1. Схема расположения гидроэлектростанций
Типичные формы компоновки гидроэлектростанций включают в себя, главным образом, гидроэлектростанции плотинного типа, гидроэлектростанции руслового типа и гидроэлектростанции отводного типа.
Гидроэлектростанция плотинного типа: использует плотину для повышения уровня воды в реке с целью концентрации водного потока. Часто строится в высоких горных каньонах в среднем и верхнем течении рек, как правило, это гидроэлектростанция со средним или высоким напором. Наиболее распространенный способ компоновки — это гидроэлектростанция, расположенная ниже по течению от удерживающей плотины, вблизи места её расположения, то есть гидроэлектростанция за плотиной.
Гидроэлектростанция речного типа: Гидроэлектростанция, в которой электростанция, водоудерживающий затвор и плотина расположены в ряд на русле реки для совместного удержания воды. Часто строится в среднем и нижнем течении рек и, как правило, представляет собой гидроэлектростанцию с низким напором и высоким расходом воды.
Гидроэлектростанция отводного типа: гидроэлектростанция, использующая отводной канал для концентрации перепада высот в русле реки с целью создания напора для выработки электроэнергии. Часто строится в среднем и верхнем течении рек с низким уровнем воды и большим продольным уклоном.
2. Состав зданий гидроэнергетического узла
Основные здания проекта строительства гидроэлектростанции включают в себя: водоудерживающие сооружения, водосбросные сооружения, водозаборные сооружения, отводные и отводные сооружения, сооружения для регулирования уровня воды, здания для выработки, преобразования и распределения электроэнергии и т. д.
1. Водоудерживающие сооружения: Водоудерживающие сооружения используются для перехвата рек, концентрации капель и образования водохранилищ, например, плотины, затворы и т. д.
2. Водосбросные сооружения: Водосбросные сооружения используются для сброса паводковых вод, сброса воды для нужд ниже по течению или сброса воды для понижения уровня воды в водохранилищах, например, водосбросы, водосбросные туннели, донные водоотводы и т. д.
3. Водозаборное сооружение гидроэлектростанции: Водозаборное сооружение гидроэлектростанции используется для подачи воды в водоотводный канал, например, глубокий и мелкий вход под давлением или открытый вход без давления.
4. Водоотводные и отводные сооружения гидроэлектростанций: Водоотводные сооружения гидроэлектростанций используются для транспортировки воды, используемой для выработки электроэнергии, из водохранилища к турбогенераторной установке; отводные сооружения используются для сброса воды, используемой для выработки электроэнергии, в русло реки ниже по течению. К распространенным сооружениям относятся каналы, туннели, напорные трубопроводы и т. д., а также поперечные сооружения, такие как акведуки, водопропускные трубы, перевернутые сифоны и т. д.
5. Гидроэлектростанции с пологим водоразделом: Гидроэлектростанции с пологим водоразделом используются для стабилизации изменений расхода и давления (глубины воды), вызванных изменениями нагрузки гидроэлектростанции, в водоотводных или водосбросных сооружениях, таких как уравнительная камера в напорном водоотводном канале и напорный водосбор в конце ненапорного водоотводного канала.
6. Здания для выработки, преобразования и распределения электроэнергии: включая главный машинный зал (включая место установки) для монтажа гидротурбинных генераторных установок и систем управления ими, вспомогательное машинное отделение, трансформаторную подстанцию для установки трансформаторов и высоковольтное распределительное устройство для установки высоковольтных распределительных устройств.
7. Другие сооружения: такие как корабли, деревья, рыбные сооружения, песчаные заграждения, сооружения для промывки песка и т. д.
Общая классификация плотин
Под плотиной понимается плотина, перекрывающая реки и блокирующая воду, а также плотина, блокирующая воду в водохранилищах, реках и т. д. В зависимости от критериев классификации могут применяться различные методы классификации. Инженерные сооружения в основном делятся на следующие типы:
1. Гравитационная плотина
Гравитационная плотина — это плотина, построенная из таких материалов, как бетон или камень, устойчивость которой обеспечивается главным образом собственным весом тела плотины.
