1、 Schema di disposizione delle centrali idroelettriche
Le tipologie di disposizione tipiche delle centrali idroelettriche includono principalmente centrali idroelettriche di tipo a diga, centrali idroelettriche di tipo a letto di fiume e centrali idroelettriche di tipo a deviazione.
Centrale idroelettrica a diga: utilizza uno sbarramento per innalzare il livello dell'acqua nel fiume, al fine di concentrarne il carico idroelettrico. Spesso costruita in canyon di alta montagna, nel corso medio e superiore dei fiumi, si tratta generalmente di una centrale idroelettrica a salto medio-alto. Il metodo di progettazione più comune prevede una centrale idroelettrica situata a valle della diga di contenimento, vicino al sito della diga stessa, che a sua volta è una centrale idroelettrica a monte della diga.
Centrale idroelettrica a letto fluviale: una centrale idroelettrica in cui la centrale, la paratoia e la diga sono disposte in fila sul letto del fiume per trattenere l'acqua congiuntamente. Spesso costruita nel corso medio e inferiore dei fiumi, si tratta generalmente di una centrale idroelettrica a bassa caduta e alta portata.
Centrale idroelettrica a deviazione: una centrale idroelettrica che utilizza un canale di deviazione per concentrare il dislivello di un tratto fluviale e creare un salto di generazione. Viene spesso costruita nel corso medio e superiore di fiumi con bassa portata e ampia pendenza longitudinale.
2. Composizione degli edifici del polo idroelettrico
Gli edifici principali del progetto del polo della centrale idroelettrica comprendono: strutture di contenimento delle acque, strutture di scarico, strutture di ingresso, strutture di deviazione e di restituzione, strutture per l'acqua di livello, edifici per la produzione, trasformazione e distribuzione di energia, ecc.
1. Strutture di contenimento dell'acqua: le strutture di contenimento dell'acqua vengono utilizzate per intercettare i fiumi, concentrare le gocce e formare bacini idrici, come dighe, paratoie, ecc.
2. Strutture di rilascio dell'acqua: le strutture di rilascio dell'acqua vengono utilizzate per rilasciare le inondazioni, o rilasciare acqua per l'uso a valle, o rilasciare acqua per abbassare il livello dell'acqua dei bacini idrici, come sfioratori, tunnel di sfioratori, scarichi di fondo, ecc.
3. Struttura di presa dell'acqua di una centrale idroelettrica: la struttura di presa dell'acqua di una centrale idroelettrica viene utilizzata per immettere acqua nel canale di deviazione, ad esempio in un ingresso profondo e poco profondo con pressione o in un ingresso aperto senza pressione.
4. Strutture di derivazione e di scarico delle centrali idroelettriche: le strutture di derivazione delle centrali idroelettriche vengono utilizzate per trasportare l'acqua di produzione di energia dal bacino al gruppo turbina-generatore; la struttura di scarico delle acque di scarico viene utilizzata per scaricare l'acqua utilizzata per la produzione di energia nel canale fluviale a valle. Tra le strutture più comuni figurano canali, gallerie, condotte forzate, ecc., nonché strutture trasversali come acquedotti, tombini, sifoni invertiti, ecc.
5. Strutture idroelettriche per acque piatte: le strutture idroelettriche per acque piatte vengono utilizzate per stabilizzare le variazioni di portata e pressione (profondità dell'acqua) causate da variazioni del carico della centrale idroelettrica nelle strutture di deviazione o di coda, come la camera di compensazione nel canale di deviazione pressurizzato e il bacino di alimentazione in pressione alla fine del canale di deviazione non pressurizzato.
6. Edifici per la produzione, trasformazione e distribuzione di energia: compresa la centrale elettrica principale (compreso il sito di installazione) per l'installazione di unità di generatori a turbina idraulica e del relativo controllo, la centrale elettrica ausiliaria per le apparecchiature ausiliarie, il piazzale dei trasformatori per l'installazione dei trasformatori e l'apparecchiatura di commutazione ad alta tensione per l'installazione di dispositivi di distribuzione ad alta tensione.
