книги из ГПНТБ / Попов, В. Л. Проектирование подземных сооружений в системе деривационных ГЭС учеб. пособие

n o -

Выбор оптимальной глубины сработки водохранилища про­ изводятся с учетом степени регулирования речного стока, ве-<- ллчнны установленной мощности гидроэлектростанции, годовой выработки. электроэнергии и других параметров. Кроме влияния за энергетические показатели, глубина сработки водохранилища сказывается на компоновке, объемах гидротехнических сооруже­ ний и их стоимости. С увеличением сработки водохранилища в

деривационных схемах необходимо Понижать трассу напорных туннелей и делать более высокими уравнительные резервуары.

Влиявие глубины сработки водохранилища на энергетические характеристики гидроэлектростанции и стоимость сооружений ставит задачу об определении оптимального УШ, при котором достигается максимальный энергетический эффект в энергоси­ стеме от проектируемой гидроэлектростанции. Наиболее простым критерием полезности для определения оптимальной глубины сра­ ботки является максиму[л выработки электроэнергии на проекти­ руемой. гидроэлектростанции

Решение этого функционма классическими методами вариаци­ онного исчисления не получило распространения .из-за невозмож­ ности учета всех действующих факторов. Для решения задач та­ кого типа применяют метод динамического программирования.

Поскольку гидроэлектростанции работают в энергосистемах совместно с тепловыми и другими электростанциями, то более сопки условием для установления оптимальной глубины сработки

рые в той или иной мере затрагивают режим работы водохрани­

I ll -

В этом случае годовой сток рассматривается как случайная величина. Между соседними годовыми стоками в ряделет для боль-,

при необходимой годовой отдаче воды из зарегулированного водот хранилища W.,opt,r • В процессе, вычислений для заданного рабо­

и4. Плотиннги дамбы

Пл о т и н а м и называют водоподпорные сооружения, пе­

, мель от временного или постоянного затопления.

Плотины представляют собой стены, выполненные пз земли, камня, бетона или железобетона, а также пз нескольких материа­ лов. В соответствии с этим они называются земляными, каменными, бетонными, железобетонными, комбинированным^ из нескольких ма­ териалов.). По принципу силовой работы плотинП делятся на граии-

°тационные, контрфорсные и арочные. Гравитационные плотины ха­ рактеризуются тем, что действию горизонтально сдвигающих сил (бокового давления воды, льда- и пр.) они сопротивляются глав­ ным образом силами трения между плотиной и основанием, кото­

- 1 12 -

рые пропорциональны весу плотины. Идея контрфорсных плотин состоит в том, чтобы облегчить гравитационную бетонную пло­ тину за счет наклона напорной грани и максимально уменьшить фильтрационное противодавление в основании. Арочным.!! называ­ ются криволинейные плотины, работающие как арка и преиму-. изственно пли полностью передающие горизонтальную нагрузку от воды и других воздействий берегам.

Плотина прерывает движение речного потока, вследствие чего вода накал щшается в верхнем бьефе и уровень его подни­ мается. Для предотвращенiui перелива воды через плотину устра­ ивают в теле плотины отверстия для пропуска воды или направля­ ют воду за пределы верхнего бьефа в деривацию. Если плотина имеет отверстия для пропуска воды, она называется водосброс­ ной, если отверстий нет - глухой.

Отверстия в плотинах и в деривациях закрываются затворами, которые могут открывать отверстия полностью или частично в, за­ висимости от необходимости выпуска из верхнего бьефа того или иного расхода воды. Наличие отверстий в плотине или деривации позволяет регулировать сток реки, т .е . изменять.расходы воды, пропускаемые через отверстия, по сравнению с расходами, посту­ пающими сверху по течению реки в верхний бьеф.

Основание плотины и берега, склоны, к которым плотина примыкает, сложены обычно из горных пород, так или иначе про­ ницаемых для воды. Наличие напора создает движение подземных вод из верхнего бьефа в нижний в порах и трещинах основания

•плотины и в берегах и склонах. Это движение называют фильтра­ цией воды (рис. 27).

