Способ эксплуатации бетонной арочно-гравитационной плотины, которая создает замерзающее водохранилище, а ее верховая грань обращена в южную сторону

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2474647:

Ягин Василий Петрович (RU)

Изобретение относится к области гидротехники и может быть использовано при эксплуатации бетонной арочно-гравитационной плотины в суровых климатических условиях в случае обращения ее верховой грани в южную сторону. Способ заключается в увеличении интенсивности обогрева верхнего арочного пояса зимними солнечными лучами путем покрытия открытой поверхности льда в заданной полосе, примыкающей к грани верхнего арочного пояса, слоем снега, необходимым для увеличения отражения солнечных лучей от зимней поверхности водохранилища. Верховую грань арочного пояса выше уровня льда в водохранилище покрывают слоем материала, который имеет темный цвет и увеличивает поглощение солнечных лучей арочным поясом. Повышается эффективность эксплуатации арочно-гравитационной плотины. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области гидротехники и может быть использовано при эксплуатации бетонной арочно-гравитационной плотины в суровых климатических условиях в случае обращения ее верховой грани в южную сторону.

Бетонная арочно-гравитационная плотина имеет в плане криволинейный вид, а ее устойчивость и прочность обеспечиваются в основном действием собственного веса и частично работой плотины как свода с передачей нагрузки на скальные берега - борта ущелья. Такая плотина является переходным типом между гравитационной и арочной плотиной, обычно имеет большую высоту и ограниченное распространение. В России такая арочно-гравитационная плотина входит, например, в состав Саяно-Шушенской ГЭС (далее: СШГЭС).

При эксплуатации такой арочно-гравитационной плотины в относительно широком ущелье в нижней части верховой (напорной) грани в охлажденном после строительного периода бетоне с неизбежностью возникают растягивающие напряжения, которые превосходят безопасную (допустимую) величину. Эти напряжения приводят к бессистемному и опасному раскрытию горизонтальных трещин на верховой грани плотины, разуплотнению горных пород основания под верховым технологическим столбом плотины и раскрытию контакта «скала-бетон», что обуславливает необходимость проведения весьма сложных и недостаточно эффективных ремонтных работ. Все это в существенной мере снижает надежность плотины при ее эксплуатации [1, стр.115-143].

Известен способ, согласно которому плотину при эксплуатации снабжают ограждающей конструкцией, теплозащитное покрытие которой вместе с низовой гранью плотины образует отапливаемую греющими средствами полость, вмещающей в себя все турбинные водоводы и водосливную поверхность водосброса и обеспечивающей поддержание у низовой грани плотины положительную температуру в течение всего года. Этим самым для всей низовой грани плотины создают искусственный климат, близкий к оптимальному режиму, а именно: температура в полости всегда положительна, а сама полость защищена от атмосферных осадков. В результате такое тепловое воздействие обеспечивает целенаправленное, дополнительное относительно существующего обжатие бетона верховой грани плотины и горных пород в ее основании. Способ известен из источника [2, два последних абзаца], а оценка его эффективности дана в источнике [3].

Однако осуществление этого способа в полном объеме связано со сложными работами и высокими затратами.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ, согласно которому уменьшение растягивающих напряжений в бетоне у верховой грани плотины и в ее основании достигают путем теплового воздействия техническими средствами на тело верхнего арочного пояса и на вмещающие горные породы в местах примыкания его пят. При этом в качестве технических средств используют теплый воздух, подаваемый в продольные галереи и дренажные канавки, и воду, подогретую электронагревателями в тепловых скважинах [4].

Недостаток этого известного способа заключается в его недостаточно высокой эффективности из-за сложности работ и высоких затрат на их выполнение. Поэтому способ целесообразно применять в сочетании с другими более простыми и менее затратными способами.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности способа эксплуатации арочно-гравитационной плотины, в котором повышение температуры тела верхового арочного пояса плотины произведено посредством простых и низко затратных работ.

