Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ДЕРИВАЦИОННЫХ ТУННЕЛЕЙ. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ И ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Выбор параметров деривационных туннелей (элементов поперечного сечения, длин участков и т. д.) производится на основе техникоэкономического сопоставления вариантов. Для этого необходимо выполнить расчеты объемов работ, прочности обделки, гидравлического режима, фильтрации и другие, результаты которых затем используются для подсчета капитальных вложений, ежегодных эксплуатационных издержек и расчетных затрат.

БЕЗНАПОРНЫЙ ТУННЕЛЬ

Гидравлический и экономический расчеты безнапорного туннеля аналогичны расчету деривационного канала (см. § 13-6—13-9). Уклон дна определяется по формуле (13-1) при максимальном расходе туннеля, при котором обеспечивается равномерный режим. В формулы (13-1) и (14-5) входит коэффициент Шези С, значение которого определяется по коэффициенту шероховатости п и гидравлическому радиусу R. Натурные исследования показывают, что в туннелях коэффициент шероховатости бетонной облицовки г —0,011- 0,012. Однако при проектировании следует учитывать некоторое увеличение п при многолетней эксплуатации. Рекомендуют принимать в расчетах при тщательной обработке поверхности, а для необработанной торкретной поверхности. Необлицованныи туннель может иметь коэффициент шероховатости еще выше.

Экономически наивыгоднейшее сечеиие туннелей определяется по минимуму суммарных затрат, которые состоят из расчетных затрат по туннелю Зт, смежным сооружениям Зс и расчетной стоимости П потерь энергии и мощности.

По объемам работ и единичным расценкам подсчитывают капитальные вложения Ст для каждого варианта туннеля. Затем определяют ежегодные издержки Ит по содержанию туннеля и вычисляют расчетные затраты. Если с изменением сечения туннеля меняются размеры водоприемника, напорного бассейна и т. д., то следует учитывать изменения капитальных вложений К с, ежегодных издержек Ис и расчетных затрат Зс по этим смежным сооружениям. Потери выработки энергии и мощности ГЭС подсчитывают как для канала с водосливом, пользуясь формулами (13-2) и (13-3).

Экономически наивыгоднейшее сечение туннеля соэк можно определить как указано выше (см. рис. 13-13, а). Так как вблизи минимума кривая 3 + 7 = (со) пологая, а исходные значения подсчитаны приближенно, то рекомендуется от теоретической величины соЭк сместиться влево, в сторону меньших сечений, что позволит снизить капиталовложения без существенного изменения экономичности. Так как исходные данные могут быть заданы в некотором диапазоне, то появляется зона практически равноэкономичных значений соЭк, внутри которой выбирают окончательное значение соэк из параметрического ряда, пользуясь рекомендациями § 6-2 и 13-9.

Поскольку туннельные работы значительно дороже открытой выемки, то экономически наивыгоднейшая скорость воды в безнапорных туннелях составляет обычно 2,5—3,5 м/с, тогда как в каналах она равна 1,5—2,5 м/с.

Глубина наполнения в голове туннеля обычно изменяется мало, тогда как в конце деривации при изменении расхода ГЭС она может колебаться в значительных пределах. Если не предусмотреть необходимые мероприятия, то в туннеле большой длины при малых расходах ГЭС уровень воды в конце туннеля может подниматься настолько, что все его сечение заполнится водой. Произойдет явление «захлебывания», которое недопустимо, так как при этом может быть повреждена облицовка. Устранить явление захлебывания можно, расположив в конце туннеля водосброс, который должен включаться в работу автоматически при снижении мощности ГЭС и сбрасывать воду в обход станции. Холостой водосброс и туннель должны быть рассчитаны так, чтобы при наивысшем уровне в конце туннеля при остановке ГЭС под сводом туннеля оставалось воздушное пространство.

Холостых сбросов можно не делать, если в конце туннеля вместо водосброса создать бассейн суточного регулирования (БСР). Колебания уровня воды в БСР не должны вызывать захлебывания туннеля.

