1、 Forma de diseño de las centrales hidroeléctricas
Las formas de diseño típicas de las centrales hidroeléctricas incluyen principalmente centrales hidroeléctricas de tipo presa, centrales hidroeléctricas de tipo lecho de río y centrales hidroeléctricas de tipo derivación.
Central hidroeléctrica de tipo presa: Utiliza una presa para elevar el nivel del agua del río y concentrar la carga hidroeléctrica. Construida frecuentemente en cañones de alta montaña, en los tramos medio y alto de los ríos, generalmente es una central hidroeléctrica de carga media a alta. El método de diseño más común es una central hidroeléctrica ubicada aguas abajo de la presa de contención, cerca del emplazamiento de la presa, que a su vez es una central hidroeléctrica detrás de la presa.
Central hidroeléctrica de lecho fluvial: Central hidroeléctrica donde la central, la compuerta de retención y la presa se disponen en hilera sobre el lecho fluvial para retener el agua conjuntamente. Construida a menudo en los tramos medio e inferior de los ríos, generalmente es una central hidroeléctrica de baja caída y alto caudal.
Central hidroeléctrica de derivación: Central hidroeléctrica que utiliza un canal de derivación para concentrar el caudal de un tramo de río y generar una carga de generación de energía. Suele construirse en los tramos medio y alto de ríos con bajo caudal y gran pendiente longitudinal.
2. Composición de los edificios del Centro Hidroeléctrico
Los edificios principales del proyecto del centro de la central hidroeléctrica incluyen: estructuras de retención de agua, estructuras de descarga, estructuras de entrada, estructuras de desviación y descarga, estructuras de nivel de agua, edificios de generación, transformación y distribución de energía, etc.
1. Estructuras de retención de agua: Las estructuras de retención de agua se utilizan para interceptar ríos, concentrar gotas y formar embalses, como presas, compuertas, etc.
2. Estructuras de liberación de agua: Las estructuras de liberación de agua se utilizan para liberar inundaciones, o liberar agua para uso aguas abajo, o liberar agua para bajar el nivel de agua de los embalses, como aliviaderos, túneles de aliviadero, salidas de fondo, etc.
3. Estructura de toma de agua de una central hidroeléctrica: La estructura de toma de agua de una central hidroeléctrica se utiliza para introducir agua en el canal de derivación, como una entrada profunda y poco profunda con presión o una entrada abierta sin presión.
4. Estructuras de desviación de agua y canal de descarga de las centrales hidroeléctricas: Las estructuras de desviación de agua de las centrales hidroeléctricas se utilizan para transportar el agua destinada a la generación de energía desde el embalse hasta la unidad de turbina-generador. La estructura de descarga de aguas residuales se utiliza para descargar el agua utilizada para la generación de energía al cauce del río aguas abajo. Entre las construcciones comunes se incluyen canales, túneles, tuberías de presión, etc., así como estructuras transversales como acueductos, alcantarillas, sifones invertidos, etc.
5. Estructuras hidroeléctricas de aguas planas: Las estructuras hidroeléctricas de aguas planas se utilizan para estabilizar los cambios de flujo y presión (profundidad del agua) provocados por cambios en la carga de la central hidroeléctrica en las estructuras de desviación o de aguas de cola, como la cámara de compensación en el canal de desviación presurizado y la cámara de presión al final del canal de desviación no presurizado.
6. Edificios de generación, transformación y distribución de energía: incluye la casa de máquinas principal (incluido el sitio de instalación) para instalar unidades generadoras de turbinas hidráulicas y su control, la casa de máquinas auxiliar de equipos auxiliares, el patio de transformadores para instalar transformadores y el tablero de distribución de alto voltaje para instalar dispositivos de distribución de alto voltaje.
7. Otros edificios: como barcos, árboles, peces, bloqueos de arena, lavado de arena, etc.
Clasificación común de las presas
Una presa se refiere a una presa que intercepta ríos y bloquea el agua, así como a una presa que bloquea el agua en embalses, ríos, etc. Según diferentes criterios de clasificación, pueden existir diferentes métodos de clasificación. La ingeniería se divide principalmente en los siguientes tipos:
1. Presa de gravedad
Una presa de gravedad es una presa construida con materiales como hormigón o piedra, que depende principalmente del peso propio del cuerpo de la presa para mantener la estabilidad.