Принцип работы гравитационных плотин
Под действием давления воды и других нагрузок гравитационные плотины в основном полагаются на противоскользящую силу, создаваемую собственным весом плотины, для обеспечения устойчивости; одновременно с этим, сжимающее напряжение, создаваемое собственным весом тела плотины, используется для компенсации растягивающего напряжения, вызванного давлением воды, для обеспечения требуемой прочности. Базовый профиль гравитационной плотины — треугольный. В плоскости ось плотины обычно прямая, но иногда, для адаптации к рельефу местности, геологическим условиям или для удовлетворения требований к компоновке, она может быть выполнена в виде ломаной линии или арки с небольшой кривизной в сторону верхнего течения.
Преимущества гравитационных плотин
(1) Структурная функция ясна, метод проектирования прост, а сама конструкция безопасна и надежна. Согласно статистике, частота отказов гравитационных плотин относительно низка среди различных типов плотин.
(2) Высокая адаптивность к рельефу и геологическим условиям. Гравитационные плотины могут быть построены в любой форме речной долины.
(3) Проблема сброса паводковых вод в центре легко решается. Гравитационные плотины можно превратить в переливные сооружения, или можно установить дренажные отверстия на разной высоте тела плотины. Как правило, нет необходимости устанавливать еще один водосброс или дренажный туннель, а компоновка центра компактна.
(4) Удобно для отвода воды во время строительства. В период строительства тело плотины можно использовать для отвода воды, и, как правило, не требуется дополнительный отводной туннель.
(5) Удобная конструкция.
Недостатки гравитационных плотин
(1) Размер поперечного сечения тела плотины велик, и используется большое количество материала.
(2) Напряжение в теле плотины низкое, и прочность материала не может быть использована в полной мере.
(3) Большая площадь контакта между телом плотины и фундаментом приводит к высокому давлению подъема в основании плотины, что неблагоприятно для устойчивости.
(4) Объем тела плотины велик, и из-за теплоты гидратации и усадки бетона при затвердении в период строительства возникают неблагоприятные температурные и усадочные напряжения. Поэтому при заливке бетона необходимы строгие меры контроля температуры.
2. Арочная плотина
Арочная плотина представляет собой пространственную оболочечную конструкцию, закрепленную на скальном основании и образующую выпуклую арку в плоскости, обращенной к течению, а профиль ее свода имеет вертикальную или выпуклую кривую форму в направлении к течению.
Принцип работы арочных плотин
Конструкция арочной плотины сочетает в себе как арочный, так и балочный эффект: несущая её нагрузка частично сжимается в сторону обоих берегов за счёт действия арки, а другая часть передаётся на скальное основание у подножия плотины за счёт действия вертикальных балок.
Характеристики арочных плотин
(1) Характеристики устойчивости. Устойчивость арочных плотин в основном зависит от силы реакции на концах арки с обеих сторон, в отличие от гравитационных плотин, устойчивость которых обеспечивается собственным весом. Поэтому к арочным плотинам предъявляются высокие требования к рельефу и геологическим условиям места строительства, а также строгие требования к обработке фундамента.
(2) Структурные характеристики. Арочные плотины относятся к статически неопределимым конструкциям высокого порядка, обладающим высокой перегрузочной способностью и высокой прочностью. При увеличении внешних нагрузок или локальном растрескивании части плотины арочные и балочные взаимодействия тела плотины корректируются, вызывая перераспределение напряжений в теле плотины. Арочная плотина представляет собой пространственную конструкцию с легким и упругим телом. Инженерная практика показала, что она также обладает высокой сейсмостойкостью. Кроме того, поскольку арка является распорной конструкцией, в основном воспринимающей осевое давление, изгибающий момент внутри арки относительно невелик, а распределение напряжений относительно равномерное, что способствует проявлению прочности материала. С экономической точки зрения, арочные плотины являются очень перспективным типом плотин.
