Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Опытные данные по разогреву шпонок

Разогрев асфальтовых шпонок на Днепровской гидроэлектростанции имени В. И. Ленина предусматривался при помощи пара, подаваемого от паровозного котла. В период эксплуатации сооружения были обнаружены указанные выше недостатки и паронагрев не мог быть осуществлен. В связи с этим его пытались заменить обогревом при помощи горячего воздуха еще в 1940 г., но это не имело успеха.

В 1951 г. была предпринята попытка разогрева матсики в шпонках горячим воздухом. Для этого непосредственно в битум опускали U-образную трубу диаметром 12,7 мм, через которую пропускали разогретый до 100° С воздух. Этот опыт оказался неудачным. В 1954г. было произведено несколько попыток разогреть шпонки путем опускания в них электроиглы, смонтированной из четырех звеньев труб диаметром 38 мм, длиною 1,5 м каждое. Электроигла хорошо нагревалась, но в шпонку не шла из-за наличия в ней цементного раствора и кусков арматуры. Наконец были пробурены скважины, в которые опускалась электроигла. Все указанные мероприятия не дали удовлетворительных результатов.

Как показал опыт первого и последующих лет эксплуатации Новосибирского гидроузла, электронагрев шпонок не дал удовлетворительных результатов; если эксплуатационники и внедряют для обогрева некоторых шпонок в здании ГЭС вместо паропрогрева (по проекту) - электронагрев, то на камере шлюза электронагрев шпонок не производится.

Вследствие частых выходов из строя электронагревателей зимой многие шпонки вообще не могли быть разогреты, что послужило причиной протечек битума.

Аналогичные картины наблюдались на Каховской ГЭС. Нагрев асфальтовой мастики при помощи пропуска пара через трубу из-за отсутствия на гидростанции паросиловой установки не выполнялся. Нагрев мастики производился путем заливки воды в трубу и подогрева воды электрическими кипятильниками. Положительный результат указанным способом не был достигнут, так как часто образовывались паровые пробки.

Разогрев асфальтовой шпонки глубиной 34 м в здании Кременчугской ГЭС производился с помощью шести электродов из круглой стали диаметром 18 мм, подключаемых к двум трансформаторам ТМО-50, 380/60 В. После установки и соединения электронагрева перед заливкой шпонки производилась проверка цепи прозваниванием. В начале разогрева асфальтовой мастики нагревание шло вокруг электрода по всей глубине шпонки одинаково. Постепенно зона прогрева вокруг электрода расширялась до соединения с сосед-ними зонами. Температура нагрева вокруг электродов была 120-150° С, а к центру шахпы шпонки уменьшались до 65° С. После отключения трансформаторов температура выравнивалась в течение 12-24 ч. Исследованием было установлено, что средний расход электроэнергии для прогрева 1 м шпонки (сечения 80х 100см) составлял около 2,4 кВт-ч.

Последующий профилактический разогрев асфальтовых шпонок производился в 1961 и 1964 гг. Прогрев продолжался 30-36 ч. Глубина прогретой мастики контролировалась с помощью груза (гиря 200 г), опускаемого на проволоке в мастику. После подключения электронагрева к источнику питания вышли из строя электроды нескольких уплотнений, так как внутри шпонки звенья электродов соединялись с помощью болтов, а при остывании электрода между болтовыми соединениями образовалась щель, которая заполнялась расплавленным битумом, изолируя электроды, нарушая контакт между ними.

Для разогрева материала заполнителя на Боткинской ГЭС каждая шпонка имела свою индивидуальную схему электронагрева. Монтаж U -образных электродов диаметром 16 мм в шпонке производился при помощи держателя, заделанного в шандоры в процессе их изготовления. Электроды пропускались через проходные изоляторы и закреплялись держателями через 0,75-1,0 м по высоте шпонки. Электроды на дне шпонки опирались на опорный изолятор. Между собой звенья электродов стыковались ванной сваркой, при этом было обращено внимание на тщательность стыковки в целях исключения разрыва цепи в период эксплуатации. Несмотря на это при разогревании в процессе эксплуатации выявилось, что некоторые электроды в трубах подпитки, служащие для пополнения мастикой контурных асфальтовых шпонок вокруг галереи и в здании ГЭС и водосливной плотины, оказались вышедшими из строя. Опорные и проходные изоляторы выполнялись из асбоцемента.

Конструкция электронагрева на Братской ГЭС состояла из двух U-образных стержней диаметром 20 мм, устанавливаемых в 10 см от стенок шахты по всей ее высоте. Электроды были соединены попарно перемычками у дна шахты параллельно шву и образовали две I)-образные электрические цепи длиной 132 м каждая. Электроды с помощью специальных держателей крепились к закладным частям, установленным в стенках шахты через три метра по высоте.

Выбор шпонки для испытании был обусловлен тем, что при сооружении плотины в трех сечениях этой шпонки на глубине в 1; 23,0 и 41,5 м были заложены динамометры (для измерения давления в мастике), термометры сопротивления и термопары для измерения температуры асфальтового материала при электронагреве шпонки. Для питания электродов током были установлены два понижающих трансформатора типа ТМО-50. Включение и выключение тока производилось одновременно для обеих цепей электродов от общего рубильника, установленного со стороны высокого напряжения, питающего оба трансформатора ТМО-50.

