Водосливная плотина в составе низконапорного энергетического гидроузла

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Инженерно-строительный институт

Кафедра "Водохозяйственное и гидротехническое строительство"

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: "Гидроузлы комплексного назначения"

на тему: "Водосливная плотина в составе низконапорного энергетического гидроузла"

Санкт-Петербург - 2015

Содержание

Введение

Глава 1. Исходные данные

Глава 2. Выбор створа для строительства гидроузла и очередности работ

Глава 3. Основные сооружения гидроузла

3.1 Водосливная плотина

3.2 Земляная плотина

3.3 Гидроэлектростанция

Список использованной литературы

Приложения



Введение

В данном курсовом проекте в соответствии с заданием рассмотрен вариант водосливной плотины в составе низконапорного энергетического гидроузла.

Помимо водосливной плотины в состав гидроузла входят следующие сооружения:

гидроэлектростанция мощностью 36,0 МВт;

грунтовая плотина.

Также проектом предусмотрены расчистка русла и планировка берегов. Все расчёты и графические материалы приведены в Приложении.



Глава 1. Исходные данные

Проектируемый гидроузел располагается в Восточной Сибири. По уровню хозяйственной значимости и ответственности гидроузел относится к сооружениям II класса капитальности. Район строительства имеет следующие характеристики:

Геологические характеристики:

Характер аллювиальных отложений в русле - ПГС;

Характер подстилающих коренных пород - суглинки;

Отметка кровли коренных пород 89,0м.

Расчётные характеристики грунтов приведены в таблице 1 приложения 1.

Гидрологические характеристики: Данные по гидрологии района представлены расчётными максимальными расходами воды и соответствующими им уровнями нижнего бьефа. Эти данные приведены в таблице 2 приложения 1. Также имеются следующие исходные данные:

Отметка нормального подпорного уровня НПУ=114,9 м;

Минимальный уровень верхнего бьефа УМО=107,0м;

Допустимый подъем уровня при Q_повДH=0,6 м;

Допустимый перепад при перекрытии русла z=0,6 м;

Высота волны в нижнем бьефе h_в=1,2 м.

Расчётные расходы и уровни приведены в таблице 2 Приложения 1.



Глава 2. Выбор створа для строительства гидроузла и очередности работ

В качестве створа строительства выбран створ водомерного поста, расположенный в наиболее узком месте рельефа. Данный участок реки имеет хорошо развитую левобережную пойму, что позволяет возвести на ней основную часть бетонных сооружений. Поэтому в проекте принимается береговая компоновка гидроузла. Под защитой перемычек первой очереди на левом берегу пойма будет использоваться для строительства бетонных сооружений (водосливной плотины и здания ГЭС), в то же время стесненная часть русла используется для пропуска строительных расходов первой очереди.

При использовании данной компоновки для речных гидротехнических сооружений выделяется, как минимум, пять этапов:

1) Первый этап. Возведение перемычек первой очереди и создание за их прикрытием котлована первой очереди. Поперечные перемычки первой очереди располагаются в основном на пойме, - продольная перемычка на левом берегу. Пропуск строительных расходов осуществляется по стесненному естественному руслу без его деформации. На данном этапе в котловане первой очереди возводится два отверстия водосливной плотины до отметки временного порога, третье до отметки гребня водослива, быки, устои, понур и крепление нижнего бьефа полностью. В этот же период устраиваем подводящий и отводящий каналы. Через устой закладываем здание станции и часть грунтовой плотины.

2) Второй этап. Разбираем поперечные перемычки первой очереди, возводим перемычки второй очереди, замыкая на устой. Перекрытие русла и переключение пропуска воды с естественного русла на гребёнку водосливной плотины, достроенную до отметки временного порога. Возводим часть грунтовой плотины.

3) Третий этап. Закрываем временные отверстия водосливной плотины методом гребенки.

4) Четвертый этап. Наполнение водохранилища и пуск первоочередных агрегатов. Наполнение водохранилища обеспечивается постепенным поочерёдным закрытием отверстий гребёнки и наращиванием отметки порога до постоянной в несколько приёмов, после чего пропуск расходов осуществляется через постоянные водосливные пролёты плотины с регулированием расходов постоянными затворами.