(3) Характеристики нагрузки. Тело арочной плотины не имеет постоянных деформационных швов, а изменения температуры и деформация коренных пород оказывают существенное влияние на напряжение в теле плотины. При проектировании необходимо учитывать деформацию коренных пород и включать температуру в качестве основной нагрузки.
Из-за тонкого профиля и сложной геометрической формы арочной плотины требования к качеству строительства, прочности материалов и противофильтрационным свойствам здесь строже, чем для гравитационных плотин.
3. Земляно-каменная плотина
Земляно-каменные плотины — это плотины, построенные из местных материалов, таких как грунт и камень, и являются старейшим типом плотин в истории. Земляно-каменные плотины — наиболее распространенный и быстро развивающийся тип строительства плотин в мире.
Причины широкого применения и развития земляных плотин
(1) Возможно получение материалов на месте и поблизости, что позволяет сэкономить большое количество цемента, древесины и стали, а также уменьшить объем внешних транспортных расходов на строительной площадке. Для строительства плотин можно использовать практически любой земляной и каменный материал.
(2) Способны адаптироваться к различным условиям местности, геологическим и климатическим условиям. Особенно в суровом климате, сложных инженерно-геологических условиях и районах с высокой интенсивностью землетрясений земляные плотины являются фактически единственным возможным типом плотин.
(3) Разработка крупногабаритной, многофункциональной и высокоэффективной строительной техники привела к увеличению плотности уплотнения земляно-каменных плотин, уменьшению поперечного сечения земляно-каменных плотин, ускорению темпов строительства, снижению затрат и содействию развитию строительства высоких земляно-каменных плотин.
(4) Благодаря развитию теории геотехнической механики, экспериментальных методов и вычислительных технологий, уровень анализа и расчетов повысился, прогресс проектирования ускорился, а безопасность и надежность проектирования плотин были дополнительно гарантированы.
(5) Комплексное развитие технологий проектирования и строительства для поддержки инженерных проектов, таких как высокие склоны, подземные инженерные сооружения, а также рассеивание энергии высокоскоростного потока воды и предотвращение эрозии с помощью земляных плотин также сыграло важную роль в ускорении строительства и продвижения земляных плотин.
4. Каменнонасыпная плотина
Каменнонасыпная плотина, как правило, представляет собой тип плотины, построенной с использованием таких методов, как засыпка, заполнение и укатывание каменной породы. Поскольку каменнонасыпной материал проницаем, в качестве непроницаемых материалов необходимо использовать такие материалы, как грунт, бетон или асфальтобетон.
Характеристики каменно-насыпных плотин
(1) Структурные характеристики. Плотность уплотненной каменной насыпи высока, прочность на сдвиг высока, а уклон плотины может быть относительно крутым. Это не только экономит объем насыпи плотины, но и уменьшает ширину ее основания. Длина водоотводных и водосбросных сооружений может быть соответственно уменьшена, а расположение узлов компактно, что еще больше сокращает объем строительных работ.
(2) Характеристики конструкции. В зависимости от напряженного состояния каждой части тела плотины, каменно-насыпное тело может быть разделено на различные зоны, и могут быть удовлетворены различные требования к каменным материалам и плотности каждой зоны. Выкопанные при строительстве дренажных сооружений в центре плотины каменные материалы могут быть использованы в полном объеме и рационально, что снижает затраты. Строительство каменно-насыпных плотин с бетонной облицовкой менее подвержено влиянию климатических условий, таких как сезон дождей и сильные морозы, и может осуществляться относительно сбалансированным и нормальным образом.
(3) Характеристики эксплуатации и технического обслуживания. Деформация осадки уплотненной каменной насыпи очень мала.
насосная станция
1. Основные компоненты насосной станции.
Проект насосной станции в основном состоит из насосных помещений, трубопроводов, зданий водозабора и водоотвода, а также подстанций, как показано на рисунке. В насосном помещении установлен агрегат, состоящий из водяного насоса, передающего устройства и силового агрегата, а также вспомогательного оборудования и электрооборудования. Основные сооружения водозабора и водоотвода включают водозаборные и водоотводные сооружения, а также водоприемные и водоотводные бассейны (или водонапорные башни).