7. Altri edifici: come navi, alberi, pesci, blocchi di sabbia, scarico di sabbia, ecc.
Classificazione comune delle dighe
Con diga si intende una diga che intercetta i fiumi e blocca l'acqua, così come una diga che blocca l'acqua in bacini artificiali, fiumi, ecc. In base a diversi criteri di classificazione, possono essere utilizzati diversi metodi di classificazione. L'ingegneria si suddivide principalmente nei seguenti tipi:
1. Diga a gravità
Una diga a gravità è una diga costruita con materiali quali cemento o pietra, che sfrutta principalmente il peso proprio del corpo della diga per mantenere la stabilità.
Il principio di funzionamento delle dighe a gravità
Sotto l'azione della pressione dell'acqua e di altri carichi, le dighe a gravità si affidano principalmente alla forza antislittamento generata dal peso proprio della diga per soddisfare i requisiti di stabilità; allo stesso tempo, la sollecitazione di compressione generata dal peso proprio del corpo diga viene utilizzata per compensare la sollecitazione di trazione causata dalla pressione dell'acqua, al fine di soddisfare i requisiti di resistenza. Il profilo di base della diga a gravità è triangolare. Sul piano, l'asse della diga è solitamente rettilineo e, a volte, per adattarsi al terreno, alle condizioni geologiche o per soddisfare i requisiti di configurazione del mozzo, può anche essere disposto come una linea spezzata o un arco con una leggera curvatura verso monte.
Vantaggi delle dighe a gravità
(1) La funzione strutturale è chiara, il metodo di progettazione è semplice, sicuro e affidabile. Secondo le statistiche, il tasso di fallimento delle dighe a gravità è relativamente basso tra i vari tipi di dighe.
(2) Forte adattabilità al terreno e alle condizioni geologiche. Le dighe a gravità possono essere costruite in qualsiasi forma di valle fluviale.
(3) Il problema dello scarico delle piene al centro della diga è di facile soluzione. Le dighe a gravità possono essere trasformate in strutture di sfioro, oppure è possibile predisporre fori di drenaggio a diverse altezze del corpo diga. Generalmente, non è necessario installare un ulteriore sfioratore o un tunnel di drenaggio e la configurazione del centro della diga è compatta.
(4) Conveniente per la deviazione dei lavori di costruzione. Durante il periodo di costruzione, il corpo della diga può essere utilizzato per la deviazione e, in genere, non è necessaria alcuna galleria di deviazione aggiuntiva.
(5) Costruzione conveniente.
Svantaggi delle dighe a gravità
(1) La sezione trasversale del corpo della diga è grande e viene utilizzata una grande quantità di materiale.
(2) La sollecitazione del corpo della diga è bassa e la resistenza del materiale non può essere pienamente utilizzata.
(3) L'ampia area di contatto tra il corpo della diga e la fondazione determina un'elevata pressione di sollevamento sul fondo della diga, il che è sfavorevole per la stabilità.
(4) Il volume del corpo della diga è elevato e, a causa del calore di idratazione e del ritiro da indurimento del calcestruzzo durante la fase di costruzione, si genereranno sollecitazioni di temperatura e ritiro sfavorevoli. Pertanto, sono necessarie rigorose misure di controllo della temperatura durante il getto del calcestruzzo.
2. Diga ad arco
Una diga ad arco è una struttura a guscio spaziale fissata alla roccia madre, che forma un arco convesso sul piano verso monte, mentre il profilo della sua corona presenta una curva verticale o convessa verso monte.
Principio di funzionamento delle dighe ad arco
La struttura di una diga ad arco presenta sia effetti arco che trave e il carico che sostiene viene in parte compresso verso entrambe le sponde attraverso l'azione dell'arco, mentre l'altra parte viene trasmessa al substrato roccioso sul fondo della diga attraverso l'azione delle travi verticali.