5) Пятый этап. Достройка сооружений до проектных отметок и пуск всех остальных агрегатов на полную мощность.



Глава 3. Основные сооружения гидроузла

3.1 Водосливная плотина

Водосливная плотина представляет собой бетонное сооружение, предназначенное для пропуска строительных и основных расходов. Профиль запроектированной водосливной плотины представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Профиль водосливной плотины

Профиль запроектированной водосливной плотины очерчен по координатам Кригера-Офицерова при профилирующем напоре 5,1 м. Проектирование профиля водосливной плотины произведено в приложении 3.8. Запроектированная водосливная плотина имеет три пролёта шириной 18 м, суммарная ширина водосливного фронта - 68 м. Пролеты разделены разрезными быками толщиной 3 м.

В качестве основного затвора принят плоский скользящий затвор, поднятие и опускание которого осуществляется козловым краном. К водосливной плотине подведены подводящий и отводящий каналы, укрепленные каменной наброской. Отметка подводящего канала 98,1 м. Отметка отводящего канала 97,6 м. Отметка временного порога 97,2 м.

Заглубление подошвы водосливной плотины в основание определяется отметкой крепления в нижнем бьефе, которая в свою очередь назначается из условия затопления гидравлического прыжка при холостых сбросах воды из водохранилища.

Расчёт отметки подошвы водосливной плотины, а также ширины водосливного фронта представлен в приложении 3.2, 3.3.

Для повышения надёжности сооружения, а также для увеличения коэффициента запаса плотины на плоский сдвиг, со стороны верхнего бьефа устроен бетонный понур длиной 33,9 м.

Для гашения энергии за водосливной плотиной устроено крепление, состоящее из водобойной плиты толщиной 3,2 м и длиной 43,0 м, комбинированной рисбермы из отдельных железобетонных плит и участков каменной наброски длиной 50 м, а также кольцевое крепление (склад камня) 38 м.

3.2 Земляная плотина

В качестве глухой плотины в проекте рассматривается неоднородная земляная плотина из ПГС с противофильтрационным элементом в виде ядра из суглинка (рис. 2).

Плотина обладает суффозионной и фильтрационной прочностью.

Отметка гребня: 118,0 м. Ширина гребня 8м. По гребню проходит автомобильная дорога габарита Г-6.

Коэффициент заложения низового откоса: n=2,5; Коэффициент заложения верхового откоса: m=2,65;

Для обеспечения фильтрационной прочности сооружения и основания, а также для регулирования положения кривой депрессии, со стороны нижнего бьефа предусмотрен банкет из камня диаметром d=100 мм с заложением откосов 1:1,5. По банкету предусмотрена дорога шириной 6,0м. На стыке банкета с телом плотины поставлены обратные фильтры, назначение которых заключается в обеспечении суффозионной прочности.

Рис. 2. Неоднородная земляная плотина

На верховом откосе плотины предусмотрена берма на 1,5 м ниже уровня УМО шириной 3,0м. Крепление верхового откоса выполняется из каменной наброски с обратными фильтрами. Для крепления низового откоса используется уплотненный слой гравия.

Расчёт земляной плотины представлен в Приложении 2.

3.3 Гидроэлектростанция

Запроектированная гидроэлектростанция имеет следующие характеристики:

Расчётный напор 17,2 м;

Количество агрегатов 3;

Мощность одного агрегата 12,0 кВт;

Общая мощность всех агрегатов ГЭС 36,0 Вт;

Тип гидротурбин ПЛ 30;

Диаметр рабочего колеса гидротурбины 3,6 м.

Отметка подошвы здания ГЭС 91,9 м.

Суммарная ширина агрегатных блоков 32,4 м;

Ширина монтажной площадки 12,6 м.

Входной портал спиральной камеры и выходной портал отсасывающей трубы оборудованы затворами. Подъём затвора отсасывающей трубы и ремонтного затвора спиральной камеры осуществляется с помощью козловых кранов, обслуживающих затворы водосливной плотины. Сороудерживающие решётки сделаны подъёмными, что позволяет при необходимости поставить на их место ремонтный затвор.

