Книги / 1bryzgalov_v_i_gordon_l_a_gidroelektrostantsii

Гидроузел,

,

а

показанный на рис. 4.11, не чисто деривационного

. Напор создается частично

деривационного) типа

смешанного (плотинно-

туннелем (3) и турбинными

арочной плотиной

(1), частично - подводящим

водоводами (6).

потребовалось

бы

Для ГЭС той же мощности при отсутствии деривации

необходима

разместить плотину в створе выходного портала (10) и была бы

более

. При отсутствии плотины

потребовалась бы

более высокая плотина

между деривацией и плотиной выбирается

. Соотношение

длинная деривация

При более длинной деривации

и

из условия минимума стоимости гидроузла.

, при более

короткой

деривации и

более

более низкой плотине (или наоборот

была бы

выше.

)

гидроузла

высокой плотине стоимость

ГЭС с подземной деривацией

и

Крупнейшей в СССР

деривационной

;

подземным расположением здания ГЭС является Ингури ГЭС (рис. 4.12; 4.13

4.14), входящая в Ингурский

гидроузел (Грузия).

каскад

	Ингурская		»
Под	названием «		:
		, в который входят
из пяти гидроэлектростанций

подразумевается

- -

крупнейшая в СССР
	деривационная
подземным расположением			здания
	Перепадная	ГЭС 1;
приплотинная			-

Ингури ГЭС с подземной

ГЭС, см. рис. 4.11;

деривацией

и

-

	,
три однотипных русловых ГЭС - Перепадные II
, впадающем в Черное	море.
на отводящем канале

Ш,

ГУ,

расположенные

Сооружения	Ингури ГЭС		располагаются		в ущельях двух рек -
крупнейшей горной	реки Западной Грузии - реки Ингури и относительно
		. Реки стекают		с Кавказа	в Черное море примерно
небольшой реки Эрисцкали
	,	. 4.12.
параллельно друг другу		рис

ГЭС

ЙГ	&

ПЕРЕПАДНЫЕ ГЭС				ч
И	1	I			Ингури ГЭС
V	III	п		I
Рис. 4.12 Схема			использования стока р. Ингури

4

510

118

На

реке Ингури возведена одна из

высочайших в мире арочная

плотина

высотой 271

м и длиной

по гребню 758

. 4.13. Рядом

с

плотиной

м, см. рис

.

, являющийсяначалом

напорнойдеривации

распитагается

глубинный водоприемник

напорный деривационный

отходит

От

глубинного

водоприемника

расход

туннель диаметром 9,5м и длиной

более 15 км. По этому туннелю

. По

Ингури

в

ущелье

реки

*

из ущелья

реки

Эрисцкали

450 м /с перебрасывается

, Ингури ГЭС имеет

сравнению со

, изображенной

на рис. 4.11

длинную

схемой

ущелье

деривацию

(3),

перебрасыыиощуюводу изущелья реки Ингуривпараллельное

.Трасса напорного

деривационного

туннеляпересекает рекиОпори

реки Эрисцкали

водоводами диаметром

7

ми длиной 213

и

91

м.

и Эрисцкалиоткрытыми

ЛИ

t

V

% sh

f

0 A

W

ST	Ujf	,

—	“

Puc

.

4.13

Арочная

плотина

Ингури

ГЭС

В

ущелье

реки

Эрисцкали

располагается

напорно-станционный

узел,

в

состав

которого

входят:

г-

	уравнительный	резервуар	и		помещение	дисковых		затворов
								резервуар
			4, 5		); уравнительный
	(соответственносооружения
					на рис.4.11		ми высотой 160 м
	имеет подземную	цилиндрическую		часть диаметром 21
						3
	и открытую верхнюю камеру объемом 64 тыс. м ;

-

пять ниток	водоводов
турбинных
подземное здание ГЭС (сооружения

диаметром		5	м
6, 7	на рис. 4.11);

и

длиной

680

м

и

119

9

2435/mt

Л?

тдш

Рис

.

4.14

Подземное

здание

Ингури

ГЭС

-

отводящий на 13,2 м и

безнапорный туннель длиной более 15 км.

