Файл: Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство морского и речного транспорта Омский институт водного транспорта филиал.pdf

17
При деривационной гидроэлектростанции высота плотины может быть небольшой, необходимой лишь для отвода воды из реки в деривацию. При этом сосредоточенный напор, получается из-за того, что деривационный водовод вдоль реки имеет меньший уклон, чем река.
Схема гидроэлектростанции с деривацией в виде открытого канала приведена на рис. Здесь плотина создает небольшой подпор. Из подпорного бьефа вода по деривационному каналу поступает в напорный бассейн, откуда она подается по трубопроводам к турбинам, установленным в здании гидроэлектростанции. Такая схема обычно применяется на горных реках, имеющих значительные уклоны.
Рис.6 Схема деривационной гидроэлектростанции:
1 — плотина; 2— деривационный канал; 3— напорный бассейн; 4 — трубопроводы; 5 — здание гидроэлектростанции; 6 — закрытая трансформаторная подстанция; 7 — река
Гидроаккумулирующая гидроэлектростанция состоит из двух бассейнов (верхнего и нижнего), соединенных напорным трубопроводом, у нижнего конца которого в нижнем бассейне расположено здание гидроэлектростанции с обратимыми агрегатами, которые могут работать либо в режиме генератора, либо в режиме насоса. В ночные часы при избытке мощности в энергосистеме гидроаккумулирующая электростанция работает в насосном режиме, накачивая воду из нижнего бьефа в верхний. При этом режиме генератор работает как электродвигатель, получая энергию от сети. В часы пик в энергосистеме эта гидроэлектростанция работает в генераторном режиме, срабатывая запасы воды в верхнем бассейне и отдавая электроэнергию в сеть.
Приливные гидроэлектростанции используют энергию морских приливов и отливов, которые обычно происходят два раза в сутки и достигают в узких заливах величины 10—15м. При использовании энергии морских приливов устраивают обычно один бассейн, отделенный от моря плотиной с водопропускными отверстиями и зданием гидроэлектростанции. В здании устанавливают турбины одностороннего

18 или двустороннего действия. Во втором случае гидроэлектростанция работает при наполнении и опорожнении бассейна.

19
Рис.8 Рабочие колеса реактивных турбин: а - радиально-осевой; б -поворотно- лопастной;
Радиально-осевая турбина характеризуется тем, что скорость течения воды в зоне рабочего колеса имеет радиальную и осевую составляющие.
Мощность турбин этого типа достигает 500 тыс. кВт. Пропеллерные турбины применяются реже. У поворотно-лопастных турбин лопасти могут вращаться вокруг своих осей в цапфах, перпендикулярных к оси вала, и, в зависимости от напора и расхода воды, занимать положение, обеспечивающее наибольший коэффициент полезного действия турбины.
Мощность поворотно-лопастных турбин достигает 120 тыс. кВт. Тип турбины для гидроэлектростанции выбирают в зависимости от величины напора.
Поворотно-лопастная турбина в сочетании с генератором, размещенным в капсуле, образует капсульный агрегат.
Наиболее распространенными активными турбинами являются ковшовые турбины. Ковшовая турбина состоит из двух основных элементов — рабочего колеса и сопла, которым регулируется расход воды.
На рабочем колесе имеются лопасти ковшеобразной формы, которые в отличие от лопастей реактивных турбин работают не в сплошном потоке, а под действием свободной струи, обладающей только кинетической
Рис.7 Разрез гидроэлектростанции с реактивной турбиной: i — камера водоприемника; 2 — направляющий аппарат; 3 — генератор; 4— рабочее колесо; 5 — спиральная камера; 6 — отсасывающая труба

20 энергией и имеющей одинаковое давление при входе на рабочее колесо и при сходе с него. Поэтому такие турбины и называют активными.
Ковшовые турбины применяют при напорах свыше 200м, их мощность доходит до 110 тыс. кВт.
1.1.9 Лесопропускные сооружения
На шлюзованных реках, по которым лес транспортируют в плотах за буксирами, никаких специальных лесопропускных сооружений при гидроузлах не строят, а для пропуска плотов используют судоходные шлюзы. Иногда для пропуска леса строят специальные сооружения.
Шлюзы для пропуска плотов.На водных путях, по которым идут только плоты и в одном направлении, для пропуска плотов через гидроузлы строят специальные шлюзы.
Рис.9 Схема работы шлюза по пропуску плотов:
а — ввод плота в камеру; б — шлюзование; в — выпуск плота в нижний бьеф;
г — подготовка камеры для приема нового плота
Такие шлюзы с напором от 1 до 3 м получили широкое применение на соединительных каналах между озерами в Финляндии. Ввод плотов из подходного канала верхнего бьефа в камеру шлюза и вывод их из камеры в нижний подходный канал на таких шлюзах производится потоком воды, без участия буксирной тяги. Процесс пропуска плотов через шлюз и последовательность маневрирования затворами показана на рис.
Плотоходы.По конструкции плотоходы представляют собой широкие деревянные или железобетонные лотки прямоугольного сечения. В зависимости от размеров плотов ширину плотоходов принимают от 5 до 20 м, а уклон равным 0,01—0,02. Скорости движения воды в лотке обычно равны
2—4м/с.
В головной части плотохода устанавливают быстродействующий затвор, обычно сегментного типа.
Лесосплавные лотки.На некоторых сплавных, но несудоходных реках, на которых лес сплавляют россыпью (молем), для пропуска леса через гидроузлы строят специальные лотки треугольного или трапецеидального