Трубопроводы насосной станции включают в себя входные и выходные трубы. Входная труба соединяет источник воды с входом водяного насоса, а выходная труба представляет собой трубопровод, соединяющий выход водяного насоса и выходной край.
После ввода насосной станции в эксплуатацию поток воды поступает в насос через входное здание и входной трубопровод. После создания давления насосом, поток воды направляется в выходной бассейн (или водонапорную башню) или трубопроводную сеть, тем самым осуществляя подъем или транспортировку воды.
2. Схема расположения узлов насосной станции
Планировка центральной части насосной станции предполагает всестороннее рассмотрение различных условий и требований, определение типов зданий, рациональное размещение их относительно друг друга и учет их взаимосвязей. Планировка центральной части в основном определяется задачами, выполняемыми насосной станцией. Различные насосные станции должны иметь различное расположение своих основных объектов, таких как насосные помещения, входные и выходные трубопроводы, а также входные и выходные здания.
Соответствующие вспомогательные сооружения, такие как водопропускные трубы и контрольно-пропускные ворота, должны быть совместимы с основным проектом. Кроме того, с учетом требований к комплексному использованию, если в пределах территории станции имеются требования к дорогам, судоходству и рыбопропускным сооружениям, следует учитывать взаимосвязь между расположением дорожных мостов, судопропускных шлюзов, рыбопропускных сооружений и т. д. с основным проектом.
В зависимости от выполняемых насосными станциями задач, компоновка насосных узлов обычно включает несколько типичных форм, таких как ирригационные насосные станции, дренажные насосные станции и комбинированные дренажно-ирригационные станции.
Водозатвор — это гидротехническое сооружение с низким напором, использующее затворы для удержания воды и регулирования расхода. Часто его строят на берегах рек, каналов, водохранилищ и озер.
1. Классификация наиболее часто используемых водозапорных затворов
Классификация по задачам, выполняемым водозапорными затворами.
1. Регулирующий затвор: устанавливается на реке или русле для предотвращения наводнений, регулирования уровня воды или контроля расхода воды. Регулирующий затвор, расположенный на русле реки, также известен как речной затвор.
2. Водозаборные ворота: строятся на берегу реки, водохранилища или озера для регулирования потока воды. Водозаборные ворота также известны как запорные ворота или головные ворота канала.
3. Водоотводной шлюз: Часто устанавливаемый на одном берегу реки, он используется для сброса паводковых вод, превышающих допустимый расход ниже по течению, в зону отвода паводковых вод (зону накопления или задержания паводковых вод) или водосброс. Водоотводной шлюз проходит через воду в обоих направлениях, и после паводка вода накапливается и сбрасывается в русло реки отсюда.
4. Водоотводные ворота: часто строятся вдоль берегов рек для отвода воды, которая вредна для сельскохозяйственных культур во внутренних или низинных районах. Водоотводные ворота также являются двусторонними. Когда уровень воды в реке выше, чем во внутреннем озере или низине, водоотводные ворота в основном перекрывают воду, чтобы предотвратить затопление сельскохозяйственных угодий или жилых зданий; когда уровень воды в реке ниже, чем во внутреннем озере или низине, водоотводные ворота в основном используются для отвода воды и дренажа.
5. Приливные ворота: строятся вблизи устья моря и закрываются во время прилива, чтобы предотвратить обратный поток морской воды; открытие ворот для сброса воды во время отлива характеризуется двусторонним перекрытием потока воды. Приливные ворота похожи на водосточные ворота, но используются чаще. Когда уровень прилива во внешнем море выше, чем во внутренней реке, ворота закрываются, чтобы предотвратить обратный поток морской воды во внутреннюю реку; когда уровень прилива в открытом море ниже, чем уровень воды во внутренней реке, ворота открываются для сброса воды.