Фильтрация воды под плотиной вызывает следующие вредные явления:

1) происходит потеря (утечки) воды из верхнего бьефа в нижний;

2 ) фильтрующаяся вода оказьйвает гидростатическое давление на подошву плотины, направленное снизу вверх, называемое фильтрационным давлением;

-и з

3)в несвязных породах (песках, супесях и т .ц .) фильтрую­

щаяся вода увлекает и выносит мелкие частицы, что приводит К' ослаблению и оседанию плотины; этот процесс носит название механической суффозии;

4) химическое растворение солей, --имеющихся в породах, и как следствие ослабление оснований плотины; это лпленне на­ зывается химической суффозией;

5) при выходе в нижний бьеф струйки фильтрующейся воды движутся вверх, производя давление на частицы пород; это лвле ние называется выпором пород.

Рис. 27. Схема действия основных сил на плотине и фильтрации воды в основании

Основные, меры по борьбе с фильтрацией воды заключаются главным образом в удлинении путей фильтрации, в результате чего уменьшаются скорости фильтрации, а с нами и опасность суффозии иди*выпора. Ото удлинение выполняется путем укладки со стороны верхнего бьефа водонепроницаемого слоя пли плиты, называемой понуром, и, кроме того, устройством одной или нескольких вертикальных водонепроницаемых преград (стенок),

-114 -

обычно выполняемых из деревянных, металлических или железо­ бетонных шп.унтин и называемых шпунтовыми стенками или зубьями.

Аналогично описанному совершается процесс фильтрации и в берегах русла. Здесь также могут происходить явления суф­ фозии и оползания берегов в ншкнем бьефе.

Плотины или другие водоподпорные сооружения испытывают на себе главную нагрузку - гидростатическое давление воды - и некоторые второстепенные нагрузки: динамическое, волновое, фильтрационное давления воды; статическое и динамическое давления льда; давление наносов, отложившихся в верхнем бье­ фе; давление ветра; давление снега; тяговые усилия, создава­ емые подъемными и транспортными механизмами; судовые шварто­

ну нплнего бьефа. Этому сопротивляется сила трения и сцепле­

зующпй сопротивление сдвигу по контакту плотины и основания.

Для обеспечения этого условия необходимо придавать пло­ тине значительный вес пли применять специальные меры для по­ вышения сопротивляемости сдвигу.

Кроме обеспечения устойчивости плотины протга сднига1 не­ обходимо, чтобы породное осполянпе безопасно восприняло на­

грузку от плотины. Эта нагрузка вызывает в основании плотины напряжения, а с ними и деформации его. Для безопасности пло­ тины необходимо, чтобы эти напряжения не превысили предала прочности пород в основании и деформации основания были бы в допустимых пределах.

5. Водоприемники

Водоприемники служат дли забора воды ио источника пи­ тания (реки1, водохранилища). Водоприемники должны обеспечи­ вать пропуск волы с мал]л.’.н потерями в заданном количестве, надлежащего качества и в соответствии с графиком недопотреб­ ления, возможность прекращения поступления водь при аварии, осмотре или ремонте водоводов, других сооружений и турбинно­

го оборудования.

Водоприемники делятся на два основных типа: напорные

(глубинные), располагающиеся ниже минимального уровня воды в верхнем бьефе, и безнапорные (поверхностные), в пределах которых поток имеет свободную поверхность.

Напорные водоприемники находят применение обычно в усло­ виях существенных изменений уровней воды от ИЛУ до уровня сработки водохранилища. Глубина заложения водоприемников ко­ леблется от нескольких метров до 100 м нике ШТУ. В схемах гидроэлектростанций с регулируемыми водохранилищами напорные водоприемники применяются в сочетании с напорными гидротех­ ническими туннелями.

Напорные водоприемники можно разбить на три характерны:: типа: плотинные, береговые л башенные. Плотинные водоприем­ ники размешаются в теле плотины или примыкают к ее напорной грани.