21 сечения из дерева, железобетона или металла. Уклоны в таких лотках допускаются до 0,2—0,25. Головную часть лотка, с затвором размещают, как правило, рядом с водосливным отверстием. При значительных колебаниях уровня верхнего бьефа в головной части устраивают несколько приемных отверстий, расположенных рядом, но с порогами на разной высоте, или делают высоту порога переменной, или разборной.
Лесоперевалочные механические устройства.При глухих плотинах значительных напоров, чтобы сэкономить воду на пропуск плотов, применяют механические устройства.
Лес, связанный в пучки приплавляют в тупиковый бассейн у верховой стороны плотины. Здесь грузоподъемным краном пучок поднимают из воды, переносят через гребень плотины и укладывают на вагонетку, которую затем по рельсовому пути, уложенному на берегу или на железобетонной эстакаде, спускают в отводящий канал. Далее пучки леса движутся вниз по реке самосплавом — под действием течения. В РФ лесоперевалочное устройство подобного типа действует на
Верхнетуломском гидроузле.
1.1.10 Рыбопропускные сооружения
Некоторые виды осетровых рыб (осетр, белуга, севрюга и др.) и лососевых (лосось, семга, белорыбица) обитают в морях, а для нереста поднимаются вверх по рекам на нерестилища, иногда на расстояние 1—2 тыс. км. Судак, сазан, лещ живут в устьевых частях рек и в опресненных заливах, а для зимовки и нереста заходят в реки.
Для обеспечения прохода рыбы из нижнего в верхний бьеф, а иногда и в обратном направлении, на гидроузлах строят рыбопропускные сооружения. К основным рыбопропускным сооружениям относятся: рыбоходы, рыбоходные шлюзы и рыбоподъемники.
Рыбоходы представляют собой лотки или небольшие каналы, по которым из верхнего бьефа в нижний течет вода, а в обратном направлении поднимается рыба. Для того чтобы рыбы могли преодолевать встречное течение воды, его скорости назначают в определенных пределах. Так, для осетровых рыб скорость воды в равномерном потоке принимают 0,8—1,2 м/с, а для лососевых рыб — 1,5—2,5 м/с.
По конструкции рыбоходы подразделяются на лотковые, прудковые и лестничные.
Лотковые рыбоходы могут быть гладкими (без искусственной шероховатости) с уклоном не более 1: 20. Они применяются только при небольших гидроузлах с напором 2—3 м. Лотковые рыбоходы с повышенной шероховатостью получили широкое распространение на гидроузлах с напором 5—7 м.

22
Рис.10 Прудковый рыбоход:
а — план; б — разрез; 1, 2,. , 7 — прудки
Прудковые рыбоходы устраивают в естественном грунте берега в обход плотины. Они представляют собой ряд прудков (бассейнов), соединенных между собой короткими каналами или лотками. Прудки делают длиной по
3—5 м и глубиной 0,6—0,8 м; уровни воды в смежных прудках разнятся на
0,5—1,5 м. Такие рыбоходы применяют при напорах до 15 м. Прудковые рыбоходы обычно работают эффективно, так как в них создаются привычные для рыб природные условия и они имеют возможность отдыхать в прудках.
Лестничные рыбоходы представляют собой лотки со ступенчатым дном и с поперечными перегородками, в которых для прохода рыб устроены вплавные отверстия. Для лучшего гашения энергии потока воды вплавные отверстия располагают (вдоль рыбохода) в шахматном порядке и в зависимости от породы рыб делают поверхностными или донными, последние — для осетровых. Лестничные рыбоходы обычно имеют по нескольку маршей высотой 2,5—4м каждый, а между маршами для отдыха рыб расположены удлиненные бассейны. Из всех существующих типов рыбоходов лестничные являются наиболее распространенными, так как они пригодны для различных пород рыб. Их строят на гидроузлах с напорами до 30 м. Применением различных материалов в них можно создавать привычные для рыб природные условия реки.