Расчет гидроэлектростанции представлен в приложении 4.



Приложение 1. Исходные данные к проекту и кривая связи расходов и уровней

Таблица 1. Расчетные характеристики грунтов

Характеристика	Аллювия	Коренных пород
Удельный вес гн, т/м 3	1,83	1,81
Коэффициент внутреннего трения f=tg?	0,48	0,34
Удельное сцепление С, т/м 2	-	4,0
Коэффициент фильтрации k (м/сут)	190	10-2
Пористость n

Таблица 2. Расчетные расходы воды и соответствующие уровни нижнего бьефа

Расходы	Расходы, м/с 3	Уровни, м
Основной Qосн	1120	104,36
Поверочный Qпов	1290	104,7
Строительный в период половодья при снеготаянии	430	101,3
Строительный в период дождевых паводков	305	100,18
Строительный при перекрытии русла	100	98,1

По данным таблицы 2 стоится график кривая связи расходов воды и уровней нижнего бьефа (рис. 3).

Рис. 3. График расходов воды и уровней нижнего бьефа

Определение величины максимального естественного удельного расхода. Удельный расход через водосливную плотину должен быть больше максимального естественного удельного расхода в реке. Для определения q_max.ест необходимо построить поперечное сечение реки в створе строительства гидроузла (рис. 4).

Рис. 4. Поперечное сечение реки по створу строительства

Средняя скорость течения вычисляется по формуле:

(1.1)

где =928,8 м ^{2 -} площадь живого сечения реки, определяется графически по рис. 4, - расчетный расход в реке, =1120 м ³/с.

V=1120/928,8= 1,2 м/с.

Максимальная скорость рассчитывается по формуле:

(1.2)

где k - поправочный коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения (k=1,2 для трапецеидального сечения).

V_max = 1,2*1,2 =1,44 м/с

Максимальный удельный расход вычисляется по следующей формуле:

(1.3)

где h - наибольшая глубина воды в сечении реки, h=11,7 м.

q _{max ест} = 11,7*1,44 = 16,85 м ²/с.



Приложение 2. Конструкция земляной плотины

Определение заложения откосов плотины. Заложение низового откоса плотины в случае песчаных грунтов вычисляется по формуле:

(2.1)

где - коэффициент надежности (для II класса сооружений равен 1,2),

- угол внутреннего трения (для ПГС =0,48).

n = 1,2/0,48 = 2,5.

Заложение верхового откоса m вычисляется по формуле:

(2.2)

где k- коэффициент, учитывающий насыщенность верхового откоса

(принимается равным 1,1).

m = 1,1*2,5 = 2,65.

Определение отметки гребня земляной плотины. При определении отметки гребня грунтовой плотины рассматривается два случая, которые имеют место при уровнях воды в водохранилище, соответствующих НПУ и ФПУ. При этом выбирается наибольшая отметка гребня:

НПУ+h_{1 %}+ h _{н.к.1 %}+ a+b (2.3)

ФПУ+h_{50 %}+ h _{н.к 50 %}+ a+b (2.4)

где h_{1 %} - нагон за счет волнового действия, наблюдающийся раз в сто лет,

h_{50 %} - нагон за счет волнового действия, наблюдающийся раз в пятьдесят лет,

a - величина запаса, зависящая от класса сооружения (для II класса капитальности принимается равной 0,6 м),

b - запас на усадку плотины в период эксплуатации (принимается 1,2 м).

Значения h _{н.к.1 %} и h _{н.к 50 %} вычисляются по формулам:

h _{н.к.1 %}=2·· (2.5)

h _{н.к.50 %}=0,7 h _{н.к.1 %} (2.6)

где - коэффициент шероховатости (для камня принимается равным 0,55),

л - длина волны (принимается равной 10·=12 м).

h _{н.к.1 %}= 21,2·· = 1,1 м

h _{н.к.50 %}=0,7·1,1=0,77 м

114,9+0+1,1+0,6+1,2=117,8 м,

115,5+0+0,77+0,6+1,2=118,07 м.

Принимается отметка гребня плотины 118,0 м.