НАПОРНЫЙ ТУННЕЛЬ

Напорный туннель гидравлически подобен трубопроводу. Для туннеля пьезометрический уклон при установившемся движении воды определяется по формуле (14-5) и будет тем большим, чем больше скорость v движения воды Продольный конструктивный уклон туннеля может быть либо одинаковым по всей длине, либо переменным, если это потребуется (например, когда туннель проходит под руслом реки или оврагом), и может отличиться от пьезометрического уклона.


Наивысшее положение пьезометрической линии 1 (рис. 14-12) определяется в результате расчетов неустановившегося движения при сбросе всей нагрузки в условиях максимального уровня воды в водохранилище. Так выявляется напор для расчета прочности обделки туннеля в любом его сечении. Наинизшее положение 2 пьезометрическая линия имеет при включении нагрузки при наинизшем уровне воды в водохранилище. Необходимо назначить отметки входного и выходного портала туннеля так, чтобы в нем не было вакуума и не происходило засасывания воздуха в туннель.

Экономически наивыгоднейший диаметр напорного туннеля необходимо определять одновременно с установлением оптимальных параметров уравнительного резервуара и учитывать при этом изменение стоимости водоприемника и турбинных трубопроводов. Поэтому надо искать значение диаметра D3K, соответствующее минимуму суммы, состоящей из расчетных затрат по туннелю и уравнительному резервуару (с учетом изменения затрат по водоприемнику и турбинным трубопроводам) и расчетной стоимости потерь энергии. В предварительных расчетах ограничиваются учетом изменения расчетных затрат только по туннелю; при этом диаметр туннеля будет несколько заниженным.

Так как напорный туннель работает полным сечением, то среднегодовые потери энергии Эп, кВт-ч/год, в нем будут пропорциональны среднекубическому расходу воды


Если в период Гб избытка воды в реке напор ГЭС оказывается больше расчетного напора турбин Нр, то потери напора в этот период могут быть компенсированы путем увеличения расходов, пропускаемых через турбины ГЭС. В этом случае среднекубический расход QCp.K=QP определяется по расходам за период ГР = Г—Гб и в формулу (14-6) вместо действительных Г и Qcp.k подставляются их расчетные значения Гр и Qp.


Если в период Г б избытка воды в реке напор ГЭС меньше расчетного напора турбин, то надо учитывать потери энергии из-за потерь напора и, кроме того, потери энергии из-за снижения пропускной способности турбин. В таких случаях в формулу (14-6) подставляют действительные значения Г и Qcp.k И, кроме того, вводят коэффициент (3, учитывающий потери энергии из-за снижения используемого расхода воды в период паводка, В предварительных расчетах можно принимать (3=1,1 —1,15. Если по экономическим расчетам сечение туннеля окажется меньше минимальиого, допустимого по условиям производства работ, то приходится увеличивать сечение и уменьшать скорости течения воды в туннеле или заменять туннель деривационным трубопроводом экономически наивыгоднейшего сечения. Расчетный напор в длинном туннеле может получиться настолько большим, что возникнут конструктивные затруднения для осуществления облицовки. Это обстоятельство иногда заставляет пойти на увеличение сечения туннеля. Так как исходная техническая и экономическая информация может быть задана лишь в некотором диапазоне, то получится зона практически равноэкоиомич- иых значений. Выбор значения о)эк внутри этой зоны производится в соответствии с рекомендациями § 6-2 и 13-9.


Полученное сечение туннеля проверяется по максимальной скорости течения воды при Omnx. Обычно omnx назначается в пределах 4,0— 5,0 м/с, если это допустимо по условиям устойчивости работы ГЭС.


По условиям устойчивости работы агрегата требуется, чтобы при максимальном расходе воды потери напора в туннеле и турбинном трубопроводе были бы меньше одной трети статического напора Но (см. § 16-5).


По рекомендации А. А. Морозова пределом для максимально допустимой скорости в туннеле может быть

После определения энергоэкономическим расчетом экономически иаивыгодиейшего сечения туннеля, соответствующий ему диаметр следует принять равным ближайшему значению из параметрического ряда.

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