23
Рис.11 Рыбоходный шлюз:
1 — рыбонакопитель; 2 — побудительная решетка; 3—самоходная тележка побудительной решетки; 4 — камера шлюза; 5 — верховой выходной лоток; 6 — паз ремонтного затвора; 7 — затвор с водопропускными задвижками; 8—ихтиологическая решетка
Рыбоходные шлюзы. По своему устройству рыбоходные шлюзы во многом подобны судоходным шахтным шлюзам.
В рыбоходном шлюзе имеются одна или две параллельные камеры и в каждой — по два затвора; верхний отделяет камеру от верхнего бьефа, нижний от нижнего бьефа.
Процесс шлюзования рыбы происходит в следующем порядке. После захода рыбы из нижнего бьефа в рыбонакопитель опускают из горизонтального в вертикальное положение побудительную решетку и включают самоходную тележку, соединенную с нею. Перемещаясь вдоль рыбонакопителя по направлению к нижней голове шлюза, побудительная решетка направляет рыбу в камеру шлюза. Затем закрывают затвор нижней головы шлюза и начинают наполнять камеру через задвижки в затворе верхней головы. После выравнивания уровней воды в верхнем бьефе и в камере открывают затвор верхней головы, давая выход рыбе в бьеф.
Для контроля за ходом рыбы через шлюз и других наблюдений в камере шлюза около верхней головы имеется ихтиологическая решетка, которая может быть поднята вместе с рыбой со дна камеры на верхнюю площадку шлюза.
Рыбоподъемники.По принципу действия рыбоподъемники могут быть механическими и гидравлическими. В механических рыбоподъемниках
(лифтах) подъем, рыбы происходит в наполненных водой камерах или насухо в сетях. В гидравлическом рыбоподъемнике рыба поднимается вверх без механических побудителей, самостоятельно, идя навстречу медленному течению воды, поступающей из верхнего бьефа.
Для эффективной работы рыбопропускных сооружений их располагают около водосбросных сооружений гидроузла (водосбросов, водосливных плотин, гидроэлектростанций и т. д.), чтобы вход в них был

24 расположен в зоне заметной свежей струи воды, поступающей из верхнего бьефа. Пропуск взрослой рыбы после нереста в нижний бьеф при ее движении к морю, а также выведшейся и выросшей молоди происходит через водосливные плотины, реактивные турбины при больших диаметрах рабочего колеса (при напорах до 20—30 м), рыбоходы и гидравлические рыбоподъемники.

25
1.2 ПРИНЦИП ШЛЮЗОВАНИЯ РЕК
1.2.1 Разбивка на бьефы при шлюзовании. Способы шлюзования
рек
Рис.12 Способы шлюзования рек. Днепрогэс, Запорожье
При шлюзовании реки она делится водоподпорными сооружениями на ряд участков, называемых бьефами. Участок реки, расположенный выше водоподпорного сооружения, называется верхним бьефом (сокращенно
ВБ), а участок реки, расположенный ниже водоподпорного сооружения,—
нижним бьефом(НБ). Превышение уровня верхнего бьефа над уровнем нижнего бьефа называется напором (Н) на сооружение. Бьефами являются и водохранилища.
В результате шлюзования продольный профиль поверхности воды приобретает ступенчатый вид, и река превращается в цепь подпертых бьефов, часто озеровидных. Условия судоходства в озеровидных бьефах резко изменяются у. водоподпорных сооружений. Для перехода судов из одного бьефа .в другой служат судоходные сооружения, что требует дополнительных затрат времени. Однако при шлюзовании реки исключаются многочисленные затруднения для судоходства на перекатах и в других местах, и река становится пригодной для плавания крупных судов, перевозки грузов значительно увеличиваются, а стоимость перевозок снижается.
Исторически сложились два способа шлюзований рек.
Первый способ, который можно назвать низконапорным шлюзованием, возник в начале XVIII в. и получил свое развитие в тот период, когда реки использовались преимущественно как водные пути. Низконапорные

26 сооружения поддерживают напор только в меженный период, когда сток воды в реке уменьшается и глубины падают. При этом способе подпорные уровни воды устанавливаются ниже уровня половодья. Во время половодья такие сооружения затопляются, и судоходство происходит примерно так же, как и до шлюзования.
Низконапорное шлюзование рек, улучшая судоходные условия, позволяет сохранять плодородные пойменные земли для сельского хозяйства. Этот способ начинает находить все более широкое применение при освоении небольших рек для судоходства, а также при реконструкции старых водных путей с низконапорным шлюзованием.
В больших объемах проводятся научные и проектные работы по созданию новых, более совершенных, типов низконапорных сооружений.
Рис. 13 Способы шлюзования реки:
а — низконапорный: б— высоконапорный; I, II, III, ..., VII — водоподпорные сооружения; 1 — бытовой уровень воды до постройки водоподпорных сооружений; 2 —уровень воды в половодье; 3 — уровни после возведения водоподпорных сооружений
Второй способ шлюзования называется высоконапорным, поскольку подпорные уровни в этом случае значительно превышают высокие уровни при естественном состоянии реки.
Высоконапорные сооружения на реках строят для комплексного использования водных ресурсов, но основным пользователем обычно является гидроэнергетика, для которой необходимы постоянно действующие сооружения. Поэтому высоконапорные сооружения поддерживают напор непрерывно весь год.
1.2.2 Режим шлюзованных рек
Строительство водоподпорного сооружения и создание водохранилища многолетнего или годичного регулирования стока вносит значительные изменения в режим реки, а также в связанный с ним гидрогеологический режим прилегающего района. В верхнем бьефе значительно повышается