Указанная задача решается тем, что в способе эксплуатации бетонной арочно-гравитационной плотины, которая создает замерзающее водохранилище, а ее верховая грань обращена в южную сторону, согласно изобретению увеличивают интенсивность обогрева верхнего арочного пояса зимними солнечными лучами путем покрытия открытой поверхности льда слоем снега в заданной полосе, примыкающей к грани верхнего арочного пояса. Этот слой снега необходим для увеличения отражения солнечных лучей от зимней поверхности водохранилища.

Дополнительно:

- лед покрывают снегом путем задержания снега на поверхности льда преградами;

- верховую грань арочного пояса выше уровня льда в водохранилище покрывают слоем материала, который имеет темный цвет и увеличивает поглощение солнечных лучей арочным поясом;

- грань арочного пояса покрывают покрасочным слоем, который увеличивает коэффициент поглощения солнечных лучей до величины не менее 0,8.

Способность снега отражать солнечные лучи (лучистую энергию, радиацию, свет) примерно в два раза превышает такую способность льда. Коэффициент отражения солнечных лучей снега может достигать величины 0,9 и более. Падающие на снег перед верховой гранью плотины солнечные лучи отражаются и рассеиваются, при этом часть их возвращается в космос. Однако значительная часть отраженных солнечных лучей падает на верховую грань плотины и поглощается ею. В результате чего тело плотины, точнее ее верхнего арочного пояса, обогревается.

В настоящее время на СШГЭС гребень плотины превышает НПУ на 8 м, а УМО на 47 м. Поэтому расчетный уровень зимней поверхности водохранилища можно принять примерно на 15-20 м ниже гребня плотины, а ширину покрываемой снегом полосы, соответственно, примерно 45-60 м. Лед покрывают снегом путем его задержания временными преградами, например валками из снега, подаваемого с гребня плотины снегоуборочной машиной.

Дополнительно верховую грань арочного пояса плотины выше расчетного уровня льда в водохранилище целесообразно покрыть слоем лакокрасочного материала (краска, эмаль, лак), который имеет темный цвет и увеличивает коэффициент поглощения солнечных лучей до величины не менее 0,8.

В таких условиях в случае воспроизводства всех пунктов формулы изобретения существующий в настоящее время обогрев верхнего арочного пояса со стороны его верховой грани зимними солнечными лучами может увеличиться, по меньшей мере, в полтора раза. В результате чего заявителем ожидается при НПУ увеличение продольных напряжений сжатия в арочном поясе на 0,2 МПа, уменьшение наклона в сторону нижнего бьефа центральной секции плотины на 0,4 см и уменьшение в ней растягивающих консольных напряжений на 0,2 МПа.

Этот ожидаемый технический результат по отношению к плотине в целом невысокий. Однако он достигается малыми затратами, что обеспечивает способу высокую эффективность по отношению к ранее указанным и другим известным способам, в которых предусматриваются воздействия на напряженно-деформированное состояние бетонной арочной или арочно-гравитационной плотины и, в первую очередь, увеличение величины сжимающих напряжений в консолях.

Предложенный способ может быть воспроизведен как самостоятельно, так и совместно с другими способами аналогичного назначения.

Источники информации

1. Брызгалов В.И. Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций. Производственное издание. - Красноярск: Сибирский издательский дом «Суриков», 1999.

2. Ягин В.П. Турбинное водопроводящее сооружение // Гидротехническое строительство. 2005. №7.

3. Каганов Г.М., Волков В.И., Учеваткин А.А. Пути усиления некоторых типов арочных плотин в широких створах // Гидротехническое строительство. 2011. №8.

4. Патент Российской Федерации №2418911, кл. Е02В 7/10, опубл. 20.05.2011.

1. Способ эксплуатации бетонной арочно-гравитационной плотины, которая создает замерзающее водохранилище, а ее верховая грань обращена в южную сторону, заключающийся в увеличении интенсивности обогрева верхнего арочного пояса зимними солнечными лучами путем покрытия открытой поверхности льда в заданной полосе, примыкающей к грани верхнего арочного пояса, слоем снега, который необходим для увеличения отражения солнечных лучей от зимней поверхности водохранилища.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что лед покрывают снегом путем задержания снега на поверхности льда преградами.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что верховую грань арочного пояса выше уровня льда в водохранилище покрывают слоем материала, который имеет темный цвет и увеличивает поглощение солнечных лучей арочным поясом.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что грань арочного пояса покрывают покрасочным слоем, который увеличивает коэффициент поглощения солнечных лучей до величины не менее 0,8.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и эксплуатации бетонных арочно-гравитационных плотин, преимущественно в суровых климатических условиях.