Caratteristiche delle dighe ad arco
(1) Caratteristiche di stabilità. La stabilità delle dighe ad arco si basa principalmente sulla forza di reazione alle estremità dell'arco su entrambi i lati, a differenza delle dighe a gravità che si affidano al peso proprio per mantenere la stabilità. Pertanto, le dighe ad arco presentano requisiti elevati per quanto riguarda il terreno e le condizioni geologiche del sito della diga, nonché requisiti rigorosi per il trattamento delle fondazioni.
(2) Caratteristiche strutturali. Le dighe ad arco appartengono a strutture staticamente indeterminate di ordine elevato, con elevata capacità di sovraccarico ed elevata sicurezza. Quando i carichi esterni aumentano o una parte della diga subisce fessurazioni locali, le azioni dell'arco e della trave del corpo diga si autoaggiustano, causando una ridistribuzione delle sollecitazioni al suo interno. La diga ad arco è una struttura spaziale complessiva, con un corpo leggero e resiliente. La pratica ingegneristica ha dimostrato che anche la sua resistenza sismica è elevata. Inoltre, poiché un arco è una struttura di spinta che sopporta principalmente la pressione assiale, il momento flettente all'interno dell'arco è relativamente piccolo e la distribuzione delle sollecitazioni è relativamente uniforme, il che favorisce l'esercizio della resistenza del materiale. Da un punto di vista economico, le dighe ad arco sono una tipologia di diga decisamente superiore.
(3) Caratteristiche del carico. Il corpo della diga ad arco non presenta giunti di dilatazione permanenti e le variazioni di temperatura e la deformazione del substrato roccioso hanno un impatto significativo sulle sollecitazioni del corpo della diga. In fase di progettazione, è necessario considerare la deformazione del substrato roccioso e includere la temperatura come carico principale.
Grazie al profilo sottile e alla complessa forma geometrica della diga ad arco, la qualità della costruzione, la resistenza del materiale della diga e i requisiti anti-infiltrazione sono più rigorosi rispetto a quelli delle dighe a gravità.
3. Diga in terra e roccia
Le dighe in terra-roccia sono dighe realizzate con materiali locali come terra e pietra e rappresentano il tipo di diga più antico della storia. Le dighe in terra-roccia sono il tipo di costruzione di dighe più diffuso e in rapido sviluppo al mondo.
Le ragioni dell'applicazione diffusa e dello sviluppo delle dighe in terra e roccia
(1) È possibile reperire materiali localmente e nelle vicinanze, risparmiando una grande quantità di cemento, legno e acciaio e riducendo il volume di trasporto esterno in cantiere. Quasi tutti i materiali, in terra e pietra, possono essere utilizzati per costruire dighe.
(2) In grado di adattarsi a diverse condizioni geologiche, pedologiche e climatiche. Soprattutto in climi rigidi, condizioni geologiche ingegneristiche complesse e aree sismiche ad alta intensità, le dighe in terra-roccia sono di fatto l'unica tipologia di diga realizzabile.
(3) Lo sviluppo di macchinari da costruzione di grande capacità, multifunzionali e ad alta efficienza ha aumentato la densità di compattazione delle dighe in terra e roccia, ridotto la sezione trasversale delle dighe in terra e roccia, accelerato il progresso della costruzione, ridotto i costi e promosso lo sviluppo di costruzioni di dighe in terra e roccia di grandi dimensioni.
(4) Grazie allo sviluppo della teoria della meccanica geotecnica, dei metodi sperimentali e delle tecniche computazionali, il livello di analisi e calcolo è stato migliorato, il progresso della progettazione è stato accelerato e la sicurezza e l'affidabilità della progettazione delle dighe sono state ulteriormente garantite.
(5) Lo sviluppo completo della progettazione e della tecnologia di costruzione per supportare progetti di ingegneria quali pendenze elevate, strutture di ingegneria sotterranee e dissipazione di energia del flusso d'acqua ad alta velocità e prevenzione dell'erosione delle dighe in terra e roccia ha inoltre svolto un importante ruolo di promozione nell'accelerare la costruzione e la promozione delle dighe in terra e roccia.