El principio de funcionamiento de las presas de gravedad
Bajo la acción de la presión del agua y otras cargas, las presas de gravedad se basan principalmente en la fuerza antideslizante generada por su propio peso para cumplir con los requisitos de estabilidad. Al mismo tiempo, la tensión de compresión generada por el peso propio del cuerpo de la presa se utiliza para compensar la tensión de tracción causada por la presión del agua, con el fin de cumplir con los requisitos de resistencia. El perfil básico de la presa de gravedad es triangular. En el plano, el eje de la presa suele ser recto, y en ocasiones, para adaptarse al terreno, las condiciones geológicas o para cumplir con los requisitos de la disposición del eje, también puede disponerse como una línea discontinua o un arco con una ligera curvatura hacia aguas arriba.
Ventajas de las presas de gravedad
(1) La función estructural es clara, el método de diseño es simple, seguro y confiable. Según las estadísticas, la tasa de falla de las presas de gravedad es relativamente baja entre los diversos tipos de presas.
(2) Gran adaptabilidad al terreno y a las condiciones geológicas. Las presas de gravedad pueden construirse en cualquier forma de valle fluvial.
(3) El problema de la descarga de crecidas en el centro es fácil de resolver. Se pueden convertir presas de gravedad en estructuras de aliviadero o se pueden instalar pozos de drenaje a diferentes alturas del cuerpo de la presa. Generalmente, no se requiere la instalación de otro aliviadero ni túnel de drenaje, y la disposición del centro es compacta.
(4) Facilita la desviación de la construcción. Durante la construcción, el cuerpo de la presa puede utilizarse para la desviación, sin que se requiera un túnel de desviación adicional.
(5) Construcción conveniente.
Desventajas de las presas de gravedad
(1) El tamaño de la sección transversal del cuerpo de la presa es grande y se utiliza una gran cantidad de material.
(2) La tensión del cuerpo de la presa es baja y la resistencia del material no se puede utilizar por completo.
(3) La gran área de contacto entre el cuerpo de la presa y la base genera una alta presión de elevación en el fondo de la presa, lo que es desfavorable para la estabilidad.
(4) El volumen del cuerpo de la presa es grande y, debido al calor de hidratación y la retracción por endurecimiento del hormigón durante la construcción, se generarán tensiones de temperatura y retracción adversas. Por lo tanto, se requieren medidas estrictas de control de temperatura durante el vertido del hormigón.
2. Presa Arch
Una presa de arco es una estructura espacial fijada al lecho de roca, formando una forma de arco convexo en el plano hacia aguas arriba, y su perfil de corona de arco presenta una forma de curva vertical o convexa hacia aguas arriba.
Principio de funcionamiento de las presas de arco
La estructura de una presa de arco tiene efectos tanto de arco como de viga, y la carga que soporta se comprime parcialmente hacia ambas orillas a través de la acción del arco, mientras que la otra parte se transmite a la roca madre en el fondo de la presa a través de la acción de vigas verticales.
Características de las presas de arco
(1) Características de estabilidad. La estabilidad de las presas de arco depende principalmente de la fuerza de reacción en los extremos del arco a ambos lados, a diferencia de las presas de gravedad, que dependen de su propio peso para mantener la estabilidad. Por lo tanto, las presas de arco presentan altos requisitos en cuanto al terreno y las condiciones geológicas del emplazamiento, así como requisitos estrictos para el tratamiento de la cimentación.
(2) Características estructurales. Las presas de arco pertenecen a estructuras estáticamente indeterminadas de alto orden, con una alta capacidad de sobrecarga y alta seguridad. Cuando aumentan las cargas externas o una parte de la presa experimenta fisuración local, las acciones del arco y la viga del cuerpo de la presa se ajustan automáticamente, provocando una redistribución de tensiones en el cuerpo de la presa. La presa de arco es una estructura espacial integral, con un cuerpo ligero y resiliente. La práctica de la ingeniería ha demostrado que su resistencia sísmica también es alta. Además, al ser un arco una estructura de empuje que soporta principalmente presión axial, el momento flector dentro del arco es relativamente pequeño y la distribución de tensiones es relativamente uniforme, lo que favorece el desarrollo de la resistencia del material. Desde una perspectiva económica, las presas de arco son un tipo de presa muy superior.