Определение ширины гребня земляной плотины. Ширины гребня грунтовой плотины определяется заданным классом дороги. В данном случае, это Г-6. К ширине проезжей части, равной 6 м, следует добавить 0,5 м на обочину и 1,5 м на тротуар. Таким образом, ширина гребня земляной плотины принимается равной 8,0 м.



Приложение 3. Назначение размеров водосливной плотины

Предварительное определение габаритов водосливной плотины.

Рис. 9. Расчетная схема водосливной плотины

Расчеты по предварительному определению габаритов водосливной плотины сведены в табл. 5.

Таблица 5

N п/п	Опред. величин	ед. изм.	Удельный расход	Примечание
			k1qест	k2qест
1	qр	м 3/с	24,6	32,8
2	qв=1,2qр	м 3/с	29,52	39,36
3	H=(qв/(m*(2g)^0,5))^(2/3)	м	6,03	7,31	m=0,45
4	?Гр. В.=?НПУ-Н	м	108,87	107,59
5	hкр=((qв^2)/g)^(1/3)	м	4,461914	5,405224
6	Z=?НПУ-?УНБ	м	12,64	12,64	?УНБ=f(0,5WQр)
7	з=Z/hкр		2,832865	2,338478
8	Э'=h"/hкр		2,3	2,18	?=0,9
9	h"=Э'/hкр	м	0,515474	0,403314
10	h2=kh"	м	0,567021	0,443645	k=1,05-1,1
11	?В=?УНБ-h2	м	101,693	101,8164
12	t=0,4h2	м	0,226808	0,177458
13	?h=?В-t	м	101,4662	101,6389
14	lпон=(2ч2,5)Z-l	м	31,6	31,6
15	lпл=(1,4ч1,7)T0	м	19,81053	19,62547	T0=?НПУ-?В
16	lв=4,5h2	м	2,551595	1,996402
17	lр=25hкр-lв	м	108,9963	133,1342
18	Вр=Qр/qр	м	45,52846	34,14634
19	Вв=Qр/qв	м	37,94038	28,45528

Определение ширины водосливного фронта. При выборе ширины и напора следует руководствоваться следующими положениями:

Отношение ширины пролёта водослива к напору на его гребне не должно превышать 5 или быть менее 2;

Пролёт может быть от 8 м до 30м через 2 м;

Нечётное количество пролётов водосливной плотины более желательно, чем чётное.

В северных районах для пропуска льда ширина д.б. более 14 м.

Расчеты для данного приложения сведены в табл. 6.

Таблица 6

N п/п	Опред. величин	ед. изм.	НПУ	ФПУ	Примечание
1	Н	м	4,5	5,1
2	q=(m*(2g)^0,5)Н^(3/2)	м 3/c	19,02746	22,95711	m=0,45
3	Qв=qоnb	м 3/c	976,1086	1177,7	о=0,95
4	Qсоор=Qв+(n-1)Q1а	м 3/c	1126,109	1327,7	Q1а=75
5	Qств	м 3/c	1120	1290
6	(Qсоор-Qсов)/Qсоор	м 3/c	0,542454	2,839491

По результатам расчетов принимается:

H=4,5 м, b=18 м, n=3 (см. рис. 10).

Окончательное определение размеров плиты НБ. Для решения данной задачи рассматриваются 3 схемы открытия затворов:

1. Центральное отверстие открываем на ј H, ?УНБ=f(Q_ГЭС).

2. Центральное отверстие полностью открыто, боковые на ј H,

3. Все отверстия открыты на H+ДH.

Расчеты приведены в табл. 7.