4. Diga in roccia
Il termine "diga in roccia" si riferisce generalmente a un tipo di diga costruita utilizzando metodi come il lancio, il riempimento e la laminazione di materiali lapidei. Poiché la roccia è permeabile, è necessario utilizzare materiali come terra, calcestruzzo o conglomerato bituminoso come materiali impermeabili.
Caratteristiche delle dighe in roccia
(1) Caratteristiche strutturali. La densità del riempimento roccioso compattato è elevata, la resistenza al taglio è elevata e la pendenza della diga può essere relativamente ripida. Ciò non solo consente di risparmiare la quantità di riempimento della diga, ma riduce anche la larghezza del fondo della diga. La lunghezza delle strutture di adduzione e scarico dell'acqua può essere ridotta di conseguenza e la configurazione del mozzo è compatta, riducendo ulteriormente la quantità di opere ingegneristiche.
(2) Caratteristiche costruttive. In base alle condizioni di stress di ciascuna parte del corpo diga, il corpo in roccia può essere suddiviso in diverse zone, soddisfacendo requisiti diversi per i materiali lapidei e la compattezza di ciascuna zona. I materiali lapidei di scavo durante la costruzione delle strutture di drenaggio nel mozzo possono essere impiegati in modo completo e razionale, riducendo i costi. La costruzione di dighe in roccia con rivestimento in calcestruzzo è meno influenzata dalle condizioni climatiche, come la stagione delle piogge e il freddo intenso, e può essere eseguita in modo relativamente equilibrato e normale.
(3) Caratteristiche di esercizio e manutenzione. La deformazione da cedimento del riempimento roccioso compattato è molto ridotta.
stazione di pompaggio
1、 Componenti di base dell'ingegneria della stazione di pompaggio
Il progetto della stazione di pompaggio comprende principalmente sale pompe, condotte, edifici di ingresso e uscita dell'acqua e sottostazioni, come mostrato in figura. Nella sala pompe è installata un'unità composta da pompa dell'acqua, dispositivo di trasmissione e gruppo di alimentazione, oltre ad apparecchiature ausiliarie e apparecchiature elettriche. Le principali strutture di ingresso e uscita dell'acqua includono impianti di presa e derivazione dell'acqua, nonché vasche di ingresso e uscita (o torri idrauliche).
Le tubazioni della stazione di pompaggio includono tubi di ingresso e di uscita. Il tubo di ingresso collega la fonte idrica all'ingresso della pompa dell'acqua, mentre il tubo di uscita è una tubazione che collega l'uscita della pompa dell'acqua al bordo di uscita.
Una volta messa in funzione la stazione di pompaggio, l'acqua può entrare nella pompa attraverso l'edificio di ingresso e il tubo di ingresso. Dopo essere stata pressurizzata dalla pompa, l'acqua viene inviata alla vasca di scarico (o torre idrica) o alla rete di condotte, raggiungendo così lo scopo di sollevare o trasportare acqua.
2、 Disposizione del mozzo della stazione di pompaggio
La progettazione del layout principale di una stazione di pompaggio prevede la considerazione completa di diverse condizioni e requisiti, la determinazione delle tipologie di edifici, la loro disposizione razionale e la gestione delle loro interrelazioni. Il layout del layout principale viene considerato principalmente in base alle attività svolte dalla stazione di pompaggio. Diverse stazioni di pompaggio dovrebbero prevedere configurazioni diverse per le loro funzioni principali, come sale pompe, condotte di ingresso e uscita ed edifici di ingresso e uscita.
Gli edifici ausiliari corrispondenti, come tombini e paratoie di controllo, devono essere compatibili con il progetto principale. Inoltre, tenendo conto dei requisiti di utilizzo completo, qualora all'interno dell'area della stazione siano presenti requisiti per strade, trasporto marittimo e passaggio per pesci, è necessario valutare la relazione tra la disposizione di ponti stradali, chiuse per le navi, percorsi per pesci, ecc. e il progetto principale.