(3) Características de carga. El cuerpo de la presa de arco no cuenta con juntas de expansión permanentes, y los cambios de temperatura y la deformación del lecho rocoso tienen un impacto significativo en la tensión del cuerpo de la presa. Al diseñar, es necesario considerar la deformación del lecho rocoso e incluir la temperatura como carga principal.
Debido al perfil delgado y la forma geométrica compleja de la presa de arco, la calidad de la construcción, la resistencia del material de la presa y los requisitos antifiltraciones son más estrictos que los de las presas de gravedad.
3. Presa de tierra y roca
Las presas de tierra-roca se refieren a presas construidas con materiales locales como tierra y piedra, y son el tipo de presa más antiguo de la historia. Son el tipo de construcción de presas más utilizado y de mayor desarrollo en el mundo.
Las razones de la aplicación generalizada y el desarrollo de las presas de roca de tierra
(1) Es posible obtener materiales localmente y en las cercanías, lo que ahorra una gran cantidad de cemento, madera y acero, y reduce el volumen de transporte externo en la obra. Casi cualquier material de tierra y piedra puede utilizarse para construir presas.
(2) Adaptables a diversas condiciones geológicas, climáticas y de terreno. Especialmente en climas rigurosos, condiciones geológicas complejas y zonas sísmicas de alta intensidad, las presas de tierra y roca son, de hecho, el único tipo de presa viable.
(3) El desarrollo de maquinaria de construcción de gran capacidad, multifuncional y de alta eficiencia ha aumentado la densidad de compactación de las presas de tierra y roca, ha reducido la sección transversal de las presas de tierra y roca, ha acelerado el progreso de la construcción, ha reducido los costos y ha promovido el desarrollo de la construcción de presas de tierra y roca de gran altura.
(4) Debido al desarrollo de la teoría de la mecánica geotécnica, los métodos experimentales y las técnicas computacionales, se ha mejorado el nivel de análisis y cálculo, se ha acelerado el progreso del diseño y se han garantizado aún más la seguridad y confiabilidad del diseño de presas.
(5) El desarrollo integral de la tecnología de diseño y construcción para apoyar proyectos de ingeniería tales como pendientes altas, estructuras de ingeniería subterráneas y disipación de energía del flujo de agua a alta velocidad y prevención de la erosión de presas de roca de tierra también ha jugado un papel importante de promoción en la aceleración de la construcción y promoción de presas de roca de tierra.
4. Presa de escollera
Una presa de enrocado se refiere generalmente a un tipo de presa construida mediante el lanzamiento, relleno y laminado de materiales pétreos. Dado que el enrocado es permeable, es necesario utilizar materiales como tierra, hormigón o asfalto como materiales impermeables.
Características de las presas de enrocado
(1) Características estructurales. La densidad del relleno de roca compactado es alta, la resistencia al corte es alta y la pendiente de la presa puede ser relativamente pronunciada. Esto no solo reduce la cantidad de relleno de la presa, sino que también reduce el ancho del fondo. La longitud de las estructuras de conducción y descarga de agua se puede reducir en consecuencia, y la disposición del eje es compacta, lo que reduce aún más la cantidad de ingeniería.
(2) Características de la construcción. Según la situación de tensión de cada parte del cuerpo de la presa, el relleno de roca puede dividirse en diferentes zonas, cumpliendo con los diferentes requisitos de materiales pétreos y compacidad de cada zona. Los materiales pétreos extraídos durante la construcción de las estructuras de drenaje en el centro pueden aprovecharse de forma completa y razonable, reduciendo el costo. La construcción de presas de relleno de roca con revestimiento de hormigón se ve menos afectada por las condiciones climáticas, como la temporada de lluvias y el frío extremo, y puede llevarse a cabo de forma relativamente equilibrada y normal.
(3) Características de operación y mantenimiento. La deformación por asentamiento del relleno de roca compactada es muy baja.
estación de bombeo
1、 Componentes básicos de la ingeniería de estaciones de bombeo
El proyecto de la estación de bombeo consta principalmente de salas de bombas, tuberías, edificios de entrada y salida de agua, y subestaciones, como se muestra en la figura. En la sala de bombas se instala una unidad que consta de una bomba de agua, un dispositivo de transmisión y una unidad de potencia, además de equipos auxiliares y equipos eléctricos. Las estructuras principales de entrada y salida de agua incluyen instalaciones de toma y derivación, así como estanques de entrada y salida (o torres de agua).
Las tuberías de la estación de bombeo incluyen tuberías de entrada y salida. La tubería de entrada conecta la fuente de agua con la entrada de la bomba, mientras que la tubería de salida conecta la salida de la bomba con el borde de salida.
Tras la puesta en funcionamiento de la estación de bombeo, el agua entra en la bomba a través del edificio de entrada y la tubería de entrada. Tras ser presurizada por la bomba, se dirige a la piscina de salida (o torre de agua) o a la red de tuberías, logrando así su función de elevación o transporte.
2、 Disposición del centro de la estación de bombeo
El diseño del centro de la ingeniería de estaciones de bombeo consiste en considerar exhaustivamente diversas condiciones y requisitos, determinar los tipos de edificios, organizar razonablemente sus posiciones relativas y gestionar sus interrelaciones. El diseño del centro se considera principalmente en función de las tareas que realiza la estación de bombeo. Cada estación de bombeo debe tener diferentes disposiciones para sus obras principales, como salas de bombas, tuberías de entrada y salida, y edificios de entrada y salida.
Los edificios auxiliares correspondientes, como alcantarillas y compuertas de control, deben ser compatibles con el proyecto principal. Además, considerando los requisitos de utilización integral, si existen necesidades de carreteras, transporte marítimo y paso de peces dentro del área de la estación, se debe considerar la relación entre el trazado de puentes, esclusas, rutas de pesca, etc., y el proyecto principal.
De acuerdo con las diferentes tareas que realizan las estaciones de bombeo, el diseño de los centros de estaciones de bombeo generalmente incluye varias formas típicas, como estaciones de bombeo de riego, estaciones de bombeo de drenaje y estaciones combinadas de riego y drenaje.
Una compuerta de agua es una estructura hidráulica de baja altura que utiliza compuertas para retener el agua y controlar la descarga. Suele construirse en las orillas de ríos, canales, embalses y lagos.
1、 Clasificación de las compuertas de agua de uso común
Clasificación según tareas realizadas por las compuertas de agua
Compuerta de control: Se construye en un río o canal para bloquear inundaciones, regular los niveles de agua o controlar el caudal de descarga. La compuerta de control ubicada en el cauce del río también se conoce como compuerta de bloqueo fluvial.
2. Compuerta de entrada: Se construye en la orilla de un río, embalse o lago para controlar el flujo de agua. La compuerta de entrada también se conoce como compuerta de entrada o compuerta de cabecera del canal.
3. Compuerta de desviación de inundaciones: Construida a menudo en una orilla del río, se utiliza para descargar las crecidas que exceden la capacidad de descarga segura del río aguas abajo hacia la zona de desviación de inundaciones (área de almacenamiento o detención de inundaciones) o aliviadero. La compuerta de desviación de inundaciones atraviesa el agua en ambas direcciones y, tras la inundación, el agua se almacena y se descarga al cauce del río desde aquí.
4. Compuerta de drenaje: Se suele construir a lo largo de las orillas de los ríos para eliminar el encharcamiento perjudicial para los cultivos en zonas interiores o bajas. La compuerta de drenaje también es bidireccional. Cuando el nivel del agua del río supera al del lago interior o la depresión, la compuerta de drenaje bloquea el agua para evitar que el río inunde tierras de cultivo o viviendas. Cuando el nivel del agua del río es inferior al del lago interior o la depresión, la compuerta de drenaje se utiliza principalmente para evitar el encharcamiento y el drenaje.
5. Compuerta de marea: Construida cerca del estuario, se cierra durante la marea alta para evitar el retorno del agua de mar. Abrir la compuerta para liberar agua durante la marea baja tiene la característica de bloquear el agua bidireccionalmente. Las compuertas de marea son similares a las compuertas de drenaje, pero se operan con mayor frecuencia. Cuando la marea en el mar exterior es mayor que la del río interior, se cierra la compuerta para evitar el retorno del agua de mar al río interior. Cuando la marea en mar abierto es menor que la del río en el mar interior, se abre la compuerta para liberar agua.
6. Compuerta de descarga de arena (compuerta de descarga de arena): Construida sobre un flujo de río fangoso, se utiliza para descargar sedimentos depositados frente a la compuerta de entrada, compuerta de control o sistema de canales.
