Здание гидроэлектростанции и способ сооружения гидроэлектростанций

 

Изобретения относятся к области гидротехнического строительства, более конкретно к строительству деривационных малых гидроэлектростанций (ГЭС) на горных реках. Здание ГЭС включает в себя легкое верхнее строение, подводящие и отводящие проточные тракты горизонтального гидроагрегата с прямоосной отсасывающей трубой, при этом отводящая камера (ОК) и фундаментная плита (ФП) под гидроагрегатом образуют жесткую пространственную конструкцию, служащую углубленным фундаментом гидроагрегата. ОК представляет из себя сборную железобетонную конструкцию заводского изготовления, состоящую из нескольких отдельных элементов, монтируемых и омоноличиваемых на рабочем месте. Сопряжение выхода (ОК) и отводящего канала выполнено железобетонной трубой прямоугольного сечения, собираемой из 2-х или более отдельных типовых элементов заводского изготовления. Сопрягающая труба оборудована на выходе низовой стенкой, обеспечивающей необходимое подтапливание выходного сечения отсасывающей трубы, и типовыми сборными железобетонными открылками для сопряжения с откосами отводящего канала. Верхнее облегченное строение представляет из себя сборную конструкцию: из несвязанного с фундаментом гидроагрегата, самостоятельного ленточного фундамента и монтируемого на нем металлического каркаса, стеновых панелей из профилированного листового материала с утеплителем, монтируемых на металлическом каркасе, и панелей перекрытия с монтажным люком и со съемной крышкой. Способ сооружения ГЭС включает изучение гидрологии рек, проведение геологических и геодезических изысканий створов рек (СР) сооружение головного узла и деривационных выводов (ДВ), при этом вначале выбирают один, два или более типоразмеров гидротурбин, разных по мощности, диапазонам расходов и рабочих напоров. После этого осуществляют дифференцированный подбор СР в соответствии с параметрами выбранных типоразмеров гидротурбин. Все СР разбивают на группы. При строительстве ГЭС расчетный напор обеспечивают выбором длин деривационных водоводов. Основное и вспомогательное оборудование комплектуют и унифицируют по группам. Разрабатывают унифицированные по этим группам модульные гидроагрегатные и электрические блок-секции, монтируемые из унифицированных строительных конструкций (УСК). После изготовления УСК в заводских условиях и транспортировки их на стройплощадку осуществляют привязку к местности гидроагрегатных блок-секций и их монтаж, после чего осуществляют компоновку здания ГЭС в составе 1,2 и более гидроагрегатных блоков и соответствующего числа электротехнических блок-секций. Изобретение существенно сокращает материальные затраты на проектирование и сооружение ГЭС и сроки ввода станций в эксплуатацию. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к области гидротехнического строительства гидроэлектростанций, в особенности к строительству деривационных малых гидроэлектростанций (МГЭС) на горных реках.

Известны такие здания гидроэлектрических станций, которые состоят из подводящих и отводящих проточных трактов и верхнего сооружения шатрового типа. [Л-1], [Л-3], [Л-4].

Такие здания ГЭС проектируются, строятся и компонуются по индивидуально разрабатываемым проектным решениям. Они отличаются большим разнообразием компоновочных конструктивных и технологических решений. Это вызывает их удорожание при строительстве и трудности при организации эксплуатации.

Известен также способ сооружения гидроэлектростанций, сущность которого заключается в том, что в каждом конкретном случае в зависимости от гидроэнергетических параметров створа (участка) реки с учетом геологических, геодезических, топографических и погодно-климатических особенностей района строительства и результатов технико-экономического сопоставления различных вариантов проектных и компоновочных решений последовательно осуществляют индивидуальное проектирование, компоновку, комплектование основного и вспомогательного оборудования гидроэлектростанций и ее сооружение. [Л-1], [Л-2], [Л-4].

Это все вызывает увеличение стоимости проектирования и строительства гидроэлектростанций, растягивание сроков строительства и ввода объекта в эксплуатацию, а также увеличение эксплуатационных затрат.

Предлагаемые изобретения ставят своей целью расширить существующий арсенал конструктивных и технологических решений станционных узлов в целом и зданий гидроэлектрических станций в частности и позволят осуществить строительство зданий ГЭС путем компоновки их из модульных блок-секций, монтируемых из унифицированных типовых строительных конструкций.

Предлагаемые изобретения также ставят своей целью расширение арсенала существующих способов сооружения гидроэлектростанций и реализация возможности типового проектирования, компоновки и комплектования основного и вспомогательного оборудования при сооружении малых гидроэлектростанций на горных реках.

На фиг. 1 изображена гидроагрегатная блок-секция (разрез вдоль проточного тракта), а на фиг. 2 приведен чертеж здания двухагрегатной малой ГЭС, скомпонованной из 2-х гидроагрегатных и одной электротехнической модульных блок-секций (разрез поперек проточного тракта). Приведенные графические материалы не требуют особых пояснений.