Рис. 10. Водосливной фронт

Таблица 7

N п/п	Опред. Величина	ед. изм.	1-я схема	2-я схема	3-я схема	Примечание
1	q	м 3/с	8,9	19,0	23,0
2	?УНБ	м 3/с	99,5	102,3	104,7
3	hкр=((qв^2)/g)^(1/3)	м	2,0	3,3	3,8
4	Z=?УВБ-?УНБ	м	15,4	12,6	10,8
5	з=Z/hкр	м	7,7	3,8	2,9
6	Э'=h"/hкр		2,8	2,4	2,3
7	h"=Э'/hкр	м	5,6	7,9	8,7
8	h2=kh"	м	6,2	8,7	9,5	k=1,1
9	?В=?УНБ-h2	м	93,3	93,6	95,2
10	t=0,4h2	м	2,5	3,5	3,8
11	lпон=(2ч2,5)Z	м	33,9	27,8	23,8
12	lпл=(1,4ч1,7)T0	м	32,4	32,0	29,6
13	lв=4,5h2	м	27,8	39,1	43,0
14	lр=25hкр -lb	м	22,3	44,2	51,4
15	?П=?В-t	м	90,8	90,1	91,3

Из всех полученных отметок выбираем самые низкие, а из всех полученных длин - наибольшие, т.е. УНБ=99,5 м, В=93,3 м, П=90,1 м, l_п=33,9 м, l_пл=32,4м, l_в=43 м, длина рисбермы l_р= 51,4 м.

Расчет жесткой рисбермы. Рисберма может быть выполнена в жестком варианте (бетонные плиты) и в гибком варианте (каменная наброска). Жесткая рисберма представлена на рис. 11.

Рис. 11. Схема жесткой рисбермы

Значения x, представленные на рис. 11 - расстояния от сжатого сечения до начала каждой отдельной плиты. Расчет по определению размеров жесткой рисбермы выполняется в табличной форме (табл.8).

Количество участков рисбермы n рассчитывается по формуле:

(3.1)

n=,28.

Количество участков принимается равным 10. Длина участков - 5 м.

Таблица 8

N п/п	Опред. величин	ед. изм.	Рисберма
			х 1	х 2	х 3	х 4	х 5	х 6	х 7	х 8	х 9	х 10
1	х	м	43	48	53	58	63	68	73	78	83	88
2	hкр=((qр^2)/g)^(1/3)	м	3,30	3,30	3,30	3,30	3,30	3,30	3,30	3,30	3,30	3,30
3	x/hкр		13,03	14,55	16,06	17,58	19,09	20,61	22,12	23,64	25,15	26,67
4	f=F(L/l)		0,85	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85
5	д=1,13T0/(x/hкр(x/hкр)(1/3))		0,80	0,69	0,60	0,53	0,48	0,43	0,39	0,36	0,33	0,31
6	0,5V2/2g	м/с	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12
7	d=k((fд+0,5v2/(2g))/(гб-1))		0,71	0,63	0,57	0,51	0,47	0,44	0,41	0,38	0,36	0,34

Расчет гибкой рисбермы. Гибкая рисберма выполняется из каменной наброски. Необходимо подобрать крупность камня, чтобы избежать размыва и выдержать условия экономичности (рис. 12). В связи с тем, что энергия потока уменьшается по мере удаления от сжатого сечения, вводится коэффициент k, который зависит от - относительного удаления рассматриваемого сечения от сжатого сечения.

Рис. 12. Схема гибкой рисбермы

Расчет по определению крупности камня и толщины рисбермы представлен в табл. 9.



Таблица 9

N п/п	Опред. величин	ед. изм.	Рисберма
			х 1	х 2	х 3	х 4	х 5	х 6	х 7	х 8	х 9	х 10
1	х	м	43	48	53	58	63	68	73	78	83	88
2	x/h2	м 3/с	4,9	5,5	6,1	6,7	7,2	7,8	8,4	9,0	9,5	10,1
3	з=h2/hc		7,77	7,77	7,77	7,77	7,77	7,77	7,77	7,77	7,77	7,77
4	k		2,50	2,28	2,04	1,86	1,78	1,64	1,57	1,52	1,44	1,42
5	(Vo)max=k*Vmax		5,46	4,98	4,46	4,06	3,89	3,58	3,43	3,32	3,14	3,10
6	d=0,4((Vo)max)2/2g		0,61	0,51	0,40	0,34	0,31	0,26	0,24	0,22	0,20	0,20
7	t=3d		1,82	1,52	1,21	1,01	0,92	0,78	0,72	0,67	0,60	0,59

Конструкция рисбермы принимается исходя из следующих условий. Толщина бетонного крепления экономически не выгодна, если ее толщина d<0,5 м (из условия производства работ). Устройство гибкой рисбермы экономически не целесообразно, если диаметр камня d>0,3 м.