Береговые водоприемники (рис.28, а) представляют собой примыкающую к береговому откосу железобетонную конструкцию»

вкоторой размещается .все оборудование.. -

Вряде случаев, например 'при больших колебаниях уровня воды , применяются береговые водоприемники с шахтами или -под­ земными помещениями для затворов (рис. 28, б ,в ). На берего­

' - 116 -

вом откосе при такой конструкции водоприемника устраивается только входной конфузорный. участок. Затвори размешаются в . шахте и л и в специальной подземной камере.

Когда устройство берегового водоприемника из-за неблаго­ приятных топографических и горно-геологических условий сопря­ жено с большими объемами работ, применяют башенный водоприем­ ник (рис. 28,г ) , представляющий собой отдельно стоящую башню с водоприемными отверстиями, расположенными по всему пери­

метру или на его части. Напорные водоприемники оборудуются сороудерживающими решетками, ремонтными и аварийно-ремонт­ ными затворами, подъемно-транспортными и решетчато-очисти­ тельными механизмами, а также аэрационными и обводными тру­ бами* (байпасами).

Сороудердашающие решетки служат для защиты и обеспече­ ния условий эксплуатации затворов. Очистка решеток должна проводиться, . как правило, специальными решетчато-очисти­ тельными механизмами. Затворы представляют собой подвижные конструкции, которыми можно перекрывать и частично или пол­ ностью открывать водопропускные отверстия гидротехнических сооружений. Затворы имеют закладные части -• неподвижные кон­ струкции, заделанные в тело сооружения и обеспечивающие пра­ вильное перемещение затворои и водонепроницаемость по кон­ такту.

Аварийно-ремонтные затворы служат для быстрого перекры­ тия водовода при его разрыве, поэтому они должны быть быстро­ действующими с дистанционным и местным автоматическим управ­ лением. Ремонтные затворы располагаются перед аварийно-ремонт-

устанавливаются подъемно-транспортные механизмы. Выбор типов подъемных механизмов и их количества производится на основа­ нии сравнения вариантов. При этом во всех случаях должна обеспечиваться безаварийность работы водоприемника и эффектив­ ная очистка решеток.

, Аэрационные 'трубы служат для подачи воздуха в напорные водоводы при их опорожнении или приаварийном закрытии затво­ ров с.целью исключения образования в них.-недопустимого ваку­

или пэ специф1ьних^помещений. Заполнение опорожненных водово­ дов через байпасы позволяет уравнять давление воды с

- д а -

Безнапорные водоприемники (рис. 30) применяются, как правило, на гидроэлектростанциях, водохранилища которых не осуществляют длительного регулирования речного стока при не­ значительных изменениях уровней их.верхних бьефов во время работы гидроэлектростанции. Такие водоприемники преобладают

бьефе, начинается отложение донных наносов. После заполнения верх­ него бьефа донные наносы начинают поступать в нижний бьеф. Эти явления необходимо предвидеть при проектировании безнапорного водоприемника. Поэтому при выборе места расположения безнапор­ ного водоприемника основной задачей является обеспечение защи­ ты его от поступления в него донных наносов и шути.

приемников представляет водоприемник с глухим порогом (р и с.3 0). Порог устраивается для задержания донных наносов перед входом в водоприемник. Осевшие наносы удадпются через промывные отвер­ стия в плотине. Некоторое усиление смыва наносов из простран­

ства перед порогом дает устройство промывного кармана п гравиеловкн.Условия борьбы с донныш; наносами существенно улучшаются, если перед водоприемниками в потоке возникает поперечная цир­ куляция воды, создаваемая особым расположением водоприемников на вогнутых берегах или специальными струенаправляюшими щита­ ми и дамбами.

Широкое распространение имеют боковые поверхностные водо­ приемники. с донными промывными или наносоперехватывакшшми га­ лереями, увеличивающими эффективность промывки пространства перед порогом водоприемника.