Изобретение относится к гидротехническому строительству. .

Изобретение относится к гидротехническому строительству. .

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к возведению плотин арочного типа в условиях, требующих глубокой врезки плотины в скальное основание.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям. .

Изобретение относится к гидротехническому строительству. .

Плотина // 1477825
Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при строительстве водоудерживающих сооружений на скальном основании в широких створах.

Изобретение относится к гидротехническому строительству. .

Изобретение относится к гидротехническому строительству. .

Группа изобретений относится к области гидротехнического строительства. По предлагаемому способу монолитное железобетонное тело гравитационной плотины высотой Н0 (см) выполняют выпуклым в сторону водохранилища в виде арочного перекрытия русла реки. Тело плотины по высоте Н0 проектируют и изготавливают в продольных горизонтальных сечениях радиусом R (м). Бетонное тело плотины армируют металлическими стальными прутками, которые сваривают в пространственные решетки. Тело плотины снабжают эксплуатационными сливными водоводами с высоты НВ (см) верхнего бьефа воды в водохранилище до высоты НН (см) нижнего бьефа. Турбины генераторов электрического тока устанавливают на уровне НГ воды в реке за телом плотины в ее водопропускном канале. На входе эксплуатационный водосброс снабжают подвижными гидрозатворами. Статор генератора электрического тока замоноличивают в гнезде тела плотины, а ротор генератора крепят в статоре через крышку посредством резьбового соединения болтов и гаек. Горизонтальный угол контакта тела арочной плотины на уровне верхнего бьефа НВ воды в водохранилище принимают на основании модельных испытаний равным . При этом угол контакта тела арочной плотины в продольных горизонтальных сечениях с водой водохранилища выдерживают постоянным - const по всей высоте Н0 тела плотины, а радиус арочного тела плотины со стороны водохранилища выполняют переменным и равным - varir, где - расстояние между берегами в продольном вертикальном сечении по высоте Н0 тела плотины, заполненной водой, - угол внутреннего трения воды. Резьбовое соединение крышки ротора со стаканом статора генератора электрического тока и монолитное крепление стакана статора в теле плотины рассчитывают на усилие отрыва Nmax , которое рассчитывают по математической формуле. Угол контакта подошвы фундамента арочной плотины с материалом подстилающего основания в поперечных и, по возможности, в продольных вертикальных сечениях выдерживают постоянным - const, где - угол внутреннего трения материала основания. При равномерном распределении контактных напряжений на боковых сторонах тела плотины при контакте с водой водохранилища и воздухом атмосферы принимают глубину h погружения тела плотины без гравитационного бокового трещинообразования от верхнего бьефа НВ воды в водохранилище равной h В ≥ p В к р п / γ Б (см), где (кГ/см2) - предельно критическое разрушающее бетонное тело плотины давление, которое рассчитывают по математической формуле, и без гравитационного трещинообразования от верхнего среза тела плотины с противоположной стороны тела плотины от водохранилища - на глубине h Н ≥ p В к р п / ( γ Б + γ В ) (см), где γB=0,001 (кГ/см3) - удельный вес воды, а за условие отсутствия поверхностного трещинообразования на теле плотины на глубинах h>hB и h>hH соответственно со стороны водохранилища и с обратной стороны тела плотины принимают зависимость , где [σT]ст - допускаемое напряжение текучести при растяжении металла арматуры, для выполнения которого бетонное тело плотины армируют предварительно натянутыми стальными прутками. Заявленный способ и получаемое в процессе его осуществления устройство предотвращают аварийность гидроэлектростанции при водосбросе воды в водохранилище путем предотвращения на теле плотины развивающегося поверхностного и глубинного трещинообразования. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх