Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Международный государственный экологический университет

имени А. Д. Сахарова»

Факультет мониторинга окружающей среды

Кафедра «Инженерной экологии»

Курсовая работа по дисциплине «Механика жидкости и газа»

Гидравлический расчёт водопроводящего тракта ГЭС при плотине Минско-Вилейского гидроузла.

«Допустить к защите» ______________ С.В. Артемчук «____»________________2010 г.

Выполнил студент 2 курса гр.208 Ивашкевич П.И. Научный руководитель ____________ С.В. Артемчук

Минск 2010

Оглавление

Введение 3

СВЕДЕНИЯ о сооружении ГЭС при плотине гидроузла Вилейско-Минской водной системы (первая очередь строительства) 7

Расчетная часть 8

Определение напоров. 8

Определение расчётных расходов ГЭС. 8

Подбор гидротурбин: 9

Гидромеханический расчёт спиральной камеры. 13

Гидравлический расчёт водопроводящего тракта ГЭС 21

Заключение 32

Литература 33

Приложения 34

Введение

Вилейско-Минская водная система (ВМВС), построенная в 1968-1976 г.г., предназначена для переброски речного стока к Минску, а также обводнения Свислочи. На стадии проектирования изучались всевозможные варианты переброски воды: из верховьев Немана, из Птичи, Березины, Гайны, Вилии и других рек. Для более детального сравнения остановились на трех основных вариантах системы обеспечения водой города – две трассы от Березинского бассейна и одна от Вилии. По ряду критериев выбор пал на вариант переброски стока из Вилии. Заборы воды из Березины в требуемых объемах могли привести к ухудшению условия для плавания судов на участке выше впадения Свислочи, а также требовались большие затраты средств на переброску стока. Вилейский вариант оказался дешевле, а перебрасываемая вода лучше по качеству.

Вилейско-Минская водная система – комплекс сложных гидротехнических сооружений, включающий Вилейское водохранилище, канал для переброски воды, ряд искусственных водоемов на Свислочи и отрегулированное русло реки до устья ее левого притока – р. Волмы включительно, а также несколько мощных насосных станций, малая ГЭС

ВМВС протянулась с северо-запада на юго-восток по прямой на 140 км. Длина главного водотока системы, включающего канал и отрегулированное русло Свислочи, составляет более 200 км. Между крайними точками водосбросной площади ВМВС – озером Сервечь на севере и устьем Волмы на юге – 174 км. Площадь водосброса равна 5700 км², из них площадь водосброса Вилейского водохранилища – 4100, Заславского – 590, территории непосредственно г.Минска – 190 км².

Максимальная высота водосброса ВМВС над уровнем моря составляет 342 м (гора Лысая у г.п.Радошковичи), минимальная – 145 м. в русле р. Вилия у плотины водохранилища. Разница в отметках уровня воды в водохранилищах – почти 90 м; в самом Минске разница высот составляет 80 м. Среднегодовая температура в крайних точках водосброса отличается более чем на один градус. Вегетационный период на юге продолжительнее на две недели; на севере водосброса в год выпадает осадков на 50 мм. Больше, чем в южной части.

В пределах водосброса ВМВС находится более 900 сельских населенных пунктов, около 100 колхозов и совхозов, несколько подсобных хозяйств, много дачных поселков. Около 30 % территории водосброса занимают леса, 40 % площади распахано. Здесь протекает 5 рек со среднегодовым расходом воды более 5 м³/с: Вилия, ее притоки Сервечь, Двиноса и Илия, Свислочь, а также 35 других рек длиной более 10 км. На ручьях и малых реках создано много прудов.

Вилейско-Минская водная система включает объекты, построенные в 1968-1975 гг., а также сооружения на р.Свислочи прежних лет и более поздние постройки.

Первый из ранее построенных объектов – Комсомольское озеро, водохранилище на р.Свислочи в черте Минска. Оно было создано в 1941 г., непосредственно перед началом Великой отечественной войны. В 1953-1961 гг. в черте города и его окрестностях были созданы другие водохранилища – Заславское, Чижовское, водоем в парке им. М.Горького и др. К главным объектам ВМВС нужно отнести Вилейское водохранилище и канал для переброски воды, к дополнительным – водохранилища “Криница” и “Дрозды”, Слепянскую водную систему, второй водовыпуск из Заславского водохранилища.

Каждое из восьми основных водохранилищ ВМВС имеет свое назначение и историю возникновения, особенности эксплуатации.

Самым крупным не только по ВМВС, но и в республике является Вилейское водохранилище (площадь 77 км², длина 30 км, ширина 10 км, глубина до 13 м). Среди всех водоемов Белоруссии как естественных, так и искусственных оно занимает второе место после озера Нарочь.

