Затворы турбин и водосбросов

По эксплуатационному назначению затворы подразделяются на основные, аварийные, аварийно-ремонтные, ремонтные и строительные.

Основные затворы (иногда на водосбросах они называются рабочими), как правило, предназначены для регулирования водохранилищ и водотоков при пропуске половодий и паводков, а также в непредвиденных ситуациях при отключении ГЭС от сети, когда необходимо компенсировать санитарный попуск воды в НБ. Иногда попуски воды планируются, например, для целей ирригации, по условиям судоходства или нереста рыб и т.п. Эти затворы устанавливаются на водосбросных сооружениях плотин и головных узлах независимо от напорной или безнапорной схемы, применяемых там водоприемников. Обычно для этой цели применяются плоские и сегментные затворы.

Затворы, применяемые в поверхностных водоприемниках, если и зимой требуется регулировать уровень ВБ (например, на Майнском контррегулирующем гидроузле на р. Енисей), должны иметь надежную систему обогрева пазов, а также конструктивные решения, которые исключали бы обмерзание самих затворов.

На Майнском гидроузле мероприятий против обмерзания затворов проектом не предусмотрено, что является существенным упущением.

На гидроузлах, где образуется перед затворами устойчивый ледостав, возникает опасное давление льда на затворы, поэтому там предусматриваются специальные устройства по образованию полыньи перед затворами. Эти устройства действуют либо за счет барботирования (пропуск воздуха под давлением через воду), либо за счет перемешивания поверхностных слоев воды с глубинными с помощью потокообразователей.

Плоский затвор имеет плоскую вод одерживающую стенку (обшивку), как правило, выполненную из листовой стали, опирающуюся на систему балок, которые, в свою очередь, передают усилие на ригели, а они - на опорные конструкции. Опорно-ходовые части воспринимают нагрузку от несущей конструкции и передают её быкам или устоям, а также служат для передвижения затвора. Применяются опорно-ходовые части по принципу скольжения в скользящих затворах и по принципу качения в колесных затворах.

Скользящие затворы менее надежны в эксплуатации, чем колесные, хотя пазовые конструкции скользящих затворов требуют меньших размеров, а затворы позволяют передавать на быки большие нагрузки.
Плоскими затворами на поверхностных водосбросах перекрываются отверстия до 40-45 м при напоре до 17-18 м. Этот тип затворов наиболее распространен на гидротехнических сооружениях и является самым древним по своему происхождению. Они применяются и на глубинных водозаборах.

Сегментный затвор имеет сегментнообразное ригельное пролетное строение, опирающееся через фермы («ноги») на шарниры, передающие давление воды на быки. Пролеты отверстий, перекрываемые сегментными затворами, могут быть больше, чем у плоских и достигать 50 м при напоре до 18 м. Сегментные затворы также применяются, как глубинные.

Аварийные и аварийно-ремонтные затворы применяются для прекращения подачи воды в турбину при отключении агрегата от сети и неисправной системе регулирования, а также в случае разрыва водовода. Быстродействующий (быстропадающий) затвор (плоский, сегментный) должен беспрепятственно опускаться в поток водоприемника. Рабочий затвор водосбросов также рассчитан на опускание в текущую воду.

В проектах последнего времени в ряде случаев функции аварийного и аварийно-ремонтного затворов совмещены, т.е. на входе в турбинный водовод установлен один с быстрым действием на сброс быстропадающий затвор. Он выполняет роль и ремонтного заграждения при выводе турбины в ремонт.

Некоторые заводы-изготовители турбин считают, что современное состояние гидротурбиностроения позволяет создавать надежные дублирующие устройства, гарантирующие закрытие направляющего аппарата турбины при выходе из строя системы регулирования и поэтому на устройстве затворов быстрого действия не настаивают. В то же время имеется пример, когда учитывая уникальность турбин 650 МВт Саяно-Шушенской ГЭС заказчик и проектировщик сочли возможным оснастить водоприемники этой ГЭС быстропадающими затворами, правильность такого решения подтверждена многолетней практикой эксплуатации.

Для высоконапорных турбин со сравнительно небольшими расходами применяются в качестве быстродействующих - дисковые, шаровые, игольчатые и другие затворы, которые также беспрепятственно преодолевают поток.

Быстрое закрытие затворов обеспечивается у плоских и сегментных - за счет собственного веса, у других - за счет принудительного привода (гидравлического или механического). Подъем плоских и сегментных затворов в верхнее положение производится, как правило, специальными гидроподъемниками или специальными лебедками.

Сброс (опускание, закрытие) затворов происходит автоматически от командных импульсов защитных устройств турбины, контролирующих исправность системы регулирования и частоту вращения агрегата.
Ремонтные затворы предназначаются для перекрытия водоводов и водосбросов на время длительных ремонтных работ либо на аварийно-ремонтных затворах и их приводе, в пазах и на порогах, либо в проточной части турбины, когда по какой-то причине аварийно-ремонтный затвор не обеспечивает необходимую герметичность (протечки через затвор превышают или одинаковы с производительностью откачивающих средств). На водосбросах ремонтные затворы используются, когда необходимо отремонтировать пазы или пороги рабочих затворов.

Ремонтные затворы устанавливаются перед аварийно-ремонтными турбинными затворами и перед рабочими затворами водосбросов.

Ремонтные затворы опускаются только в спокойную воду, для опускания в поток они не рассчитываются.

Строительные затворы служат для закрытия водопропускных отверстий в период строительства сооружений для пропуска строительных расходов, а также в качестве заграждений, выгораживающих участки сооружений от бьефов, когда сооружения не превышают еще уровня воды (например, внутренний массив плотины может сооружаться в определенных условиях под защитой затворов или шандоров, установленных в пазы опережающе построенных быков гребенки). Строительные затворы, обеспечивающие пропуск строительных расходов, зачастую работают в более сложных условиях, поскольку через отверстия, где они установлены, пропускают и лед, и древесный хлам, а условия эксплуатации носят недостаточно строгий характер. Поэтому проектированию строительных затворов необходимо уделять повышенное внимание, в особенности в случаях, когда часть строительных затворов в последующем используется в постоянной схеме эксплуатации.

Распространение в качестве строительных затворов имеют шандорные заграждения, состоящие из отдельных шандор (балок) - металлических, железобетонных, деревянных, укладываемых последовательно друг на друга и не связанных между собой. Известны шандорные затворы из круговых арочных балок. Обычно шандорное заграждение устраивается для сравнительно небольших напоров 5-6 м пролетом 10-12 м. Установка и выем шандор производится в условиях отсутствия течения, для подъема применяются захватные балки либо строповка шандор производится с помощью водолазов.

Типов поверхностных и глубинных затворов существует достаточно много, их конструкции будут рассматриваться в специальном курсе - строительстве ГТС.

В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон, "Гидроэлектростанции", Красноярск, 2002г.