Следовательно, первые четыре участков выполняются из бетона. Толщина первого - 0,75м, второго - 0,65, третьего - 0,60, четвертого - 0,55. Пятый участок выполняется из камня диаметром 0,3 м, толщиной 0,92 м. Остальные в соответствии с таблицей 9.

Определение глубины ямы размыва. Так как принят укороченный вариант рисбермы, на ее конце устраивается концевое крепление. Оно может представлять собой ковш, склад камня или шпунт. Выбор крепления производится по результатам расчета (см. табл.10).

Таблица 10. Определение глубины ямы размыва

N п/п	Опред. величин	ед. изм.	Яма размыва
			ak1	ak2	ak3	ak4	ak5	ak6	ak7	ak8	ak9	ak10
1	a	м	2	4,3	4,3	10	11	13	15	17	19	23
2	h3=h2+a	м 3/с	10,70	13,00	13,00	18,70	19,70	21,70	23,70	25,70	27,70	31,70
3	k		1,40	1,40	1,40	1,40	1,40	1,40	1,40	1,40	1,40	1,40
4	kв=(1+вкор)k		1,64	1,96	1,96	2,55	2,63	2,76	2,88	2,98	3,07	3,22
5	в=1,5(a/h3)1,5		0,12	0,29	0,29	0,59	0,63	0,70	0,76	0,81	0,85	0,93
6	вкор=kв		0,17	0,40	0,40	0,82	0,88	0,97	1,06	1,13	1,19	1,30
8	Vmax=qp/h3		1,78	1,46	1,46	1,02	0,96	0,88	0,80	0,74	0,69	0,60
9	(Vo)max=k*Vmax		2,91	2,86	2,86	2,59	2,53	2,42	2,31	2,20	2,11	1,93
10	Vh=Vдопh30,1		1,52	1,55	1,81	1,88	1,89	1,90	1,92	1,94	1,95	1,98

По полученным значениям скоростей строим график, приведенный на рис. 13.

Рис. 13. Зависимость V_h, V_omax от a_k

По графику глубина ямы размыва составляет 23 м. В качестве концевого устройства принимается склад камня длиной 38 м и шириной 7 м.

Рис. 14. Склад камня

Проектирование тела водосливной плотины. Профиль водосливной плотины строится в соответствии с рекомендациями в [3] для построения практического профиля (Кригера-Офицерова) водосливной плотины. Значение радиуса сопряжения тела плотины с водобоем принято как:

R=0,8(+H), (3.6)

где - напор над гребнем водослива в случае ФПУ, м;

H=ФПУ-УНБ (3.7)

H= 115,5-104,7=10,8 м.

R=0,8*(5,1+10,8)=12,7 м.

Координаты для построения очертания водосливной стенки приведены в таблице 11.

Таблица 11

x	y	X	Y
0	0,126	0	0,71
0,1	0,036	0,56	0,20
0,2	0,007	1,12	0,04
0,3	0	1,68	0,00
0,4	0,027	2,24	0,15
0,5	0,06	2,8	0,34
0,6	0,027	3,36	0,15
0,7	0,1	3,92	0,56
0,8	0,116	4,48	0,65
0,9	0,198	5,04	1,11
1	0,256	5,6	1,43
1,1	0,321	6,16	1,80
1,2	0,394	6,72	2,21
1,3	0,475	7,28	2,66
1,4	0,564	7,84	3,16
1,5	0,661	8,4	3,70
1,6	0,764	8,96	4,28
1,7	0,873	9,52	4,89
1,8	0,978	10,08	5,48
1,9	1,108	10,64	6,20
2	1,235	11,2	6,92
2,1	1,369	11,76	7,67
2,2	1,508	12,32	8,44
2,3	1,653	12,88	9,26
2,4	1,894	13,44	10,61
2,5	1,96	14	10,98
2,6	2,122	14,56	11,88
2,7	2,289	15,12	12,82
2,8	2,462	15,68	13,79
2,9	2,61	16,24	14,62
3	2,824	16,8	15,81
3,1	3,013	17,36	16,87