6. Затвор для промывки песка (затвор для сброса песка): устанавливается на мутном речном потоке и используется для сброса наносов, отложившихся перед входным затвором, регулирующим затвором или системой каналов.
7. Кроме того, установлены задвижки для сброса льда и сточных вод, предназначенные для удаления ледяных глыб, плавающих предметов и т. д.
В зависимости от конструктивной формы затворной камеры, её можно разделить на открытый тип, тип с пристеночным расположением стен, водопропускной тип и т. д.
1. Открытый тип: поверхность потока воды через затвор не перекрывается, и пропускная способность велика.
2. Тип надводной стенки: Над затвором имеется надводная стенка, которая может уменьшить нагрузку на затвор во время затопления и увеличить амплитуду затопления.
3. Водопропускная труба: Перед затвором находится герметичный или негерметичный туннель, верхняя часть которого засыпана грунтом. В основном используется для небольших водозатворов.
В зависимости от размера потока через затвор, его можно разделить на три типа: большой, средний и малый.
Крупные водозапорные затворы с расходом воды более 1000 м³/с;
Водозапорный затвор среднего размера с пропускной способностью 100-1000 м³/с;
Малые шлюзы с пропускной способностью менее 100 м³/с.
2. Конструкция водозатворов
Водозатвор в основном состоит из трех частей: секции соединения с потоком воды, затворной камеры и секции соединения с потоком воды.
Верхний соединительный участок: Верхний соединительный участок используется для плавного направления потока воды в камеру затвора, защиты берегов и русла реки от эрозии, а также, вместе с камерой, образует противофильтрационный подземный контур, обеспечивающий противофильтрационную устойчивость берегов и основания затвора в условиях фильтрации. Как правило, он включает в себя верхние боковые стенки, основание, верхние противоэрозионные канавки и защиту склонов с обеих сторон.
Затворная камера: это основная часть водозатвора, и ее функция заключается в регулировании уровня и потока воды, а также в предотвращении просачивания и эрозии.
Конструкция секции затворной камеры включает в себя: затвор, опору затвора, боковую опору (береговую стену), нижнюю плиту, настил, рабочий мост, транспортный мост, подъемник и т. д.
Затвор используется для регулирования потока через затвор; затвор устанавливается на нижней пластине затвора, перекрывая отверстие и опираясь на опору затвора. Затворы делятся на ремонтные и эксплуатационные.
Рабочий затвор используется для перекрытия воды во время нормальной работы и регулирования расхода воды;
Запорный затвор используется для временного удержания воды во время проведения ремонтных работ.
Опорная колонна ворот используется для разделения проема и поддержки ворот, откоса, рабочего моста и транспортного моста.
Опорная колонна ворот передает давление воды, создаваемое воротами, стеной и водоудерживающей способностью самой опорной колонны, на нижнюю обвязочную плиту;
Над рабочими воротами устанавливается надстенная перегородка, которая помогает удерживать воду и значительно уменьшает размеры ворот.
Грудная стенка также может быть выполнена в подвижном варианте, и при возникновении катастрофических наводнений ее можно открыть для увеличения расхода воды.
Дно камеры представляет собой фундамент, используемый для передачи веса и нагрузки верхней конструкции камеры на фундамент. Камера, построенная на мягком фундаменте, стабилизируется в основном за счет трения между дном и фундаментом, а дно также выполняет функции предотвращения фильтрации и размыва.
Рабочие и транспортные мосты используются для установки подъемного оборудования, управления воротами и соединения транспортных потоков через Тайваньский пролив.
Секция соединения ниже по течению: используется для удаления остаточной энергии потока воды, проходящего через затвор, обеспечения равномерного распространения потока воды из затвора, регулирования распределения скорости потока и замедления его скорости, а также предотвращения эрозии ниже по течению после выхода воды из затвора.
Как правило, он включает в себя отстойный бассейн, перрон, фартук, противоразмывной канал ниже по течению, боковые стенки ниже по течению и защиту склонов с обеих сторон.
Дата публикации: 21 ноября 2023 г.
