2.3 Верхня будова гідроелектростанції.

2.3.1 Машинна зала

В машинній залі гідроелектростанції розміщені верхні частини гідрогенераторів, електричне та допоміжне устаткування, вантажпідємні крани. В залежності від кліматичних умов, кількості агрегатів ГЕС, маашзали можуть бути закритого, напіввідкритого і відкритого типів.

Несівний каркас машинного залу складається із системи колон, на які обпираються ферми покриття і підкранові балки. Конструктивні несівні елементи каркасу можуть бути залізобетонні – збірні або монолітні, чи металеві. Стінова огорожа виконується із цегли, склоблоків чи бетонних стінових панелей. Покриття виконується збірними залізобетонними плитами.

Для крана вантажпідємністю 100/20 т прийняті залізобетонні суцільні колони із розмірами перерізу в плані 1200600 мм.

Крок колон 5,50 м. В місцях деформаційних швів встановлюються спарені колони.

Підкранові балки – залізобетонні, переріз балок – прямокутний, висота перерізу 800 мм.

Несівними конструкціями покриття слугуватимуть залізобетонні балки, ферми, арки, металеві ферми. На несівни конструкції покриття укладаються залізобетонні плити покриття. Геометричні розміри несівних конструкцій покриття приймаються із довідників, наприклад .

По плитах покриття улаштовується тепла рулонна покрівля.

Розміри машинної зали визначаються найбільш великими габаритами вузлів агрегату (ротором генератора або робочим колесом турбіни) під час їх переносу на монтажну площадку, а також габаритами основного крана. При використанні підвісних генераторів ротор переносять з валом, а при парасольчатих – без вала.

Для визначення габаритів машзалу необхідно в маштабі зробити схему переносу ротора і виявити ширину монтажної зони М, яка охоплює кратер генератора. Для схеми переносу ротора з валом (для підвісного генератора) ширина машинної зали дорівнює:

В_МЗ= М + П +b= 8,20 + 1,5 + 0,5 = 10,2 м, (64)

де П – ширина експлуатаційного проходу, П = 1,5-2,0 м;

b– відстань між ротором, що переноситься, та колонами чи обладнанням машинної зали,b= 0,5-1,0м.

Ширина машинної зали узгоджується із стандартним прольотом крана і остаточно приймається з урахуванням його габариту та мертвихзон гаків.

Висота машинної зали Н_МЗзалежить від схеми переносу устаткування до монтажної площадки і визначається підкрановим габаритом ПГ, конструктивною висотою крана(h + h_t) і запасом С₁= (0,1-0,2)м і визначається за формулою:

Н_МЗ= ПГ + (h+h_t) + С₁= 6,80 + (4,0 +1,7) + 0,2 = 12,7 м. (65)

Підкрановий габарит залежить від схеми переносу ротора генератора.

Для підвісних генераторів (ротор переноситься з валом):

ПГ = h_Г+ С +h_Н+l_a+h_В+h_М=

= 0,5 + 0,3 + 1,5 + 1,2 + 1,5 + 1,8 = 6,80 м; (66)

де С – висота вертикального запасу, С = 0,2-0,3 м;

h_Г– висота елементів конструкції генератора над підлогою машзалу;

h_Н– довжина виступаючої нижньої частини вала;

l_a– довжина активної сталі генератора (висота ротора);

h_В– висота виступаючої верхньої частини вала;

h_М– монтажна висота стропуючого пристрою,h_М= 1-1,5 м.

У випадку застосування двох спарених кранів ротор переноситься спеціальною траверсою і h_М= 2-3 м, а висотаh_Вне враховується, через те, що верхня частина вала заводиться крізь отвір траверси і розташовується поміж кранів.