In base alle diverse funzioni svolte dalle stazioni di pompaggio, la disposizione dei centri delle stazioni di pompaggio comprende generalmente diverse forme tipiche, come stazioni di pompaggio per l'irrigazione, stazioni di pompaggio per il drenaggio e stazioni combinate di irrigazione per il drenaggio.
Una paratoia è una struttura idraulica a bassa portata che utilizza paratoie per trattenere l'acqua e controllarne lo scarico. Viene spesso costruita sulle rive di fiumi, canali, bacini artificiali e laghi.
1、 Classificazione delle paratoie d'acqua comunemente utilizzate
Classificazione in base ai compiti svolti dalle paratoie d'acqua
1. Paratoia di controllo: costruita su un fiume o un canale per bloccare le inondazioni, regolare i livelli dell'acqua o controllare il flusso di scarico. La paratoia di controllo situata sul canale fluviale è anche nota come paratoia di blocco fluviale.
2. Paratoia di presa: costruita sulla riva di un fiume, di un bacino idrico o di un lago per controllare il flusso dell'acqua. La paratoia di presa è anche nota come paratoia di presa o paratoia di testa del canale.
3. Paratoia di deviazione delle piene: spesso costruita su una sponda del fiume, viene utilizzata per scaricare l'acqua in eccesso rispetto alla capacità di scarico sicura del fiume a valle nell'area di deviazione delle piene (area di stoccaggio o di contenimento delle piene) o nello sfioratore. La paratoia di deviazione delle piene attraversa l'acqua in entrambe le direzioni e, dopo la piena, l'acqua viene immagazzinata e scaricata nel canale fluviale da qui.
4. Paratoia di drenaggio: spesso costruita lungo le rive dei fiumi per rimuovere i ristagni d'acqua dannosi per le colture nelle zone interne o di bassa quota. La paratoia di drenaggio è anche bidirezionale. Quando il livello dell'acqua del fiume è superiore a quello del lago interno o della depressione, la paratoia di drenaggio blocca principalmente l'acqua per impedire al fiume di allagare terreni agricoli o edifici residenziali; quando il livello dell'acqua del fiume è inferiore a quello del lago interno o della depressione, la paratoia di drenaggio viene utilizzata principalmente per rimuovere i ristagni d'acqua e drenare.
5. Paratoia di marea: costruita vicino all'estuario del mare, viene chiusa durante l'alta marea per impedire il riflusso dell'acqua marina; l'apertura della paratoia per far defluire l'acqua durante la bassa marea ha la caratteristica di bloccare l'afflusso in entrambe le direzioni. Le paratoie di marea sono simili alle paratoie di drenaggio, ma vengono azionate più frequentemente. Quando la marea nel mare aperto è più alta di quella nel fiume interno, la paratoia viene chiusa per impedire il riflusso dell'acqua marina nel fiume interno; quando la marea in mare aperto è più bassa del livello dell'acqua del fiume nel mare interno, la paratoia viene aperta per far defluire l'acqua.
6. Paratoia di scarico della sabbia (paratoia di scarico della sabbia): costruita su un corso d'acqua fangoso, viene utilizzata per scaricare i sedimenti depositati davanti alla paratoia di ingresso, alla paratoia di controllo o al sistema di canali.
7. Inoltre, sono presenti paratoie per lo scarico del ghiaccio e paratoie per le acque reflue, atte a rimuovere blocchi di ghiaccio, oggetti galleggianti, ecc.
In base alla forma strutturale della camera di ingresso, questa può essere divisa in tipo aperto, tipo a parete di fondo e tipo a canaletta, ecc.
1. Tipo aperto: la superficie del flusso dell'acqua attraverso la saracinesca non è ostruita e la capacità di scarico è ampia.
2. Tipo di parete mammaria: sopra la saracinesca è presente una parete mammaria, che può ridurre la forza sulla saracinesca durante il blocco dell'acqua e aumentare l'ampiezza del blocco dell'acqua.
