4.2 Водосбросные сооружения

Для сброса паводковых вод, льда и плавающих тел при плотинах устраивают водосбросы.

При выборе водопропускных сооружений следует руководствоваться следующим:

• при расходах до 4–5 м³/с сброс паводков целесообразно производить донным водоспуском;

• при паводковых расходах более 4–5 м³/с целесообразно устройство самостоятельных водосбросных сооружений или открытых водоспусков.

Расчёт водосливной части плотины малых водохранилищ производится для условий пропуска наибольших расходов воды 5% – ной обеспеченности Q_max5%. Сбрасываемый через водослив расход определяется по формуле:

Q_в = Q_max5%, (32)

При этом величину удельного расхода q через водослив, т. е. расход воды приходящегося на 1 погонный метр длины водослива, следует принять в пределах 5–20 м²/с. рабочая ширина водослива определяется по формуле:

(33)

Напор на водосливе Н вычисляется по формуле:

(34)

где т – коэффициент расхода водослива.

Суммарная геометрическая ширина водослива равна:

b = kb₁ = b_c + 0,1nH, (35)

где k – число пролётов водослива; b₁ – геометрическая ширина каждого пролёта;  – коэффициент, учитывающий уменьшение ширины потока при боковом сжатии, принимаемый в пределах 0,4–1,0; п – число отдельных сжатий потока.

Энергия падающей воды может привести к разрыву русла и разрушению плотины, поэтому следует укрепить русло и в случае необходимости предусмотреть устройство гасителей энергии в виде водобойных стенок или водобойного колодца, исходя из полного затопления прыжка.

В низконапорных станциях иногда бывает необходимо получить отогнанный прыжок, чтобы обеспечить напор станции во время паводка.

По окончании паводка или незадолго до этого водослив перекрывается щитами, что обеспечивает накопление и сохранение воды в водохранилище.

Возможная (по водотоку) выработка энергии гидростанцией должна быть определена при выбранном для станции оборудовании для года 50 % и 75 % обеспеченности. Расчёт выработки ведётся помесячно, при этом учитываются напор, расход и КПД агрегата на данном режиме (напоре). Исходные данные и рассчитываемые величины сводятся в таблицу по следующей форме:

Рассчитываемые величины

месяцы

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Отметка верхнего бьефа

Отметка нижнего бьефа

Напор в м

Сток реки в м3

Мощность агрегата в кВт

КПД агрегата

Расход через турбину в м3/с

Число агрегаточасов

Сток через турбины в м3

Потери воды в м3

Наполнение водохранилища в м3

Сработка водохранилища в м3

Выработка электроэнергии в кВт/ч

Скорость вращения вала турбины должна поддерживаться постоянной, т. к. в современных гидроустановках турбина всегда работает на синхронный генератор электрического тока.

Для поддержания постоянным числа оборотов турбины служит автоматический регулятор скорости, который при изменении нагрузки генератора меняет расход воды через турбину, приводя её мощность к мощности генератора. Подбор регулятора ведётся по величине необходимой работоспособности, вычисляемой по эмпирическим формулам, например:

(36)

где А – работоспособность регулятора в кгм; N – мощность турбины в кВт; Н – напор в м; К – числовой коэффициент, равный для турбин ВО, ГО, ГФ – 23, а для турбин ГМ – 14.

По работоспособности выбирается марка регулятора из соответствующих таблиц. Для облегчения подбора регуляторов скорости можно пользоваться номограммами, построенными в тех же координатах, что и номограммы для выбора турбин.

При выполнении курсового проекта ГЭС выбор турбин производится по номенклатуре турбин, тип и размеры которых нормализованы. Поэтому вести расчёт размеров турбин нет необходимости. Однако некоторые размеры установки, такие как высота всасывания, могут быть выбраны в определённых пределах и подлежат поэтому проверочному расчёту.

Высота всасывания определяется условиями кавитации. Для расчёта высоты всасывания по таблицам или по графикам находится критический коэффициент _к. коэффициент кавитации установки, по которому вычисляется высота всасывания, берётся с некоторым запасом, равным 1,03–1,1 критического коэффициента.

После вычисления высоты всасывания следует проверить величину потерь энергии на выходе из всасывающей трубы. Для этого вначале находится величина выходного сечения трубы по углу конусности и длине. Угол конусности выбирается по кривым или таблицам в зависимости от отношения (L – длина трубы, D – диаметр выходного сечения).

После этого вычисляется скорость выхода из трубы по расчётному расходу и площади сечения. Затем находится кинетическая энергия выхода, которая не должна превышать (1–2 %) от напора станции.