Предлагаемое здание ГЭС включает в себя: верхнее облегченное наземное строение (1) для предтурбинного затвора (2) и горизонтального гидроагрегата (3) с прямоосной коленообразной отсасывающей трубой (4), подводящие и отводящие тракты. Отличительной особенностью является то, что отводящая камера (5) и фундаментная плита (6) под гидроагрегатом, перекрывающая отводящую камеру (5) в створе между анкерами (на чертеже не показаны) для крепления рамы (на чертеже не показана) гидроагрегата (3) к фундаменту (6), образует жесткую пространственную конструкцию, служащую углубленным фундаментом под гидроагрегатом (3), что очень важно при строительстве зданий ГЭС на различных грунтах, скальных основаниях или на пойменных отложениях.

Проточный отводящий тракт оснащен низовой стенкой (7), обеспечивающей необходимое подтопление выходного сечения (8) отсасывающей трубы (4), для работы гидроагрегата без кавитации в режиме с минимальным расходом воды. Это также обеспечивает независимость высоты отсасывания от уровенного режима нижнего бьефа и возможность размещения основного и вспомогательного оборудования на незатапливаемых отметках. Последнее обстоятельство упрощает условия сборки проточного тракта из сборных элементов без соблюдения специальных требований по водонепроницаемости монтажных стыков. Отводящая камера (5) представляет из себя сборную железобетонную конструкцию заводского изготовления, состоящую из 4-х отдельных элементов, монтируемых и омоноличиваемых непосредственно на рабочем месте. Сопряжение выхода отводящей камеры (5) с отводящим каналом выполнено железобетонной трубой (10) прямоугольного сечения, собираемой из 3-х сборных типовых элементов заводского изготовления.

На выходе прямоугольная труба (10) отводящего тракта имеет типовые сборные железобетонные открылки (12), служащие для сопряжения с откосами отводящего канала. Верхнее облегченное наземное строение (1) представляет из себя сборную конструкцию из типовых строительных элементов заводского изготовления и состоит из: самостоятельного (не связанного с фундаментом гидроагрегата) ленточного фундамента (13) из типовых блоков, монтируемого на фундаменте анкерными болтами (на чертеже не показаны) металлического каркаса (14), стеновых панелей (9) типа "сендвич" из профилированного стального листа с утеплителем и таких же панелей перекрытия, которые крепятся к металлическому каркасу (14). Панели перекрытия оснащены монтажным люком со съемной крышкой (11) для монтажа и демонтажа основного гидротехнического оборудования при строительстве и ремонтном обслуживании с помощью автокрана.

Такие особенности горных рек, как обилие в стоках твердых наносов и большие уклоны их русел, однозначно диктуют такое единственно целесообразное компоновочное решение малых гидростанций, как сооружение деривационных МГЭС без глубокого регулирования речного стока, т.е. без строительства больших водохранилищ. А наличие в большинстве из случаев технической возможности прокладки деривационного водовода по горным склонам вдоль русла реки на требуемые расстояния, необходимые для создания рабочего напора в определенном диапазоне напоров, предопределяет целесообразность предварительной наметки оптимального значения рабочего напора и расхода турбины для будущих ГЭС и выбора для унификации одного или нескольких типоразмеров гидротурбин. Это все создает условия типового проектирования и сооружения малых гидроэлектростанций. С учетом упомянутого выше обстоятельства сущность предлагаемого способа сооружения малых ГЭС на горных реках сводится к нижеследующему.

Изучают гидрологию рек, погодно-климатические условия бассейнов водосбора, проводят геодезические и геологические изыскания, намечают створы (участки) рек. Сооружают головной узел ГЭС в составе: подпорного сооружения, водоотвода, промывного устройства и водосбросного сооружения.

Прокладывают металлический деривационный водовод. Отличительной особенностью является то, что с целью расширения арсенала существующих способов сооружения гидроэлектрических станций и реализации возможности их типового проектирования, компоновки и сооружения, а также с целью сокращения объемов и сроков проектно-изыскательских, строительно-монтажных работ, уменьшения ущерба для экологии и повышения экономической эффективности станций при эксплуатации из номенклатурных рядов выбирают или специально разрабатывают в диапазоне средних и высоких напоров один, два или более типоразмеров гидротурбин различных по мощности, диапазонам расходов и рабочих напоров.

При строительстве расчетное значение напоров обеспечивают соответствующим выбором длин деривационных водоводов.

А затем, сопоставляя гидроэнергетические параметры выбранных гидротурбин с соответствующими среднемноголетними расходами створов (участков) рек с учетом их уклонов, все створы (участки) рек региона группируют по разработанным типоразмерам гидротурбин. Основное и вспомогательное оборудование станционных узлов унифицируют дифференцированно по группам. По этим же группам разрабатывают унифицированные модульные гидроагрегатные и электротехнические блок-секции, монтируемые из унифицированных строительных конструкций. Строительные конструкции изготавливают в заводских условиях, транспортируют на строительную площадку, где последовательно осуществляют ориентировку и привязку к местности модульных гидроагрегатных блок-секций и их монтаж, компоновку из модульных блок-секций станционного узла в составе: одного, двух или более гидроагрегатных (в зависимости от установленной мощности ГЭС) и соответствующего числа электротехнических блок-секций для размещения унифицированного комплектного распределительного устройства и другого оборудования.