(сооружение

9

на

рис.

4.11

)

сечением

10,4

Максимальный

общий

напор,

используемый

Ингури

ГЭС,

составляет

410 м, из них 226 м создается арочной плотиной, остальные 184 м	-	напорной
деривацией. В здании ГЭС, имеющем в плане размеры 21,8 на 127	м	и высоту
51,2 м, установлено пять гидроагрегатов с радиально-осевыми	турбинами
единичной мощностью 265МВт при расчетном напоре 325 м и расходе 90 м/с
		*

и

синхронными

генераторами

мощностью

по

260

МВт

каждый.

Использованная

на

Ингури

ГЭС

вода

сбрасывается

через

отводящий

туннель нев ту же реку, а в Галъское водохранилище Перепадной ГЭС I на реке
Эрисцкали. Галъское	водохранилище Перепадной ГЭС 1		на реке Эрисцкали
		-	и длиной по гребню
образовано каменно-земляной плотиной высотой 57,5 м
890 м. На водохранилище возведен водоприемник (три пролета по 8					м
каждый). Из водоприемника вода по трем ниткам турбинных водоводов
(диаметр каждого водовода 6		м, длина 218 м) подводится к зданию ГЭС, в
котором установлены три гидроагрегата с вертикальными				поворотно
					¬
лопастными турбинами мощностью 73,3 МВт каждая. Из здания ГЭС вода

попадает

в

отводящий

канал

длиной

22,6

км.

Уровень

воды

в

начале

отводящего

канала

превышает

уровень

воды

в

Черном море более чем на 30 м. Поэтому на отводящем канале			сооружены
три	однотипные	гидроэлектростанции Перепадные ГЭС II, III, IV с
расчетным расходом 425 м?/с при расчетном напоре 11,2 м. На			каждой	ГЭС

120

установлено по два

20 МВт каждый.

горизонтальных

капсульных

гидроагрегата

мощностью

по

Рассмотренные выше компоновки гидроузлов (за				исключением
Ингурского	гидроузла) относительно		просты. В качестве более			сложной
компоновки	рассмотрим	схематично	компоновку крупнейшей в мире
действующей	ГЭС Итайпу на реке Парана,общий вид которой приведен на рис. 1.3.
			. План			основных
Установленная мощность ГЭС Итайпу 12,6 млн кВт					в дополнение
		. Для большей наглядности
сооружений ГЭС показан на рис. 4.15				нижнего бьефа
к плану на рис. 4.16 показан вид бетонных сооружений ГЭС с

(фото

гидравлической

модели).

- —

Напорный фронт ГЭС Итайпу включает в				себя
				:
правобережную земляную			плотину (1) длиной по гребню 872 м и
максимальной высотой 64,5			м;		бетонной
водосбросное	сооружение		(2), состоящее	из 15 секций
водосбросной	плотины, с	поверхностным водосливом общей длиной по
гребню483 м и высотой 44				, разделенногопродольными
		мииз быстротока			около 150 м
быками на три пролета; перепад уровней воды				на быстротоке

*

V

*

-vT

>\ S

\

\

'ч

'ч

1

*		*	Итайпу
		Рис. 4.15 План гидроузла ГЭС
1	- правобережная	земляная плотина; 2 -водосбросная плотина с быстротоком
		; 4, 5	-	станционная бетонная
	3 - глухая бетонная контрфорсная плотина

;

контрфорсная

плотина;

6

-

левобережная

бетонная

контрфорсная

плотина;

7

-

левобережная

каменно-набросная

плотина;

8

-

левобережная

земляная

плотина;

9,

10

-

здание

ГЭС

121

Как образован

видно из приведенных

плотинами различных

данных, на ГЭС Итайпу напорный	фронт
конструкций. Такой выбор обусловлен, в

основном, действующим		напором		и видом
ответственная,	наиболее		загруженная

грунтов часть

основания: напорного

наиболее фронта,

располагающаяся на скальном основании		-	высокая (некоторые секции до 190 м)
		;		загруженная, глухая-каменно
бетонная	массивно контрфорсная плотина		менее
	-			¬
набросная плотина на скальномосновании		высотой		,
				до 70 м; наименеезагруженная

располагающаяся

на

мягких

грунтах

поймы,

глухая

земляная

плотина.

