 |
Лабораторная работа №10 Изучение гидроэнергетических установок
|
|
|
|
Цель работы:
Познакомить студентов с технологическим оборудованием современных ГЭС. Изучить их технологическую схему, конструктивные особенности. Дать информацию об основных схемах компоновки технологического оборудования.
1 Теоретические сведения
Состав и компоновка сооружений ГЭС определяются схемой конструкции напора. Существуют основные схемы создания напора:
- плотинная;
- деривационная.
Гидроэлектростанции, сооруженные по плотинной схеме, делятся, в свою очередь, на два типа:
- русловые;
-приплотинные.
Деривационные ГЭС также делятся на два типа:
- с безнапорной деривацией; - с напорной деривацией.
Основными сооружениями ГЭС, выполненными по плотинной схеме, являются плотины и здание ГЭС. При напоре до 25—30 м здание станции размещается в одном створе с плотиной и воспринимает напор. Такие гидроэлектростанции называются русловыми. На рис. 1, а изображена в плане схема основных сооружений такой ГЭС. При комплексном использовании водотока, в состав гидроузла кроме плотины и здания ГЭС, включаются сооружения, предназначенные для удовлетворения специфических нужд каждого участка комплекса (шлюз для водного транспорта, водозаборные сооружения для ирригации и водоснабжения, рыбоходы и т. п. ).
При напоре, превышающем 25—30 м, здание ГЭС размещается за плотиной в нижнем бьефе и уже не воспринимает напор (рис. 1, б). Такие ГЭС носят название приплотинных. При комплексном назначении гидроузла в него, так же как и в предыдущем случае, включаются сооружения неэнергетических участников комплекса. Поскольку в этой схеме здание ГЭС не воспринимает напор, то для подачи воды к турбинам ГЭС необходимы водоприемники и турбинные трубопроводы, как это показано на рис. 1, б, где эти сооружения совмещены с плотиной. Вообще компоновка гидроузлов с приплотинными ГЭС в значительной степени зависит от типа плотины и создаваемого ею напора.
|
|
|
Если в рассматриваемой схеме плотина ГЭС сооружена не из бетона, а из грунта или каменной наброски, то водоприемник, турбинные водоводы (трубопроводы) и водосбросы устанавливаются несовмещенными с плотиной (рис. 1, в, г).
Сооружения деривационных ГЭС располагаются в двух узлах — головном и станционном, соединенных между собой деривацией.
Рис. 1 - Схемы ГЭС
а — русловая ГЭС с бетонной плотиной; б — приплотинная ГЭС с бетонной плотиной; в — приплотинная ГЭС с плотиной из грунтовых материалов и поверхностным водосбросом; г — приплотинная ГЭС с плотиной из грунтовых материалов и шахтным водосбросом; 1 — шлюз; 2 — водосливная бетонная плотина; 3 — здание ГЭС; 4 — водоприемник; 5 — глухая бетонная плотина; 6 — турбинные трубопроводы; 7 — каменно-земляная или каменно-набросная плотина; 8 — поверхностный водосброс; 9 — уравнительный резервуар; 10 — шахтный водосброс; 11— водосбросный туннель.
Головной узел ГЭС с безнапорной деривацией (рис. 2) состоит из плотины с водосбросом и поверхностного водоприемника, а в случае надобности в нем дополнительно размещаются отстойник, грязеспуск, шугосброс и водоприемник для неэнергетических потребителей воды.
Рис. 2 - Схема сооружений ГЭС с безнапорной деривацией
Безнапорная деривация устраивается в виде открытого канала. Там, где деривационный канал пересекается с поперечно направленными оврагами, долинами, ручьями и реками, создаются сооружения для пропуска воды под или над каналами — дюкеры, трубы под каналами, лотки над каналом, а иногда и крупные мосты — акведуки для пересечения каналом широкой поперечной долины. У станционного узла канал заканчивается и переходит в напорный бассейн, откуда вода по турбинным трубопроводам поступает к турбинам, расположенным в здании ГЭС, и далее в отводящий канал и реку.
|
|
|
Когда местность сильно пересеченная и для безнапорной деривации нет благоприятных условий, устраивается напорная деривация в виде туннеля или трубопровода (рис. 3). Как в том, так и в другом случае поперечное сечение водовода полностью заполнено водой.
Головной узел в этом случае также включает в качестве основных сооружений плотину с водосбросом и водоприемник. Однако плотина здесь более высокая, а водоприемник — глубинный, что позволяет непрерывно забирать воду при больших колебаниях уровня воды в водохранилище.
Станционный узел в отличие от ГЭС с безнапорной деривацией часто имеет уравнительный резервуар, основное назначение которого — борьба с возможными гидравлическими ударами при нестационарных режимах в турбинных водоводах, по которым вода поступает в турбины.
Рис. 3 - Схема сооружений ГЭС с напорной деривацией
Рис. 4 - Гравитационная плотина
Нет гидростанций, которые по составу и компоновке сооружений были бы полностью идентичны. Каждая ГЭС в своем роде неповторима.
На рис. 5 представлены контуры некоторых наиболее крупных отечественных и зарубежных плотин в сравнении с другими известными крупными сооружениями.
Рис. 5 - Контуры некоторых наиболее крупных отечественных и зарубежных плотин в сравнении с другими крупными сооружениями
1 — Днепровская; 2 — Бухтарминская; 3 — Красноярская; 4 — Братская; 5 — Чарвакская ГЭС; 6 — пирамида Хеопса; 7—Токтогульская; 8 — Чиркейская; 9 — Саяно-Шушенская; 10 — Нурекская; 11 — Ингурская ГЭС; 12 — ГЭС Гранд-Диксанс; 13 — здание МГУ (размеры даны в м).
Каменно-набросные плотины сооружаются, как правило, глухими. Высота их может достигать более 300 м.
Каменные плотины выполняются в виде сухой кладки. Разновидностью указанных двух типов плотин являются полунабросные, выполняемые в напорной части из сухой кладки, а в низовой части из каменной наброски.
Имеются смешанные плотины, воздвигаемые из местных строительных материалов — каменно - земляные. В них большая часть тела выполнена из каменных материалов, а противофильтрационное устройство — из слабопроницаемого грунта. Они хорошо себя зарекомендовали в районах, подверженных землетрясениям.
|
|
|
Самой высокой в мире бетонной плотиной долгое время оставалась швейцарская Гранд-Диксанс. Ее высота составляет 284 м, длина 700 м, а объем уложенного бетона — около 6 млн. м3. Построенная с СССР Ингурская ГЭС на реке Ингури (Грузия) имеет бетонную плотину объемом свыше 3 млн. м3, высотой 301 м и длиной 728 м. Каменно-набросная плотина Нурекской ГЭС (Таджикистан) имеет высоту 310 м, длину 730 м и объем 54 млн. м3.
Здания ГЭС
Здания гидроэлектростанций служат для размещения в них гидроагрегатов (турбины и генератора), соединенных одним валом, и вспомогательного оборудования. Конструкцию и компоновку здания ГЭС определяют природные условия, схема концентрации напора и его величина, тип и параметры гидроагрегатов и иногда тип и параметры трансформаторов. Здание русловой и приплотинной ГЭС показаны на рисунках 6 и 7.
Габариты здания определяются размерами агрегатных блоков, в частности длина его — числом агрегатных блоков и размером монтажной площадки. В свою очередь габариты блока зависят от мощности (напора и расхода воды) турбины, размеров генератора, а ширина его определяется, как правило, размером спиральной камеры (устройством, позволяющим подводить воду одновременно на все лопасти рабочего колеса с одинаковой скоростью).
Обычно на ГЭС устанавливается не менее 2—3 одинаковых агрегатов.
Тип и конструкция здания должны быть всесторонне обоснованы (в том числе экономически), в то же время они должны обеспечивать надежную работу оборудования и удобные условия его эксплуатации.
Рис. 6 - Здание русловой ГЭС
1 — генератор; 2 — турбина; 3 — спиральная камера; 4—отсасывающая труба; 5 — аванкамеры; 6 — грузоподъемные краны; 7 — паз решеток; 8 — паз шандоров; 9—паз затворов
В соответствии со схемами концентрации напора здания ГЭС принято делить на три основных типа:
- здание русловой ГЭС, т. е. здание, воспринимающее напор (рис. 6);
|
|
|
- здание приплотинной ГЭС, т. е. размещенное за плотиной и не воспринимающее напор (рис. 7);
- здание деривационных ГЭС (рис. 8).
По способу сброса воды из верхнего бьефа в нижний здания русловых ГЭС делятся на два типа:
1) несовмещенные с водосбросами, в которых сбросы излишков воды из верхнего бьефа осуществляются через водосливные отверстия плотины или другие устройства, находящиеся вне здания ГЭС (рис. 7).
2) совмещенные с водосбросами, которые обычно располагаются в массивной (подводной) части здания, хотя применяются и другие конструктивные решения.
Рис. 7 - Здание приплотинной ГЭС
1— машинный зал; 2 — генератор; 3 — спиральная камера: 4 — отсасывающая труба; 5 — турбинный трубопровод; 6 — водоприемник; 7 — решетка; 8 — плоский затвор; 9 — подъемный механизм затвора; 10 — ВЛ на подстанцию
По типу верхнего строения здания ГЭС различаются:
- закрытые — с внутренним расположением подъемно-транспортного оборудования (рис. 6, 7);
- полуоткрытые — основное подъемное оборудование (портальный или козловой кран) размещается над машинным залом, который представляет собой низкое помещение со съемными крышками над генераторами (рис. 9, а);
- открытые — машинный зал отсутствует, а генераторы закрываются съемными колпаками (рис. 9, б). Подъемным оборудованием здесь является также портальный или козловой кран.
Рис. 8 - Здание деривационной ГЭС
1 — турбинный трубопровод; 2 — турбина ковшового типа; 3 — отводящий канал
Рис. 9 - Полуоткрытый (а) и открытый (б) типы здания ГЭС
По расположению относительно земной поверхности здания ГЭС делятся на:
- наземные — корпус здания расположен на земной поверхности;
- подземные — корпус здания расположен ниже земной поверхности. Такие здания сооружаются при деривационной схеме концентрации напора, когда деривация выполняется в виде туннеля;
- полуподземные — корпус здания расположен на незначительной глубине, например в траншейных выработках.
В зависимости от положения оси агрегата различают здания с вертикальными и горизонтальными агрегатами (последние в настоящее время в РФ применяются, главным образом, на ГЭС с напором 10—15 м).
Общим элементом для всех типов зданий ГЭС является монтажная площадка. Она размещается обычно в конце здания у берега и обслуживается теми же кранами, что и машинный зал. На уровне пола монтажной площадки делается подъездной путь для доставки оборудования в машинный зал. Габариты монтажной площадки определяются условиями доставки и раскладки на ней основных частей одного гидроагрегата при его ремонте в период эксплуатации. При большом числе агрегатов иногда строятся две монтажные площадки.
|
|
|
В здании ГЭС размещается ряд вспомогательных помещений, в числе которых оперативно-производственные, производственные, административно-хозяйственные, бытовые.
К оперативно-производственным помещениям относятся помещения электрических распределительных устройств генераторного напряжения, собственных нужд переменного и постоянного тока и иногда поста (пульта) управления и др.
В здании ГЭС размещается также большое количество различных вспомогательных служб. В их состав входят техническое водоснабжение и пожаротушение генераторов, осушение спиральных камер и отсасывающих труб, масляное хозяйство, пневматическое хозяйство, дренажные устройства, контрольно-измерительная аппаратура и т. д.
В зависимости от мощности ГЭС и числа агрегатов определяются состав и площадь помещений подсобно-вспомогательного назначения (ремонтно-механические мастерские, лаборатории и различного рода службы).
В нижней части здания ГЭС размещаются спиральные камеры турбин, гидротурбины со всеми вспомогательными сооружениями и элементами проточного тракта, а также галереи различного назначения, помещения для вспомогательного оборудования, насосы для откачки воды и т. д.
2 Порядок выполнения работы
1. Изучить конструктивные особенности русловой и приплотинной ГЭС.
2. Познакомиться с особенностями конструкций открытых и закрытых компоновок ГЭС.
3. Познакомиться конструкцией деривационной ГЭС.
4. Изучить особенности расположения оборудования в схемах, приведенных ГЭС.
5. Составить отчет по лабораторной работе.
3 Содержание отчета
1. Отчет должен содержать краткое описание изучаемого технологического оборудования и установок.
2. Описания работы технологических установок и схем.
3. Чертежи гидроэлектростанций.
|
|
|