Для выявления режимов работы турбины в различных эксплуатационных условиях, а именно: при изменяющихся напоре и мощности должна быть составлена эксплуатационная характеристика турбины. Такая характеристика составляется на основе универсальной применительно к турбине и условия эксплуатации данной ГЭС.

Характеристика строится в координатах N, Н. На графиках наносятся линии равных КПД и расходов. При этом величины напора выбираются в пределах тех значений, которые были найдены ранее при определении колебания напоров на гидростанции.

Использованная литература

1. http://www.inset.ru/ - «МНТО ИНСЭТ». Проектирование, серийное изготовление и монтаж мини-ГЭС и микро ГЭС.

2. Асарин, А.Е. Водноэнергетические расчеты /А.Е. Асарин, К.Н. Бестужева. - М.: Энергоатомиздат, 1986.- 224 с.

3. Бляшко Я.И., Елистратов В.В., Кубышкин Л.И., Кудряшева И.Г. и др. Гидроэлектростанции малой мощности. /Под ред. В.В. Елистратова - СПб: Изд-во Политехнического университета, 2007 -420 с. ISBN 5-7422-1047-7 http://www.books.ru/books/gidroelektrostantsii-maloi-shchnosti400465/

4. ГОСТ Р 51238-98 нетрадиционная энергетика гидроэнергетика малая. термины и определения. http://www.complexdoc.ru/text/%D0%93% %2051238-98

5. Железняков, Г.В. Гидротехнические сооружения [Текст]: справочник проектировщика/ Под общ. ред. В.П. Недриги. –М.: Стройиздат, 1983. – 543 с.

6. Малая гидроэнергетика /Под ред. Л.П. Михайлова. -М.: Энергоатомиздат, 1989.- 184 с.

7. Малинин, Н.К. Теоретические основы гидроэнергетики /Н.К. Малинин. -М.: Энергоатомиздат, 1985.-312 с.

8. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 448 с.

9. Сидоров, А.А. Справочник по гидротехнике [Текст]/ А.А. Сидоров, Е.В. Близняк, Л.В. Олешкевич и др. – М.: Гос. Изд. Лит-ры по строит. и арх., 1955. – 828 с.

10. СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик.

11. СП 58.13339.2012. Актуализированная редакция СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения

12. СТО 17330282.27.140.011-2008 Гидроэлектростанции. Условия создания. Нормы и требования doc-load.ru/SNiP/Data1/54/54044/index.htm

13. Строительные нормы и правила. Определение расчетных гидрологических характеристик (СНиП 2.01.14 - 83). - М.: ЦИТП Госстроя СССР,1983. - 97с.

Приложения 1. Ординаты кривых обеспеченности трехпараметрического гамма-распределения при С_S = 2C_V

Приложение 2. Распределение среднемесячного стока на реках с весенним половодьем (сток в долях от среднего годового)

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
реки Восточного Урала
доля стока	0,17	0,16	0,17	0,20	4,10	2,60	1,20	0,73	0,56	0,49	0,38	0,23
реки Казахстанского типа
доля стока	0,07	0,07	0,07	1,90	7,10	1,30	0,33	0,31	0,24	0.20	0.20	0,12

Приложение 3. Гидросиловое оборудование фирмы МНТО ИНСЭТ

Номенклатура гидроагрегатов МНТО ИНСЭТ

Научно-техническое объединение “ИНСЭТ” предлагает следующее оборудование:

1. Гидроагрегаты для микро-ГЭС

с пропеллерным рабочим колесом

- мощностью до 5 кВт (МГЭС-10Пр) на напор 2,0- 4,5 м и расход 0,07÷0,14 м³/с;

- мощностью до 10 кВт (МГЭС-10Пр) на напор 4,5-10,0 м и расход 0,10÷0,21 м³/с;

- мощностью до 15 кВт (МГЭС-15Пр) на напор 4,5-12,0 м и расход 0,10÷0,3 м³/с;

- мощностью до 50 кВт (МГЭС- 50Пр) на напор 2,0-10,0 м и расход 0,30÷0,90 м³/с;

- мощностью до 100 кВт (МГЭС-100Пр) на напор 6,0-18,0 м и расход 0,50÷1,20 м³/с;

с диагональным рабочим колесом

- мощностью 20 кВт (МГЭС- 20ПрД) на напор 8-18 м и расход 0,08÷0,17 м³/с;

с ковшовым рабочим колесом

- мощностью до 100 кВт (МГЭС-100К) на напор 40-250 м и расход 0,015÷0,060 м³/с;