Для відомого значення підкранового габариту ПГ відмітка гака крана у найвищому положенні дорівнює:

 ГК =  МЗ + ПГ = 210,4 + 6,80 = 217,20 м, (67)

де  МЗ – відмітка підлоги машинної зали визначається за формулою:

для турбін ПЛ:  МЗ = Т +h₁+b₀+h_КТ+h_Ш+ Н_Г=

= 200,5 + 0,76 + 1,48 + 0,9 + 2,4 + 4,36 = 210,40 м, (68)

де  Т – відмітка осі робочого колеса турбіни;

h₁,b₀,h_КТ– розміри елементів турбіни;

h_Ш– висота турбінної шахти;

Н_Г- загальна висота конструкцій генератора від шахти до підлоги машинної зали.

Розміри і місце розташування мостових переходів автомобільних і залізничнодорожних шляхів визначаються в залежності від призначення і загальної компоновки споруд гідровузла. Шляхопроводи та інші надбудови приймаються згідно аналогів. Ширина шляхопроводів змінюється за рахунок розміру консолі l_К.

Для обслуговування водосприймача і затворів з боку нижнього бєфа обираються, як за правило, козлові крани. Їх розміри визначаються виходячи із розмірів із розмірів затворів і їх розташування.

Розміри площадки під трансформатори визначаються розмірами трансформаторів.

Остаточно довжина блока будівлі ГЕС може уточнюватись за умовами міцності і стійкості розрахункової схеми будівлі.

Висота блока будівлі ГЕС Н_БЛпредставляє висоту від підошви фундаментної плитиПФП до підлоги машинної залиМЗ або до верху будівельних конструкцій з боку нижнього бєфаВБК, якщоВБКМЗ, тобто

Н_БЛ=МЗ - ПФП = 210,40 – 190,00 = 20,40 м. (69)

Загальна висота будівлі визначається з урахуванням висоти машинної зали.

Відмітка конструктивної вісі турбіни:

ВТ^К=НБ_МІН+ Н^K_S=198,40 + 0,859 = 199,26 м; (70)

для турбін ПЛ: Н^K_S = Н_S= + 0,859 м; (71)

Значення H_S прийняти на 0,1-0,2 м менше за розрахунковий.

де Н_S– висота відсмоктування.

Остаточне висотне положення агрегату визначаємо за умови заглиблення верхової кромки вихідного отвору відсмоктувальної труби на 0,5 м нижче мінімального рівня води у нижньому бєфі і дорівнює ВТ^К = 200,50 м. Прийнята відмітка осі турбіни забезпечує її безкавітаційний режим роботи при різних рівнях води у нижньому бєфі.

Відмітка підошви фундаментної плити з боку нижнього бєфа:

для турбін ПЛ: ПФП_Н= ВТ^К+h₁-h_BT-t_ФП=

= 200,5 + 0,76 - 9,0 - 2,0 = 190,26 190,50 м; (72)

де h₁– розмір камери робочого колеса турбіни;

h_BT– висота відсмоктуючої труби;

t_ФП– товщина фундаментної плити,t_ФП= 2,0 м.

Відмітка верху фундаментної плити з боку нижнього бєфа (низ відсмоктуючої труби):

для турбін ПЛ: ВФП_Н=НТ = ВТ^К+h₁-h_BT=ПФП_Н+t_ФП=

= 200,5 + 0,76 – 9,0 = 192,26 190,50 м. (73)

Відмітка верху фундаментної плити з боку верхнього бєфа (поріг водосприймача):

ВФП_В=ПВ = РМО - З_Р- Н_Р=

= 210,00 – 3,00 – 9,00 = 198,00 м; (74)

де З_Р– затоплення решітки під РМО;

Н_Р– висота решітки.

Відмітка підошви фундаментної плити з боку верхнього бєфаПФП_Ввизначається в залежності від конструкцій підземного контуру. На скелястих грунтах, які допускають профільну виїмку, підошва фундаментної плити з боку верхнього бєфа розташовується вище на відмітці:

ПФП_В= ВФП_В-t_ФП=

= 198,00 – 8,0 = 190,00 м. (75)

Верх фундаментної плити ВФП_Вз боку верхнього бєфа в зоні водосприймача визначається в процесі конструювання водосприймача.