Приведенные на фиг. 1 и 2 изображения гидроагрегатной блок-секции и здания МГЭС отображают разработанные и освоенные в ОАО "Дагэнерго" конструктивные и технологические приемы и решения по реализации индустриального способа строительства зданий малых ГЭС на горных реках.

В качестве основного гидротехнического оборудования при унифицированном проектировании и строительстве зданий МГЭС использован горизонтальный гидроагрегат в составе: горизонтальной радиально-осевой гидротурбины типа РО 230/791Д-ГМ-50 и горизонтального гидрогенератора типа СГ1-85/59-6УХЛ4. Гидротурбина имеет диапазон рабочих напоров 40-70 м, диапазон расходов 0,42 -1,2 м³/сек.

Номинальная мощность гидрогенератора 600 кВт, номинальная частота вращения 1000 об/мин.

Под параметры этого гидроагрегата в бассейнах рек Сулак и Самур предварительно обследовано и намечено 29 створов (участков) малых рек для строительства малых ГЭС индустриальным способом. Суммарная установленная мощность этих малых ГЭС составляет 58,8 мВт, общее число устанавливаемых гидроагрегатов 98 шт. , среднемноголетняя годовая выработка 340 млн.кВт.час. Число часов использования установленной мощности 5780 часов.

Разработанная индустриальная технология сооружения МГЭС позволяет вести строительство малых ГЭС в диапазоне мощностей от 0,6 до 3,6 мВт с дискретностью 0,6 мВт.

Источники информации 1. "Использование водной энергии" издательство "Энергия" Л., 1976 г. Под редакцией Д.С. Щавелева.

2. "Гидроэнергетика и комплексное использование водных ресурсов СССР". Энергоиздат М., 1982 г. Под общей редакцией член-корр. АН СССР П.С. Непорожнего.

3. "Гидроэлектрические станции" изд-во "Энергиря" М., 1972 г. Под редакцией доктора технических наук, проф. Ф.Ф. Губина.

4. "Малая гидроэнергетика" Энергоатомиздат М., 1989 г. Под редакцией Л. П. Михайлова.

Формула изобретения

1. Здание гидроэлектростанции, включающее легкое верхнее строение, подводящий и отводящий тракты и фундамент под гидроагрегат, отличающееся тем, что оно включает отводящую камеру, которая с фундаментной плитой под гидроагрегатом, перекрывающей отводящую камеру, образуют жесткую пространственную конструкцию, служащую углубленным фундаментом гидроагрегата, при этом отводящая камера выполнена в виде сборной железобетонной конструкции, состоящей из нескольких отдельных элементов, монтируемых и омоноличиваемых на месте, выход отводящей камеры сопряжен с отводящим каналом железобетонной трубой прямоугольного сечения, состоящей из двух или более отдельных типовых элементов заводского изготовления, проточный тракт оборудован низовой стенкой, обеспечивающей необходимое подтапливание выходного сечения отсасывающей трубы гидроагрегата, а для сопряжения с откосами отводящего канала железобетонная труба оборудована сборными железобетонными открылками, при этом верхнее облегченное строение представляет из себя сборную конструкцию из не связанного с фундаментом гидроагрегата самостоятельного ленточного фундамента и монтируемого на нем металлического каркаса, стеновых панелей из профилированного листового материала с утеплителем и панелей перекрытия, монтируемых на металлическом каркасе.

2. Способ сооружения гидроэлектростанций, включающий изучение гидрологии рек, проведение геологических и геодезических изысканий створов или участков рек, сооружение головного узла и деривационных водоводов, отличающийся тем, что вначале выбирают один, два или более типоразмеров гидротурбин, разных по мощности, диапазонам расходов и рабочих напоров, затем осуществляют дифференцированный подбор створов или участков рек в соответствии с параметрами выбранных типоразмеров гидротурбин и все створы или участки рек разбивают на группы в соответствии с этими параметрами, при этом при строительстве расчетный напор обеспечивают выбором длин деривационных водоводов, основное и вспомогательное оборудование комплектуют и унифицируют по группам, разрабатывают унифицированные по этим группам модульные гидроагрегатные и электротехнические блок-секции, которые монтируют из унифицированных строительных конструкций, изготавливают строительные конструкции в заводских условиях, транспортируют на стройплощадку, где последовательно осуществляют привязку к местности гидроагрегатных блок-секций и их монтаж, после чего осуществляют компоновку здания гидроэлектростанции в составе одного, двух или более унифицированных гидроагрегатных блоков и соответствующего числа электротехнических блок-секций.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2