7. Además, se encuentran instaladas compuertas de descarga de hielo y compuertas de aguas residuales para eliminar bloques de hielo, objetos flotantes, etc.
Según la forma estructural de la cámara de la compuerta, se puede dividir en tipo abierto, tipo de pared de pecho y tipo de alcantarilla, etc.
1. Tipo abierto: la superficie del flujo de agua a través de la compuerta no está obstruida y la capacidad de descarga es grande.
2. Tipo de pared de pecho: hay una pared de pecho encima de la compuerta, que puede reducir la fuerza sobre la compuerta durante el bloqueo de agua y aumentar la amplitud del bloqueo de agua.
3. Tipo de alcantarilla: Delante de la compuerta, hay un cuerpo de túnel presurizado o no presurizado, y la parte superior del túnel se cubre con tierra de relleno. Se utiliza principalmente para compuertas de agua pequeñas.
Según el tamaño del flujo de la compuerta, se puede dividir en tres formas: grande, mediano y pequeño.
Compuertas de agua de grandes dimensiones con caudal superior a 1000m3/s;
Una compuerta de agua de tamaño mediano con una capacidad de 100-1000m3/s;
Compuertas pequeñas con capacidad inferior a 100m3/s.
2、 Composición de las compuertas de agua
La compuerta de agua incluye principalmente tres partes: sección de conexión aguas arriba, cámara de compuerta y sección de conexión aguas abajo.
Sección de conexión aguas arriba: Esta sección se utiliza para guiar el flujo de agua hacia la cámara de la compuerta, proteger las orillas y el lecho del río de la erosión y, junto con la cámara, formar un contorno subterráneo antifiltraciones para garantizar la estabilidad antifiltraciones de las orillas y la cimentación de la compuerta. Generalmente, incluye muros de ala aguas arriba, lecho, surcos antierosión aguas arriba y protección de taludes a ambos lados.
Cámara de compuerta: Es la parte principal de la compuerta de agua, y su función es controlar el nivel y el flujo del agua, así como evitar filtraciones y erosión.
La estructura de la sección de la cámara de la compuerta incluye: compuerta, muelle de la compuerta, muelle lateral (muro de costa), placa de fondo, muro de contención, puente de trabajo, puente de tráfico, montacargas, etc.
La compuerta controla el flujo a través de ella. Se ubica en la placa inferior de la compuerta, abarcando el orificio y sostenida por el pilar. Se divide en compuerta de mantenimiento y compuerta de servicio.
La compuerta de trabajo se utiliza para bloquear el agua durante el funcionamiento normal y controlar el flujo de descarga;
La compuerta de mantenimiento se utiliza para la retención temporal de agua durante el mantenimiento.
El pilar de la puerta se utiliza para separar el agujero de la bahía y sostener la puerta, el muro de contención, el puente de trabajo y el puente de tráfico.
El pilar de la compuerta transmite la presión del agua soportada por la compuerta, el muro de contención y la capacidad de retención de agua del propio pilar de la compuerta a la placa inferior;
El muro pectoral se instala encima de la compuerta de trabajo para ayudar a retener el agua y reducir en gran medida el tamaño de la compuerta.
El muro pectoral también se puede convertir en uno de tipo móvil, y en caso de inundaciones catastróficas, se puede abrir para aumentar el flujo de descarga.
La placa inferior es la base de la cámara y se utiliza para transmitir el peso y la carga de la estructura superior a la cimentación. La cámara construida sobre una cimentación blanda se estabiliza principalmente por la fricción entre la placa inferior y la cimentación, y esta placa también cumple las funciones de antifiltración y antisocavación.
Los puentes de trabajo y los puentes de tráfico se utilizan para instalar equipos de elevación, operar puertas y conectar el tráfico a través del estrecho.
Sección de conexión aguas abajo: se utiliza para eliminar la energía restante del flujo de agua que pasa a través de la compuerta, guiar la difusión uniforme del flujo de agua fuera de la compuerta, ajustar la distribución de la velocidad del flujo y ralentizar la velocidad del flujo, y evitar la erosión aguas abajo después de que el agua sale de la compuerta.
Generalmente incluye un estanque amortiguador, una plataforma, un faldón, un canal antisocavación aguas abajo, muros de ala aguas abajo y protección de taludes en ambos lados.
Hora de publicación: 21 de noviembre de 2023
