Напорные деривационные водоводы ГЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схемы деривационных водоводов

Деривационные водоводы могут быть выполнены безнапорными или на- порными, в первом случае они трассируются на отметках, близких к уровню верхнего бьефа, колебания которого обычно незначительны, во втором располагаются на более низких отметках, что позволяет значительно увеличить глубину сработки и полезный объем водохранилища.

Типы деривационных водоводов

В качестве безнапорной деривации при относительно ровной и слабопересеченной местности, а также при достаточной устойчивости горных склонов эффективно исполь- - зовать каналы.

Деривационные туннели являются хотя и более дорогими, чем каналы, но более надежными строительными сооружениям. Они долговечнее водоводов, расположенных на поверхности земли, не требуют постоянного наблюдения и частых ремонтов. Колебания температуры в среде, окружающей туннель, происходят в значительно меньших пределах, чем на поверхности, поэтому в туннеле не возникают ледовые затруднения, с которыми неизбежно связана эксплуатация наземных водоводов в суровых климатических условиях.

Туннели могут быть безнапорными или напорными, работающими полным сечением. При наличии значительных колебаний уровня воды в верхнем бьефе высота поперечного сечения безнапорного туннеля становится весьма большой, а размеры поперечного сечения напорного туннеля от этих колебаний не зависят. Напорные туннели предпочтительнее безнапорных и при значительных изменениях нагрузки гидроагрегатов, вызываемых, например, суточным регулированием, поскольку в них быстрее устанавливается требуемый гидравлический режим. Однако, хотя сечение безнапорного туннеля по площади получается больше, чем напорного (для тех же условий), его обделка рассчитывается на небольшое внутреннее давление воды, а потому обычно значительно легче и дешевле, чем напорного. Водоприемные сооружения безнапорных туннелей также всегда проще и дешевле, чем глубинные водоприемники напорных туннелей.

Таким образом, выбор типа подводящего деривационного туннеля представляет собой сложную задачу, которая решается на основе рассмотрения возможных вариантов и их экономического сравнения. Что касается отводящих деривационных туннелей, то они до последнего времени в большинстве случаев выполнялись безнапорными. Лишь в особых условиях (при строительстве ГАЭС с большими подпорами и ГЭС с большими колебаниями нижнего бьефа) вариант с напорной отводящей деривацией оказывается более экономичным.

В сложных топографических и геологических условиях по трассе деривации, когда сооружение канала и туннеля обходится дорого, прибегают к устройству напорных деривационных трубопроводов. Основными материалами для изготовления напорных деривационных трубопроводов служат металл и железобетон.

Деривация может осуществляться в виде водовода одного типа по всей длине (например, канала или туннеля) или смешанного типа с включением в ее состав различных водоводов: каналов, туннелей, трубопроводов, в том числе с чередованием напорных и безнапорных участков.

Общие требования к деривационным водоводам. В целях эффективного использования энергии водотока деривационные водоводы должны обеспечивать пропуск расходов воды с минимальными потерями при всех эксплуатационных режимах работы ГЭС. В тех случаях, когда деривация гидроэлектростанции используется в качестве водоподводящих сооружений мелиоративных систем или в качестве судоходного пути, она должна обеспечивать также соблюдение требований этих водопользователей.

Деривационные водоводы должны отвечать требованиям, предъявляемым к основным гидротехническим сооружениям соответствующего класса и устанавливаемым действующими строительными нормами и правилами.

Схемы напорных водоводов (трубопроводов, туннелей)

И для сравнения схема деривационной станции ГЭС с безнапорным водоводом.

Формы поперечного сечения туннелей

Форма поперечного сечения деривационного туннеля выбирается в зависимости от гидравлического режима его работы, инженерно-геологических условий по трассе, статической работы несущей обделки туннеля, способа проходки «и применяемого проходческого оборудования .

Напорные туннели, как правило, бывают кругового очертания (рис. 1,а), поскольку эта форма поперечного сечения позволяет успешно применять механизированный способ проходки и бетонирования туннелей, требует минимального объема выломки породы и бетонной кладки. Туннели кругового очертания характеризуются также наилучшими гидравлическими показателями. В отношении статических условий работы они имеют преимущества, так как внутреннее давление воды хорошо воспринимается несущей обделкой в виде кольца.

Однако практика эксплуатации напорных гидротехнических туннелей показывает, что когда на обделку одновременно действуют напор и горное давление, могут быть целесообразными туннели овального очертания с горизонтальными прямолинейными вставками, как это сделано, в частности, на Храмской ГЭС-1 (рис. 1,6).

Рис. 1. Формы поперечных сечений деривационных туннелей

Обделки туннелей. В большинстве случаев деривационные туннели имеют обделку, необходимость устройства и назначение которой определяются характером окружающей породы. В прочных и устойчивых породах устраиваются так называемые выравнивающие обделки, уменьшающие шероховатость внутренней поверхности туннеля, а при наличии трещин в прочных породах обеспечивающие водонепроницаемость. Для восприятия нагрузок, а также для удовлетворения требований, предъявляемых к выравнивающим обделкам, устраиваются так называемые несущие обделки. Различные типы обделок напорных туннелей даны на рис.2.

