Компоновка сооружений и оборудования напорного бассейна

Напорный бассейн предназначается для сопряжения безнапорной деривации (канала, туннеля, лотка) с турбинными трубопроводами ГЭС. Помимо главной функции — перевода безнапорного потока в напорный — напорные бассейны могут использоваться для других целей.

Из напорного бассейна может осуществляться водозабор для промышленного, коммунального или сельскохозяйственного водоснабжения. При наличии в канале взвешенных наносов или шуги аванкамера используется в качестве дополнительного отстойника наносов и для всплытия шуги, откуда ее удаляют в НБ.

Местоположение и компоновка сооружений напорного бассейна определяются природными, техническими и экономическими факторами. Плановые компоновочные решения в зависимости от условий подвода воды к трубопроводам ГЭС можно разделить на три вида: фронтальный, боковой, косой (рис. 10).

Фронтальный подвод воды к водоприемным камерам.

Ось деривации совпадает с осью аванкамеры (рис. 10, а). В гидравлическом отношении это наиболее благоприятные условия подвода воды, так как векторы средней скорости воды в канале и аванкамере имеют одно и то же направление. Потери напора получаются минимальными.

Боковой подвод воды к водоприемным камерам. Ось деривации перпендикулярна оси турбинных трубопроводов (рис. 10, б). Поток воды резко поворачивается.

Здесь образуются заметные вторичные течения и поперечный уклон свободной поверхности воды.

Рис. 10. Схемы подвода воды к водоприемным камерам:

а — фронтальный; б — боковой; в — косой.

1 — деривационный канал; 2 — аванкамера; 3 — турбинный трубопровод В отдельных случаях удается уменьшить потери напора за счет увеличения размеров аванкамеры, но это приводит к дополнительным капитальным вложениям.

Косой подвод воды к водоприемным камерам показан на рис. 10, в.

В напорном бассейне (рис. 11) принято выделять две основные части: аванкамеру 2 — расширенный и заглубленный концевой участок деривации — и водозаборное сооружение 4, в пределах которого поток распределяется между турбинными трубопроводами ГЭС. Если водозаборное сооружение испытывает одностороннее давление воды, то его иногда называют напорной стенкой.

Рис. 11. Элементы напорного бассейна

1 — деривационный канал; 2 — аванкамера; 3 — паз ремонтного заграждения; 4 — водоприемная камера; 5 — воздухоподводящая труба; 6 — затвор; 7 — турбинный трубопровод; 8 — сороудерживающая решетка Когда площадь поперечного сечения аванкамеры больше площади живого сечения деривации только в 1,5−2 раза, фронт напорного бассейна принято называть узким. Средняя скорость в аванкамере с узким напорным фронтом составляет обычно 0,6−0,8 м/с. При соотношении указанных выше площадей поперечных сечений от 2,6 до 8 водоприемный фронт называется широким. Дно и откосы аванкамеры необходимо плавно сопрягать с деривацией. Часто их покрывают облицовкой, предназначенной для устранения фильтрации. Аванкамеры выполняются в выемке, в обваловывающих дамбах или полувыемке-полунасыпи. Примыкание напорной стенки к откосам аванкамеры осуществляется сопрягающими стенками, аналогично береговым устоям плотин. При наличии мягких грунтов устои и быки водоприемных камер возводятся на общей фундаментной плите.

Водозаборные сооружения состоят из одной или нескольких водоприемных камер по числу турбинных трубопроводов. Водоприемные камеры снабжаются затворами, позволяющими отключать турбинные трубопроводы для осмотра, ремонта и в аварийных ситуациях. Сверху вход в водоприемные камеры защищается от плавающих на поверхности воды тел забральной балкой, которая обычно заглубляется на 0,5 — 1,5 м ниже минимального уровня воды в аванкамере. Бычки камер имеют пазы для ремонтных заграждений, сороудерживающих решеток и быстродействующих затворов. При отсутствии в воде топляков указанная последовательность расположения основного оборудования вдоль потока оказывается наиболее целесообразной, так как после установки ремонтных заграждений и осушения камеры легко устранить неисправности затворов, решеток и их пазов. К недостаткам такого расположения оборудования следует отнести затруднения в применении специальных машин для очистки решеток. При опасности забивки пазов топляками и т. п. решетки располагаются перед ремонтными заграждениями. В этом случае скорости течения воды и потери напора на решетках оказываются небольшими и по условиям компоновки удобно применять сороочистную машину. В Италии и Франции сорозадерживающую решетку выдвигают в аванкамеру.

Монтаж и демонтаж быстродействующих затворов, их подъемников, маневрирование шандорами и решетками обычно производится мостовым или портальным краном. В суровых климатических условиях надводная часть водоприемных камер делается закрытой, и тогда кран и индивидуальные подъемники затворов размещаются в здании механизмов. Мягкие климатические условия позволяют отказаться от верхнего строения.

Установка быстродействующего затвора перед турбинными трубопроводами обязательна. Как правило, такими затворами являются плоские щиты, требующие меньше места для размещения, чем, например, сегментные. Щиты снабжаются индивидуальными гидравлическими или электрическими подъемниками, позволяющими управлять ими дистанционно. Для аварийного закрытия затвора в начале трубопровода устанавливается специальный датчик, который при недопустимо больших скоростях воды в трубопроводе дает импульс на сброс затвора.

В качестве ремонтного заграждения используются шандоры и щиты. Практикой эксплуатации ГЭС установлено, что на 3 — 4 турбинных трубопровода достаточно иметь один комплект ремонтных заграждений.

Расположение напорного бассейна на косогорах, в полувыемке — полунасыпи или полностью в насыпи требует специальных мер, обеспечивающих устойчивость подпорных сооружений и предотвращающих возможную фильтрацию воды. В практике строительства был случай разрушения напорного бассейна в период первоначального заполнения деривации: деформация грунта в основании напорной стены вызвала ее обрушение. Аварии с подобными сооружениями опасны тем, что поток воды, устремляющийся по склону, может разрушить трубопроводы и здание ГЭС.

На рис. 12, в качестве примера, изображены разрезы сооружений Фархадской ГЭС на р. Сырдарье вдоль потока. На ГЭС мощностью 130 МВт установлено 4 агрегата. Подвод воды к турбинам индивидуальный. Водоприемные камеры каждого трубопровода разделены промежуточными бычками толщиною 1,8 м. Водоприемная камера отделена от соседней быком толщиной 3,5 м, имеющим по середине шов. В составе водозаборного сооружения устроен шугосбросной лоток, донные промывные отверстия, а у левого берега — водосброс.

Рис. 12. Продольные разрезы сооружений станционного узла деривационной ГЭС:

а — по турбинному водопроводящему тракту; б — по холостому водосбросу Расчет устойчивости водозаборной части в виде напорной сетки должен осуществляться в соответствии со СНиП.

Наиболее неблагоприятное сочетание основных сил — при опорожненных водоприемных камерах. Со стороны ВБ действует горизонтальное гидростатическое давление, которое стремится сдвинуть напорную стенку по поверхности основания. Устойчивость сооружения обеспечивается его весом.