Быки, разделяющие водосливной фронт на 3 отверстия, имеют ширину 3,0 м и разрезаны осадочно-деформационными швами. На верху быков со стороны верхнего бьефа на консолях на отметке 118,0 м проходит дорога шириной 8,0 м. Также по быкам уложены подкрановые балки и рельсы, по которым ходит козловый кран для маневрирования эксплуатационными и ремонтными затворами. Со стороны нижнего бьефа быки имеют переменную форму, минимальная высота которых на 1,5 м больше максимального уровня нижнего бьефа.



Приложение 4. Определение габаритов здания ГЭС

Габариты здания ГЭС зависят от диаметра рабочего колеса (турбины).

1. H_р= НПУ-УНБ(Q_агр) (4.1)

где УНБ(Q_агр) - уровень, как функция расхода одного агрегата (Q_агр= 75 м ³/с).

H_р= 114,9-97,7 =17,2 м.

2. (4.2)

где N - мощность одного агрегата, МВт; - КПД агрегата (принимается 0,9); Q_агр-расход одного агрегата, м³/с.

N= 9,81*0,95*75*17,2=12,02 МВт.

По полученному значению мощности агрегата и напора на турбину, выбирается по монограмме на стр. 8 [2] турбина ПЛ 30.

3., (4.3)

где - приведенный расход для заданного типа турбины (из Табл. 1 на стр. 10 в [2] выбираем 1,7 м³/с).

D=(12020/9,81/0,95/1,7/17,2^1,5)^1/2=3,26 м.

Далее выбирается стандартный диаметр колеса из представленных значений на стр. 12 в [2]. Принимается ближайшее большее значение, т.е. D=3,6 м. проектирование гидроэлектростанция плотина строительство

4. Удельный расход воды на входе в спиральную камеру и на выходе из отсасывающей трубы определяется по формуле:

, (4.4)

q=75/10,8=6,94 м²/с.

5. Глубина потока H перед входом в спиральную камеру рассчитывается по формуле:

, (4.5)

где [V] - скорость воды на решетке перед входом в камеру (принимается равной 0,85 м/с).

H=6,94/0,85 = 8,2 м;

6. Отметка расчистки перед входом в спиральную камеру определяется по формуле:

А=УМО-H, (4.6)

где А-отметка расчистки-поверхности подводящего канала.

А=107,0-8,2=98,8 м.

7. Глубина потока в НБ рассчитывается по формуле:

, (4.7)

где q - удельный расход м²/с, [V]- допустимая скорость на выходе из отсасывающей трубы, принимается равной 2,5 м/с.

h₂=6,94/2,5 = 2,8 м.

8. В=УНБ-h₂, (4.8)

где УНБ=f(Q_1агр)= 97,7 м.

В=97,7-2,8 = 94,9 м.

Принимается В=95,0м.

9. Толщина плиты отсасывающей трубы принимается равной 3 м.

П=В-3= 95,0-3=92,0 м (4.9).



Приложение 5. Компоновка гидроузла

Определение положения продольной перемычки. На первом этапе строительства по урезу воды ставится перемычка на отметке 100 м. Определяется площадь поперечного сечения реки по рис. 17 (=370,4 м ²) и рассчитывается скорость в данном сечении:

, (5.1)

где максимальный строительный расход выбирается Q_стр.max = 430 м³/с (см. табл.2).

= 430/370,4= 1,16 м/с.

Так как скорость воды в русле при перекрытии перемычкой I меньше допустимой неразмывающей [V]=1,2 м/с для ПГС., следовательно, перемычка может быть оставлена на данной отметке.

Пропуск расхода II очереди. Пропуск расхода осуществляется через недостроенную водосливную плотину с отметкой временного порога. Схема, используемая в расчетах, представлена на рис. 18.

Рис. 18. Схема пропуска расхода второй очереди

Удельный расход вычисляется по формуле:

=1,4*19,0 = 26,6 м ²/с (5.2)

Ширина водосливного фронта:

, (5.3)

где - строительный расход в период дождевых паводков, м ³/с (см. табл.2).