4.2.

Последовательность

возведения

гидроузлов

Компоновка гидроузла и конструкции отдельных	сооружений
удовлетворять целому ряду условий и требований, в числе которых:

должны

-

каждое сооружение должно быть надежным, наилучшим образом

выполнять свои функции, соответствовать природно-климатическим

условиям региона и не мешать работе других сооружений;

-

стоимость

гидроузла

должна

быть,

по

возможности,

минимальной;

-

компоновка должна обеспечивать надежный пропуск		строительных
расходов и	допускать ввод в эксплуатацию высоконапорных гидроузлов
очередями;

-

правильная компоновка должна создавать

вписывающийся в природную среду.

архитектурный

ансамбль

,

При	возведении	гидроузлов	применяются
организации строительства и пропуска строительных

три основных расходов:

метода

-	без отвода реки из ее бытового русла (перемычечный метод):
-	с отводом реки в сторону и пропуском ее воды по каналам,
	трубам;
-	пойменный метод.

туннелям

,

Первый

метод

применяется

на

больших

многоводных

реках

и

носит

название

перемычечного.

гидроузла рис. 4.1.

Поясним его идею на примере компоновки

Строительство ведется в две очереди, см. рис.

приплотинного 4.18.

1.

2.

Первая очередь (I)

Русло реки (в нашем примере со		стороны левого берега) стесняется
перемычками (1) первой очереди	(	, продольной, низовой). При
		верховой
этом в месте стеснения образуется небольшой подпор: уровень воды со
стороны верховой перемычки будет выше, чем у низовой. В качестве
перемычки может служить грунтовая дамба. Река временно несет свои
		. Отсеченная перемычкой первой
воды в правобережной части русла
очереди часть русла осушается. Тем самым образуется котлован первой
очереди (I), в котором начинаются строительные работы.
		, так называемая гребенка, т.е.
В котловане первой очереди (I) возводится
временный водосброс, состоящий	из фундаментной плиты (8) и быков (3),

123

разделяющих водосброс		, например, число пролетов
	на пролеты (4). Пусть
и местоположение быков временного водосброса совпадает в плане с
быками постоянной водосбросной плотины(рис.4.1); тогда вгребенкебудет
; крайний правый		бык (2) будет	совпадать с раздельным
четыре пролёта
устоем между станционной и водосбросной плотинами; быки гребенки
имеют пазы (7) для плоских затворов, позволяющие в нужное время
			. Когда
опустить в пазы (7) затворы и перекрыть отверстия гребенки
			.
,		, и котлован затопляется
	перемычка разбирается
гребенка готова низовая
Послеэтого разбирается верховая перемычка, и часть потока реки проходит
.
через гребенку

5

*7?

A l

П

в	в
	-
	5
	I

2

	1	0
=	^
	3
		к	Ч	\
		5
				^

3

Рис

.

4.18

Перемычечный

способ

возведения

гидроузла

1.

2.

Вторая очередь (II)

перемычка второй очереди (5) до сочленения

с

Отсыпается

верховая

устоем (2), т.е. происходит

перекрытие естественного

русла

продольным

. Затем

отсыпается

низовая

реки и, весь расход проходит через гребёнку

перемычка,

также до

примыкания к продольному устою.

Продольный

устой (2) и перемычки (5, 6) образуют

котлован II очереди.

работы по

,

и в

нем начинаются

Котлован второй очереди осушается

)

возведению

станционной части

плотины (4) (рис. 4.1) и здания ГЭС (10

, как правило, ведутся работы

и

в левобережной

(рис. 4.1). Одновременно

перекрывается

затворами,

а

части. Для этого часть пролётов гребенки

в зависимости от

.

Часть пролётов

также перекрытиями (9) (см. пунктир)

бетоном, либо

преобразуются

в

необходимости либо

закладываются

отверстия иного сечения, либо остаются

в прежнем

виде до момента

.

перекрытиях

начинаются работы

возведения постоянного водосброса На

по наращиванию

водосбросной

плотины.