В скелястих грунтах для зменшення обєму виємки грунту горизонтальному дифузору відсмоктувальної труби і дну відвідного русла додають зворотній ухил з коефіцієнтом закладання укосівm= 3...5. Верх вихідного перерізу відсмоктуючої труби повинен бути затопленим під мінімальний рівень нижнього бєфа на величину а_МІН= 0,5-1,0 м.

Відмітка нижньої і верхньої площини спрямовуючого апарату:

для турбін ПЛ: ННА = ВТ^К+h₁= 200,50 + 0,76 = 201,26 м; (76)

ВНА = ВТ^К+h₁+b₀= 200,50 + 0,76 + 1,48 = 202,74 м. ()

Відмітка кришки турбіни:

КТ = ВНА +h_КТ= 202,74 + 0,90 = 203,64 м; (77)

де h_КТ– висота кришки турбіни,h_КТ= 0,90 м.

Відмітка опорної площини статора генератора (низ статора генератора):

підвісний та парасольчатий генератори з опорою підпятника на нижню хрестовину:

НСтГ = КТ +h_Ш+h_НК= 203,64 + 2,50 + 1,0 = 207,14м; (78)

де h_Ш– висота турбінної шахти,h_Ш= 2,5-3,5 м;

h_НК – висота нижньої хрестовини.

Відмітка верха статора генератора:

ВСтГ = НСтГ +h_СТ= 207,14 + 1,27 = 208,41 м; (79)

де h_СТ– висота статора генератора.

Відмітка верха генератора:

ВГ = ВСтГ +h_ВК+h₀= 208,41 + 1,50 + 0,20 = 210,11 м; (80)

де h_ВК– висота верхньої хрестовини генератора;

h₀ - висота надбудови генератора.

Відмітка підлоги машинної зали бажано приймати:

МЗ = ВСтГ = 210,11 м, (81)

згідно аналогу остаточно приймаємо МЗ = 210,400 м.

Відмітку монтажної площадки МП і підізні шляхиПШ приймаємо:

МП = ПШ = МЗ = 210,400 м (82)

Розташування машинної зали та монтажної площадки можливе і на різних відмітках з підізними шляхами, при цьому слід вирішити питання доставки і розташування обладнання на монтажній площадці. ПриМЗ ПШ зменшення висоти машинної зали можливо шляхом використання напівострівної чи острівної компоновки агрегату з відміткою машинної зали на рівні низа статора.

Коли відмітка верха будівельних конструкцій ВБК_Нз боку нижнього бєфу і підізних шляхівПШ суттєво перевищує відмітку верха генератора, розглядається можливість будівництва ГЕС із зниженою машинною залою.

Відмітка верха будівельних конструкцій з боку нижнього і верхнього бєфів:

ВБК_Н= НБ_МАКС+ З_Н= 206,90 + 3,50 = 210,40 м; (83)

ВБК_В= ВБ_МАКС+ З_В= 212,00 + 3,00 = 215,00; (84)

де З_Н– запаси розташування верха конструкцій над рівнем води НБ, орієнтовно приймається З_{Н МІН}= 2-3 м;

З_В– запаси розташування верха конструкцій над рівнем води ВБ, орієнтовно приймається З_{В МІН}= 3-5 м.

Відмітка верха гака крану:

КК = МЗ + ПГ = 210,40 + 7,40 = 217,80 м; (85)

де ПГ – підкрановий габарит, визначається при конструюванні машзалу.

Відмітка шляху крану:

ШК = КК +h_К= 217,80 +0,90 = 218,70 м; (86)

де h_К– конструктивний розмір крана по висоті.

Відмітка верху крану:

ВК = ШК + Н_К= 218,70 + 4,30 = 223,00м; (87)

де Н_К– конструктивний розмір крана по висоті.

Відмітка низу будівельних конструкцій покрівлі:

НБКП = ВК + З_К= 223,00 + 0,10 = 223,10 м; (88)

де З_К– запас над краном до конструкцій покрівлі.

Відмітка верху будівельних конструкцій покрівлі:

ВВБ = НБКП +h_БП= 223,10 + 2,60 = 225,70 м; (90)

де h_БП– будівельна висота покрівлі.