3. Tipo di canaletta: davanti alla paratoia, c'è un corpo di galleria pressurizzato o non pressurizzato, la cui sommità è ricoperta di terreno di riempimento. Utilizzato principalmente per piccole paratoie per l'acqua.
In base alla dimensione del flusso del cancello, questo può essere suddiviso in tre forme: grande, medio e piccolo.
Grandi paratoie d'acqua con portata superiore a 1000 m3/s;
Una paratoia di medie dimensioni con una capacità di 100-1000 m3/s;
Piccole chiuse con capacità inferiore a 100 m3/s.
2、 Composizione delle porte d'acqua
La paratoia d'acqua comprende principalmente tre parti: sezione di collegamento a monte, camera della paratoia e sezione di collegamento a valle,
Sezione di collegamento a monte: la sezione di collegamento a monte viene utilizzata per guidare il flusso d'acqua in modo fluido nella camera di paratoia, proteggere sia le sponde che l'alveo dall'erosione e, insieme alla camera, formare un contorno sotterraneo anti-infiltrazione per garantire la stabilità anti-infiltrazione sia delle sponde che delle fondazioni della paratoia in caso di infiltrazione. Generalmente, include pareti laterali a monte, letto di fondazione, solchi antierosione a monte e protezione del pendio su entrambi i lati.
Camera di saracinesca: è la parte principale della paratoia e la sua funzione è quella di controllare il livello e il flusso dell'acqua, nonché di prevenire infiltrazioni ed erosione.
La struttura della sezione della camera di saracinesca comprende: paratoia, pilastro della paratoia, pilastro laterale (parete di riva), piastra di fondo, parete di fondo, ponte di lavoro, ponte stradale, paranco, ecc.
La paratoia serve a controllare il flusso attraverso la paratoia stessa; è posizionata sulla piastra inferiore della paratoia, attraversando l'orifizio e sostenuta dal pilastro della paratoia. La paratoia si divide in paratoia di manutenzione e paratoia di servizio.
La saracinesca di lavoro viene utilizzata per bloccare l'acqua durante il normale funzionamento e controllare il flusso di scarico;
Il cancello di manutenzione viene utilizzato per trattenere temporaneamente l'acqua durante la manutenzione.
Il pilastro del cancello viene utilizzato per separare il foro della baia e sostenere il cancello, il muro di cinta, il ponte di servizio e il ponte stradale.
Il pilastro della saracinesca trasmette la pressione dell'acqua sopportata dalla paratoia, dalla parete di fondo e la capacità di ritenzione idrica del pilastro della saracinesca stesso alla piastra inferiore;
La paratia è installata sopra la saracinesca di lavoro per aiutare a trattenere l'acqua e ridurre notevolmente le dimensioni della saracinesca.
La parete toracica può anche essere di tipo mobile e, in caso di inondazioni catastrofiche, può essere aperta per aumentare il flusso di scarico.
La piastra inferiore costituisce la base della camera e serve a trasmettere il peso e il carico della struttura superiore della camera alle fondamenta. La camera costruita su una base morbida è stabilizzata principalmente dall'attrito tra la piastra inferiore e la base stessa, e la piastra inferiore svolge anche funzioni anti-infiltrazione e anti-erosione.
I ponti di lavoro e i ponti stradali vengono utilizzati per installare attrezzature di sollevamento, azionare cancelli e collegare il traffico attraverso lo stretto.
Sezione di collegamento a valle: utilizzata per eliminare l'energia residua del flusso d'acqua che passa attraverso la paratoia, guidare la diffusione uniforme del flusso d'acqua fuori dalla paratoia, regolare la distribuzione della velocità del flusso e rallentare la velocità del flusso, nonché prevenire l'erosione a valle dopo che l'acqua è uscita dalla paratoia.
In genere, comprende una piscina di calma, un piazzale, un canale antierosione a valle, paratie laterali a valle e protezione del pendio su entrambi i lati.
Data di pubblicazione: 21-11-2023