124

Когда
затворами	и
оставляются

в отверстиях гребенки не будет надобности, они	перекрываются
		и
под прикрытием затворов заделываются (или преобразуются
на период эксплуатации в качестве глубинных).

	При возведении крупных			высоконапорных			гидроузлов			с длительным
								(промежуточные			)
	сроком строительства могут потребоваться					дополнительные
						, расположенных			выше отверстий
	ярусы временных			отверстий
			водосбросных			.
			ниже порога постоянного
	,	но			водосброса
	гребёнки

Второй способ примере гидростанции

возведения - с отводом воды с деривационным каналом (рис.

из русла

4.8).

поясним

на

Первая	очередь.	На		,		на	месте водозабора
			пойме		подводящий канал (4).
	, быстроток (3)			и
возводится гребёнка

(

2

),

«

насухо

»

Вторая

очередь.

Русло реки

перекрывается

двумя перемычками

-

).

(выше створа плотины)

и низовой (ниже створа русловой

верховой

плотины

, и в нем начинается

строительство

плотины (5),

Русловой котлован

осушается

уровня

(6). После

перекрытия русла верховой перемычкой произойдёт подъём

.

Когда уровень

воды

достигнет

отметки

воды и начнётся затопление поймы

самотёком пойдёт

через

гребёнку

по

фундаментной

плиты гребёнки,

вода

в

в нижний бьеф.

В случае

надобности

подводящему

каналу и быстротоку

временные

возведении плотины

могут быть

предусмотрены

котловане при

плотины

будет возведена

,

водосбросные

отверстия. Когда нижняя часть

.

перемычки (в

первую очередь верховую) можно будет разобрать

расходов

На

горных

реках

зачастую

для пропуска

строительных

приходится строить

специальные

строительные

туннели, которые могут быть

.

частично использованы в системе деривации

постоянного

гидроузла

рецептов

организации

Как нет одинаковых рек, так нет

универсальных

. В проекте

каждого гидроузла

есть

последовательности

возведения гидроузла

»,

в котором эти

вопросы

специальный

раздел «Организация

строительства

индивидуально.

решаются

для каждого гидроузла

Использованная		литература
1.	Можевитинов А.Л. и др. Введение в
	- 232 с., ил.

гидротехнику.

-

М.:

Энергоатомиздат,

1984.

2.

3.

Itaipu: Hydroelectric Project		-	,
			Curitiba
Справочник	по гидротехнике. ВНИИ
-	, .
арх ре, 1995. -828 с. ил

PR: ITAIPU			.
		BINACIONAL, 1994
	-	.: Гослитиздат по	стр ву
ВОДГЕО.			-
		M

и

	Гидротурбинная и	5
	гидромеханическая
	части ГЭС

5.1. Гидравлические турбины и насосы

5.1.1. Использование энергии в гидравлических турбинах

Гидравлической турбиной (гидротурбиной) называют двигатель,

преобразующий механическую энергию воды в энергию вращения твёрдого тела (рабочего колеса гидротурбины). Настоящий раздел посвящен только

гидравлическим турбинам и насосам, поэтому в дальнейшем слово

«гидравлическая» опускается.

Использование энергии потока в наклонном русле является древнейшим

способом утилизации водной энергии, уходящим, как уже отмечалось, ко

времени зарождения цивилизации. Вначале использовались лишь

кинетическая энергия потока, т.е. на реках не было никак подпорных

сооружений. Колесо, снабженное плоскими лопастями, опускалось в текущую воду, и лопасти, подхватываемые течением, заставляли колесо вращаться. Схема работы такого простейшего гидродвигателя- водоподливное колесо -

представлена на схеме (рис. 5.1а).

а)	I	2	J

	-!		/
	г	Z	Z
.		2	3
' 6.5

б)

р		/	} )				J*	ун.б
^ ° --			-Аа		:
! @ g	'	ру		;	O		>!
					1	J
					Q

Puc. 5.1 Схема работы: а) водоподливного и б) водоналивного колеса

1 - наклонное русло реки (а), лоток, подводящий воду (б);

2 - лопасти колеса; 3 - вал колеса

127