Рис. 2. Типы несущих обделок напорных деривационных туннелей:

I-- монолитная бетонная; II -- монолитная железобетонная; III--двухслойная монолитная; IV -- сборная железобетонная;. V, VI -- комбинированные; 1 -- скважины для укрепительной цементации; 2 *трубы для заполнительной цементации; 3 -- круговая арматура; 4 -- распределительная арматура; 5 -- монолитный бетон; 6-- торкрет; 7 -- засыпка гравием; 8 -- дренажная труба; 9-- цементный раствор; 10-- бетонные блоки; И--штампованные стальные плиты с фланцами; 12--обжимная спираль

деривационный водовод туннель трубопровод

Выбор трассы туннелей. При выборе трассы деривационного туннеля следует стремиться к наиболее короткому ее варианту, в простейшем случае -- к соединению сооружений головного и станционного узлов по прямой. Однако по инженерно-геологическим и топографическим условиям, а также по условиям организации строительных работ часто приходится отступать от этого требования. В общем случае трасса деривационного туннеля представляет собой ломаную линию, отдельные прямолинейные участки которой соединяются плавлыми кривыми. Радиусы закруглений обычно принимаются не менее пятикратной ширины туннеля, а углы поворота -- не более 60°.

Оборудование туннелей. Деривационные туннели должны иметь устройства, обеспечивающие возможность прекращения доступа воды в туннель при опорожнении его для периодического осмотра и ремонта в соответствии с принятой схемой эксплуатации сооружений станции. Кроме того, в безнапорных туннелях большой длины, в которых возможно возникновение значительного волнового движения, необходимо предусматривать вентиляционные трубы для впуска воздуха в туннель и выпуска из него. Такие же трубы для создания нормальных условий наполнения и опорожнения должны быть предусмотрены в напорных туннелях.

Стальные трубопроводы. Стальные деривационные трубопроводы вследствие их относительно высокой стоимости и сложности монтажа оказываются экономически приемлемыми при небольших диаметрах и небольшой длине. Стальные трубопроводы могут также составлять часть деривации с особо высокими напорами, например, при пересечении глубоких долин, ущелий и т. п. Конструкции стальных деривационных трубопроводов аналогичны конструкциям стальных турбинных трубопроводов.

Железобетонные трубопроводы. При небольших диаметрах (до 4 м) и относительно высоких напорах в практике гидроэнергетического строительства иногда применяются сборные железобетонные трубопроводы, выполняемые из отдельных звеньев в виде колец или кольцевых сегментов, объединяемых в целое кольцо в процессе сборки. При больших диаметрах (5--7 м) и невысоком внутреннем давлении чаще используются монолитные армированные конструкции.

Недостатками железобетонных трубопроводов являются их большая масса и значительные продольные температурные деформации, Для уменьшения массы трубопроводов, особенно сборных, широко применяются предварительно напряженные конструкции, а для уменьшения воздействия внешней температуры железобетонные трубопроводы выполняются, как правило, засыпными. В трубопроводах из сборных элементов большую слож-

ность представляет обеспечение водонепроницаемости швов.

Монолитные железобетонные трубопроводы, рассчитанные на работу при значительных напорах, также имеют круговое сечение.

Выбор трассы деривационного трубопровода. Трасса и продольный профиль деривационного трубопровода должны быть выбраны так, чтобы при любом режиме работы гидроагрегатов на всей длине трубопровода не было участков с внутренним давлением ниже атмосферного. На криволинейных участках ось трубопровода должна быть расположена в одной плоскости. Радиусы оси криволинейных участков трубопровода в зависимости от его размеров должны быть не менее 50--100 D (D -- диаметр трубопровода). При пересечении трассы трубопровода с железными и автомобильними дорогами нагрузки от них не должны передаваться на трубопровод.

Сооружения на деривационных трубопроводах. По всей трассе деривационного трубопровода независимо от материала, из которого он выполнен, должен быть обеспечен отвод за пределы сооружения фильтрационных и поверхностных вод, а также отвод аварийного расхода в случае разрыва трубопровода. В сейсмических районах (7 баллов и выше) перед деривационным трубопроводом должен устанавливаться аварийный затвор с автоматическим закрытием.

За затворами, а также в повышенных точках трассы трубопровода должны быть предусмотрены воздухоподводящие трубы и клапаны для впуска или выпуска воздуха при опорожнении или наполнении трубопровода. В пониженных точках трассы трубопровода должны .устанавливаться патрубки с задвижками для выпуска воды и осевших наносов и устройства для их отвода от трассы трубопровода. Для наполнения трубопровода водой должна быть предусмотрена специальная труба. Для внутренних периодических осмотров и ремонта трубопроводов должны устраиваться лазы, располагаемые не более чем через 1000 м.

Расчет стальных конструкций по методу предельных состояний сводится к рассмотрению двух групп предельных состояний: первой - по потере несущей способности или не пригодности к эксплуатации, второй - по непригодности к эксплуатации. Предельное состояние первой группы может быть выражено :

Состояние второй группы:

Использованная литература

А.Р. Фрешист «Стальные трубопроводы гидроэлектростанций»

В.Я. Карелин, М.Ф. Губин «Гидроэлектростанции»

Размещено на Allbest.ru