Вилейское водохранилище аккумулирует весеннее половодье Вилии для последующей переброски воды в Свислочь. Воды, собранной весной, достаточно для обеспечения переброски двух третей годового объема, предусмотренного по проекту. Остальное количество воды может быть переброшено за счет избытка воды Вилии в другие периоды года.

К основным сооружениям Вилейского водохранилища относятся головной гидроузел с паводковым водосбросом и земляной плотиной, правобережная оградительная дамба, по которой проходит автомобильная дорога с асфальтным покрытием, две левобережные оградительные дамбы. За правобережной и левобережными дамбами для устранения подтопления действуют дренажные установки. Левобережная дренажная станция откачивает избыточные воды из лесного массива, а правобережная обеспечивает осушение сельхозугодий и переброску через дамбу стока р. Орпы.

В заливе водохранилища, который образовался при затоплении поймы р.Илии, построена струенаправляющая дамба, которая предназначена для отведения болотной воды.

Водохранилище и сейчас уже служит прекрасным местом отдыха для жителей Минска, Вилейки, Молодечно. В дальнейшем здесь намечается строительство пансионатов, пионерских лагерей, баз любительского рыболовства.

От Вилейского к Заславскому водохранилищу на 62 км. протянулся канал. Русло канал имеет трапецеидальное поперечное сечение с шириной водной поверхности 24 м и 3 м по дну. Глубина его достигает 3м . Вода течет со скоростью 0,4 – 0,5 м/с. Подъем воды по каналу осуществляется с помощью системы перекачки. Общая высота подъема от среднего уровня в Вилейском водохранилище составляет 71 м. При полной сработке полезного запаса воды в водохранилище эта высота увеличивается еще на 6 м. В результате создается напор воды, который в сумме достигает почти 90 м. Разница между этой величиной и фактической высотой подъема воды объясняется необходимостью создать свободное движение воды в канале.

От Вилейского водохранилища до водораздела по холмистой местности канал проходит 50 км. На южном склоне (где вода движется самотеком) длина канала составляет 12 км, а перепад воды до Заславского водохранилища равен 11-12 м. На этом участке сооружено три специальных железобетонных желоба (быстротока), в которых гасится избыточная энергия воды, что предотвращает размыв канала. На каждый быстроток приходится перепад воды в 3-4 м. Быстротоки представляют собой лотки с железобетонными ребрами по дну и водобойным колодцем в конце. Каждый быстроток гасит энергию, которой было бы достаточно для выработки 2400 кВт.ч. электроэнергии в сутки. На ступенях подъема установлено по четыре агрегата общей производительностью 22 м³ воды в секунду. При непрерывной работе всех агрегатов можно было бы за год пропустить по каналу 700 млн.м³ воды. Однако один или два агрегата, а в зимний период и три, находятся в резерве.

В канал на все его протяжении не поступают загрязнения с поверхностным стоком, так как все естественные водотоки пропускаются через акведуки. При пересечении с реками Илией и Конотопкой канал проходит в дюкерах (железобетонные галереи под руслами рек); при пересечении с Удрой и Гуйкой канал заключен в галерею в теле водосливных плотин.

Создание Вилейско-Минской водной системы позволило коренным образом улучшить водообеспеченность Минска. Подача воды к городу в значительных объемах дает возможность надежно снабжать ею промышленность столицы Республики Беларусь, включая мощные теплоэлектрические станции. ВМВС тесно связана со строящимися и эксплуатируемыми техническими водоводами, расположенными в различных районах города и обслуживающими десятки промышленных предприятий. Она подключена к системе хозяйственно-питьевого водоснабжения населения. Обводнение Свислочи улучшило условия работы водозаборов подземных вод вблизи реки, облегчило очистку городских стоков.

На производственные нужды города система подает свыше 100 тыс.м³ воды ежесуточно. На коммунальные нужды ¾ свыше 200 тыс.м³ в сутки.

В современных условиях ВМВС надежно гарантирует водоснабжение и обводнение Минска. Она позволяет без ограничений выполнять те функции, которые предусмотрены для нее проектом, и имеет еще определенный резерв, использование которого в ближайшие годы способно компенсировать рост потребностей в воде.

В 1991 году принято решение о строительстве на водосбросе Вилейского водохранилища ГЭС мощностью 1500-2000 кВт. В 1998 г. введена в эксплуатацию первая очередь ГЭС.

В качестве учебного, получено задание на определение параметров ГЭС с другими, отличными от построенного компоновочного решения. А именно, с вариантом вертикального гидроагрегата в галерее водовыпуска.