7, г, д, е)._