Рис. 11.1. Схемы подземных ГАЭС:
а – головная (ГАЭС Зеккинген в Германии); б – промежуточная (ГАЭС Длуге Стране в Чехии); в – концевая (ГАЭС Лаго-Делио в Италии): 1 – верхний бассейн; 2 – верховой насосотурбинный водовод; 3 – машинный зал; 4 – низовой насосотурбинный водовод; 5 – нижний бассейн; 6 – напорный туннель; 7 – уравнительный резервуар
гидрогеологическими условиями и параметрами. Поэтому имеет смысл привести более подробную информацию о технических решениях, примененных при проектировании водоприемника Загорской и Круонисской ГАЭС (рис. 11.2).
Рис. 11.2. Продольный разрез здания реверсивного водоприемника по оси водовода (размеры даны в см)
Водоприемники ГАЭС, оборудованных обратимыми гидроагрегатами, работают в сложных гидравлических условиях при конфузорных (турбинных) и диффузорных (насосных) режимах течения жидкости в водоводе. Эта двойственность функций водоприемных сооружений ГАЭС создает специфические проблемы – в отличие от аналогичных объектов деривационных ГЭС.
Диффузорные режимы характеризуются неравномерностью полей скоростей и давлений, ростом потерь энергии в водовыпуске с большими углами диффузорности, ухудшением условий работы механического оборудования. Гидравлические условия в водовыпуске могут значительно ухудшиться при задании на входе в него неравномерной эпюры скоростей (при наличии колена в узле сопряжения водоприемника с трубопроводом). Иначе говоря, при проектировании водоприемника-водовыпуска возникает противоречие между требованием обеспечения минимальных потерь в обжатом конфузорном входном оголовке турбинного водоприемника при сохранении нормативных скоростей (Vр ≤ 1,5 м/с) в створе сороудерживающей решетки (степень сужения м = 5–7) и стремлением снизить потери на этом же участке в насосном режиме работы при 134 уменьшении углов раскрытия диффузора (м ≤ 3). Это противоречие может быть разрешено либо за счет увеличения габаритов (длины) водоприемника, либо путем повышения допустимых скоростей на сороудерживающей решетке (снижение площади входа).
Для Загорской и Круонисской ГАЭС, оснащенных крупными обратимыми гидроагрегатами единичной мощностью 200/220 МВт с расходами 226/189 м3/с, были проведены модельные исследования целого ряда компоновок водоприемников с различными габаритами, углами диффузорности головного участка, формами и очертаниями границ и переходных участков. Основой для выбора оптимального варианта являлась минимизация функции потерь энергии в турбинном и насосном режимах.
Исследования показали, что минимуму суммарных потерь отвечают схемы водоприемников с углами общей диффузорности 8–12°, что коренным образом отличается от геометрии водоприемников ГЭС.
Исходя из результатов исследований для Загорской и Круонисской ГАЭС запроектирован вариант обжатого водоприемника с габаритами:
общая длина водоприемника Lв = 60,15 м = 8,17 Dтр; угол общей диффузорности (конфузорности) α = 8,1°; длина входного участка l1 = 22,2 м = 2,95 Dтр;
конфузорность (диффузорность) входного участка α1 = 17,5°; угол конфузорности в плане β1 =7,2°; очертание верхней грани оголовка по радиусу R = 4Dтр; длина прямолинейного участка l2 = 20,15 м = 2,87 Dтр; ширина прямолинейного участка b2 = 7,5 м = Dтр; длина переходника с квадрата на круг l3 = 15,5 м = 2,0 Dтр; угол конфузорности (диффузорности) переходника α = 4°.
Особенностью конструкции водоприемника является консольный оголовок, вынесенный из створа сооружения, что позволило наряду с сохранением требования по малым скоростям на входе обеспечить меньшие углы конфузорности (диффузорности) по длине головного участка при обжатых габаритах основных сооружений водоприемника.
В целом реверсивный водоприемник Загорской ГАЭС решен по схеме руслового здания ГЭС, то есть он непосредственно воспринимает напор верхнего бассейна. Продольный (по оси водовода) разрез водоприемника приведен на рис. 11.1.
В состав водоприемного узла входят следующие сооружения: двухъярусные подпорные стенки; собственно здание водоприемника; крепление подводящего канала; гидравлический железобетонный понур.
Первый ярус подпорных стенок расположен вдоль подводящего канала со стороны верхнего бассейна и вдоль трассы напорных трубопроводов. Второй ярус подпорных стенок стоит непосредственно на дамбах верхнего бассейна, прилегающих к зданию водоприемника. Стенки первого яруса запроектированы и выполнены уголкового типа из монолитного железобетона. Стенки второго яруса выполнены преимущественно ячеистого типа.
Водоприемник состоит из шести (по числу гидроагрегатов) водоподводящих галерей и башни управления затворами. Со стороны верхнего бьефа каждая галерея имеет раструб, обеспечивающий оптимальные гидравлические условия в турбинном и насосном режимах. Со стороны нижнего бьефа галереи примыкают к компенсаторам напорных трубопроводов.
Общая высота водоприемника – 48 м, размер вдоль потока – 70 м и поперек потока – 102 м. Конструкция здания водоприемника неразрезная. В верхней части предусмотрено устройство вилочных швов, а в строительный период – замыкающих блоков.
В фундаментной плите расположены две потерны. Одна из них – в примыкании к понуру – является «мокрой». Основное назначение этой потерны – контроль за поведением шпонок и пьезометрического уровня в основании водоприемника. Вторая потерна расположена в центральном зубе фундаментной плиты и является «сухой».
В устойных частях фундаментной плиты расположены пазы ремонтного затвора, а также машзал для управления аварийноремонтными затворами. В машзале предусмотрена монтажная площадка в зоне левого устоя. Машзал обслуживается мостовым краном грузоподъемностью 63 т.
В правом устое водоприемника располагаются поэтажно вспомогательные помещения: насосная пожаротушения, вентиляционные, комплектная трансформаторная подстанция 6,3/0,4 кВ, бытовые, компрессорная и т. д. Все отметки обслуживаются лифтом и соединены лестничной клеткой.
Противофильтрационный контур водоприемного узла включает:
гидравлический (отрезной) понур; дренаж под фундаментной плитой; шпунтовые диафрагмы в примыкании к дамбам; плоские фильтры у сопрягающих стенок второго яруса.
Понур по всему контуру имеет шпонки со стенками первого яруса и с водоприемником.
В конструктивном отношении здание водоприемника решается по аналогии со зданием ГАЭС с использованием монолитного бетона, армопанелей и тавровых балок.