B = 305/26,6 = 11,5 м,

n = B/b = 0,63.

В приложении 3.2 были приняты следующие размеры водосливного фронта: n=3 - количество отверстий, b=18 м - ширина одного отверстия, общая ширина водосливного фронта составляет 68 м. Для пропуска расхода II очереди принимается 2 отверстия по 18 м.

Далее рассчитывается отметка временного порога Вр. П:

Определяется скорость воды V:

, (5.4)

где z_пер - допустимый перепад при перекрытии русла, м (см. Исходные данные).

V=0,9*(2*9,81*0,6)^1/2 = 3,1 м/с.

Глубина a (см. рис. 18) определяется по формуле:

, (5.5)

где - удельный расход перекрытого русла м ²/с:

, (5.6)

где - строительный расход при перекрытии русла, м ³/с (см. Табл.2).

q_пер = 100/2/18 =2,8 м ²/с.

а = 2,8/3,1= 0,93 м.

Критическая глубина рассчитывается по формуле:

(5.7)

h_кр =(2,8²/9,81)^1/3= 0,9 м.

Так как a>- гидравлический прыжок подтоплен.

ВрП=УНБ-а = 98,1-0,93 = 97,2 (5.8), где

УНБ=f().

УВБ=УНБ+ z_пер (5.9)

УВБ=98,1+0,6=98,7 м.

Отметка перемычки I очереди рассчитывается по формуле:

Пер_I=УВБ+(1-1,5м) (5.10)

Пер_I=98,7+1,3=100 м.

Далее выполняется проверка на пропуск расхода :

,

где - максимальный строительный уровень (см. Табл.2),

n=2-количество отверстий,

b=18 м - ширина одного отверстия.

q_стр.max = 430/18/2 = 11,9 м ²/с,

a =УНБ-ВрП, (5.11)

где УНБ - функция .

a =101,3-97,2=4,1 м.

.

h_кр=(11,9²/9,81)^1/3=2,25 м.

< a, следовательно водослив подтопленный.

Из следующей формулы выражается H:

, (5.12)

где =a=4,1 м.

11,9=0,9*4,1*(2*9,81*(Н-4,1))^1/2.

H = 4,65.

УВБ=ВрП+H (5.13)

УВБ =97,2+4,65 = 101,8 м, примем 101,8.

Пер_II=УВБ+(1-1,5) (5.14)

Пер_II=101,8+1,2=103,0 м.

Определение размеров подводящего и отводящего каналов. Ширина отводящего канала определяется шириной всех бетонных сооружений. Для крепления каналов используется каменная наброска толщиной 0,5 м.

Размеры подводящего канала определяются по формулам:

B=n*b+(n-1)*b_б+ b_устоя+n_гэс*3D, (5.15)

где n=3-количество отверстий,

b=18 м - ширина одного отверстия,

b_б=3 м - ширина быка,

b_устоя=4 м - ширина устоя,

n_гэс=3 - число агрегатов ГЭС,

3D=10,8 м - три диаметр турбины.

B= 3*18+2*3+4+10,8*3=96,4 м.

Глубина подводящего канала:

h_{подв.кан.}=, (5.16)

h_{подв.кан.}3,7 м,

П.к=УВБ- h_{подв.кан} (5.17)

П.к =101,8-3,7=98,1 м.

Размеры отводящего канала определяются аналогично:

О.к=УНБ - h_{отв.кан} (5.18)

О.к= 101,3-3,7=97,6 м.

Список использованной литературы

Чугаев P.P. Гидротехнические сооружения. М.: Агропромиздат, 1985.

Мустафин Х.Ш., Васильев Ю.С. Выбор основного оборудования зданий гидроэлектростанции (Учебное пособие). Куйбышев.: Куйбышевский государственный университет, 1979.

Чугаев P.P. Гидравлика. Учебник для вузов - 4-е изд., доп. и перераб. - Л: Энергоиздат, 1982.

Гиргидов А.Д. Техническая механика жидкости и газа. СПбГТУ, 1999.

Размещено на Allbest.ru