- мощностью до 180 кВт (МГЭС-200К) на напор 40-250 м и расход 0,025÷0,100 м³/с;

2. Гидроагрегаты для малых ГЭС

- гидроагрегаты с осевыми турбинами (ГА-1, ГА-8, ГА-8М, ГА-14, Пр-15, Пр-30) мощностью до 1800 кВт;

- гидроагрегаты с радиально-осевыми турбинами (ГА-2, ГА-4, ГА-9, ГА-11) мощностью до 5600 кВт;

- гидроагрегаты с ковшовыми турбинами (ГА-5, ГА-10, ГА-10М, 200К) мощностью до 5200 кВт.

Основные технические характеристики микро-ГЭС

Микро-ГЭС с пропеллерными турбинами

Параметры	Тип микро-ГЭС
	Микро-ГЭС 10Пр		Микро-ГЭС 15Пр	Микро-ГЭС 50Пр		Микро-ГЭС 100Пр
Мощность,кВт	0,6-4,0	2,2-10,0	3,5-15,0	10,0-30,0	10,0-50,0	40,0-100,0
Напор,м	2,0-4,5	4,5-10,0	4,5-12,0	2,0-6,0	4,0-10,0	6,0-18,0
Расход,м3/с	0,07-0,14	0,10-0,21	0,10-0,30	0,3-0,8	0,4-0,9	0,5-1,2
Частота вращения, мин-1	1000	1500	1500	600	750	1000
Номинальное напряжение, В	230		400	230, 400		230, 400
Номинальная частота тока, Гц	50		50	50		50

Гидроагрегаты с пропеллерными турбинами

Параметры	Тип гидроагрегата
	ГА1	ГА8	ГА14	Пр15	Пр30
Мощность,кВт	100-330	150-1800	20-300	до 130,0	до 200,0
Напор,м	3,5-9,0	6,0-22,0	2,0-7,2	2,0-12,0	4,0-18,0
Расход,м3/с	2,3-6,2	2,5-11,0	2,5-5,75	0,44-1,5	0,38-1,3
Частота вращения ротора турбины, мин-1	200-360	300-600	250-375	600; 750; 1000	750; 1000; 1500
Номинальное напряжение,В	400	400; 6000; 10000	400	230/400	230/400
Номинальная частота тока, Гц	50	50	50	50	50

Микро-ГЭС с диагональной и ковшовой турбинами

Параметры	Тип микро-ГЭС
	Микро-ГЭС 20ПрД	Микро-ГЭС 100К	Микро-ГЭС 200К
Мощность,кВт	10 - 20	до 100	до 180
Напор,м	8-18	40-250
Расход,м3/с	0,08-0,17	0,015-0,060	0,015-0,100
Частота вращения, мин-1	1500	600; 750; 1000; 1500
Номинальное напряжение, В	230,400	230, 400
Номинальная частота тока, Гц	50	50

Комплектность поставки и массо-габаритные характеристикимикро-ГЭС с пропеллерными турбинами.

№ п/п	Наименование	Габариты в упаковке, мм	Масса в упаковке, кг
1.	Микро-ГЭС 10Пр
1.1.	Энергоблок в составе турбины и генератора	2000 х700 х650	250
1.2.	Устройство автоматического регулирования УАР-10	640 х370 х1050	70
1.3.	Балластное устройство	300 х1060 х1120	80
1.4.	Водозаборное устройство(при необходимости)	1000x750x600	50
2.	Микро-ГЭС 50Пр
2.1.	Энергоблок в составе турбины и генератора	3970х1000х740	1600
2.2.	Устройство автоматического регулирования (УАР-50М)	645х630х1470	200
2.3.	Блок балластной нагрузки (2шт):	300х1060х1260	170

Комплектность поставки и массовые характеристики гидроагрегатов для малых ГЭС

№ п/п	Наименование	Масса, кг
		ГА-1	ГА-8	ГА-14
1	Гидротурбина с пропеллерным рабочим колесом	3980	7000	4720
2	Гидротурбина с радиально-осевым рабочим колесом
3	Гидротурбина с ковшовым рабочим колесом
4	Мультипликатор	1430		150-800
5	Противоразгонное устройство	1920	1920
6	Генератор в зависимости от мощности	1320-2600	2600-3400	290-1230
7	Система автоматического управления (САУ)	200	200	200
8	Затвор		2800	2800

Универсальная характеристика низконапорного агрегата микро-ГЭС

(Из отчета Елистратова)