При натурных испытаниях разогрева заполнителя асфальтовых шпонок на Братской и Нарвской ГЭС, произведенного ВНИИ Г имени Б. Е. Веденеева, установлено, что:

1) после включения тока вокруг электродов образовались зоны расплавленной мастики, которая пенилась и поднялась через 20 ч до верха шпонки (на 1 м выше начального уровня). На поверхность мастики всплывал мусор (опилки, щепки, тряпки);

2) при кратковременных перерывах прогрева пенообразованне и выделение пара постепенно затухало и уровень мастики падал. При длительных перерывах и сильном морозе образовалась поверхностная корка замерзшей пены, под которой накапливалась вода слоем 40-50 см. После окончания прогрева и остывания мастики слой воды увеличивался до 2,25 м;

3) обнаруживалось наличие электрической связи электродов с арматурой бетона, а также замыкание цепей электродов в шпонке посторонними токопроводяшими телами.

При обследовании установлено, что система электронагрева в 23 асфальтовых шпонках не действует. Сейчас число таких шпонок превысило 30. Причинами выхода из строя электронагрева являются отсутствие контакта между цепями, замыкания на землю и т. п.

Предложенная нами переносная сборно-разборная конструкция электронагревателя прошла промышленные испытания вначале на Кременчугском гидроузле для разогрева заполнителя асфальтовой шпонки сечением 80x100 см, затем на Братской ГЭС. При испытании электронагревателя на Братской ГЭС питание осуществлялось переменным током 360-420 А и напряжением в электродах 6-14 В от двух сварочных трансформаторов ТС-500, соединенных параллельно между собой.

Параметры тепловых свойств электронагревателя: ток измерялся аппаратом Э305а с трансформатором тока УТТ-5 с коэффициентом трансформации 600/5, напряжение измерялось вольтметром М-330 с выпрямительным мостом на диодах Д7Ж; сопротивление измерялось одинарным мостом Р-333. Замер температур прогреваемой асфальтовой мастики производился при помощи тарированных термометров сопротивлений. Прогрев заполнителя асфальтовой шпонки производился до глубины 60 м.

В процессе электронагрева установлено:

1. Электронагреватель устойчив в работе. Размягчение мастики вначале происходит в радиусе 30-40 см на всю глубину опускания секции нагревателя, затем оно распространяется по всей площади поперечного сечения шпонки.

2. Скорость нагружения электронагревателя в мастике зависит от силы тока, как например, при 380-400 А она колеблется в пределах 44-55 см/ч.

3. При плохом контакте секций электродов между собой происходит замедление погружения электронагревателя в шахту шпонки.

4. В процессе разогрева асфальтовой мастики в шпонке секции 23-24 произошло оседание мастики за счет ее уплотнения и выжимания из нее воды на глубину до 2,0 м.

При испытании электронагревателя обнаружено, что: а) муфтовые соединения труб должны быть снабжены контргайками с обеих сторон для уплотнения резьбы от проникновения воды и мастики; б) для устранения контактного соединения отдельных секций сердечника необходимо при монтаже устанавливать между ними шайбу из латунного листа, диаметром, равным без резьбы внутреннему диаметру соединительной головки сердечника.

Натурными испытаниями установлено, что оптимальный диаметр электронагревателя для разогрева заполнителя должен быть для асфальтовых шпонок сечением 100x90 см в 75,2 мм и для асфальтовых шпонок сечением 40x60 см - в 50,2 мм.

Электронагрев асфальтовых шпонок Плявиньской ГЭС производился по сложной схеме, состоящий из 27 отдельных самостоятельных цепей, для которых предусмотрено 7 подключений к сварочным трансформаторам ТД-1000-3, мощностью 76 кВ-А и к трансформаторам СТЭ—34У, мощностью 30 кВ-А. Общая потребная мощность для одновременного электронагрева шпонок примерно 800 кВт. По данным гидроцеха, система электронагрева работает удовлетворительно. Опытный прогрев шпонок перед вводом сооружения в эксплуатацию показал надежность их работы: в течение 2,5-3,0 суток можно было разогреть нужную шпонку до 40-50° С.

Представляет интерес устройство электронагрева асфальтовых шпонок в зарубежных странах. На плотине Сарран (рис. 6-27) в качестве нагревателя шпонки был принят п-образный электрод, сплетенный из двух гальванизированных железных проволок диаметром 5 мм. Прогрев шпонки в нижней ее части, находящейся постоянно под водой, почти в одинаковых температурных условиях, производился очень тщательно при бетонировании уплотняющего бруса. К концу этой операции ток пропускался в течение 48 ч с постепенным уменьшением разности потенциалов, составлявшей в начале разогрева 1 В на 1 м провода. Это позволило сохранить вокруг нагревателя жидкую зону битума и сосредоточить усадку его во внешней поверхности призмы. В верхней части шпонки, в условиях эксплуатации ежегодно выходящей из воды, обогревательные провода последних 18 метров шпонки, заполненной битумом марки БН-1У, использовались лишь в случае обнаружения утечки воды через эту часть плотины. После заполнения водохранилища система уплотнения швов работала безукоризненно.

Следует отметить, что на итальянских плотинах Понте д'Авио, Бау Муджерис и Саббионе асфальтовые шпонки поперечными сечениями 14X14 и 15x20 см разогревались одним стержнем.

А.Б. Гаджиев, Деформационные швы гидротехнических сооружений, Л., Энергия, 1975

Экспертиза

на главную