СОВМЕЩЕНИЕ В ГИДРОУЗЛАХ НА НЕСКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ В ОДНОМ СООРУЖЕНИИ ВОДОСБРОСНЫХ ПЛОТИН И ЗДАНИЙ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Низко и средненапорные гидроузлы на многоводных равнинных реках имеют в составе напорного фронта, кроме водосбросной плотины, здание гидроэлектростанции (ГЭС), которое может занимать значительную часть створа. Пропускная способность турбинных трактов определяет удельный расход воды в нижнем бьефе, который обычно равен 12-18 м3/с на 1 м длины, в то время как удельный расход воды за водосбросными плотинами на глубоководных равнинных реках может достигать 50-70 м3/с.
В паводок на многоводных реках расход воды в несколько раз превышает пропускную способность турбин. Таким образом, пропускная способность турбин играет малую роль в общем балансе расходов, пропускаемых через гидроузел в паводок.
В целях сокращения длины водосбросной плотины, удешевления гидроузла практикуется здание ГЭС и водосбросы совмещать в одном сооружении, что нашло широкое применение в нашей стране при строительстве гидроузлов на больших многоводных реках. На ряде гидроузлов оказалось возможным вообще отказаться от водосбросной плотины и пропускать весь расход воды через водосбросы здания ГЭС и турбины [180].
Получили распространение совмещенные здания ГЭС двух типов: ГЭС и водосливная плотина; ГЭС и глубинные водосбросы.
Водосливные ГЭС могут иметь вертикальные или горизонтальные агрегаты (рис. 7.42, а, б). Крановое оборудование для монтажа и ремонта агрегатов на ГЭС с горизонтальными агрегатами расположено на служебных мостах; на ГЭС с вертикальными агрегатами или также вне машинного зала или в машинном зале. В зависимости от расположения кранового оборудования, предназначенного для монтажа и ремонта агрегатов, может быть низкий или высокий машинный зал. При одном и том же уровне воды в верхнем бьефе низкий машинный зал позволяет расположить гребень водослива на более низких отметках, что увеличивает пропускную способность водослива.
Если агрегаты расположены горизонтально, то водослив выполняется в виде широкого порога (см. рис. 7.42, б).
ГЭС, совмещенные с напорными водосбросами, могут иметь водоприемные отверстия водосбросов ниже (рис. 7.39, в) или выше водоприемных отверстий турбин; в одном блоке здания ГЭС может быть от одного до трех глубинных водосбросов.
При проектировании обычных зданий ГЭС на нескальных основаниях вопросы обеспечения устойчивости сооружения против сдвига, устойчивости основания, выбора типа и размеров подземного контура, устройства дренажей и пр. решаются таким же образом, как и для бетонных плотин. При проектировании совмещенных ГЭС дополнительно решаются вопросы пропускной способности водосбросов, сопряжения потока воды с нижним бьефом, гашения энер пш в нижнем бьефе, влияния на потери напора деления потока в водоприемной части ГЭС на турбинный и сбросной, влияния сбросного расхода на напор и мощность турбин [ 180].
На рис. 7.42, а показаны конструкции нижнего бьефа совмещенной водосливной ГЭС, имеющей удельный расход воды в нижнем бьефе более 60 м3/с. В данном случае в зависимости от уровня воды в нижнем бьефе возможен и донный и поверхностный режим. Водобойный колодец не имеет гасителей, рисберма заканчивается глубоким предохранительным зубом, ковш за рисбермой загружен камнем. Отличительной особенностью конструкций нижнего бьефа совмещенных ГЭС является отсутствие гасителей и водобойных стенок, которые вследствие их реактивного действия создают подпор турбинам, снижая турбинный напор и выработку электроэнергии. За водосбросными плотинами на нескальном основании гашение энергии осуществляется на водобое, но струя сходит с уступа, движется у поверхности и после полного расширения достигает дна (рис. 7.42, б, в).
При поверхностном режиме ниже по течению может образоваться поверхностный валец, при донном режиме часто образуется донный валец у плотины. При сходе с носка расхода Q и глубине нижнего бьефа имеем затопленный гидравлический прыжок, т.е. донный режим. Под струей давление меньше атмосферного (образуется вакуум), и сходящий с носка поток прижимается ко дну. С ростом глубины воды в НБ вакуум уменьшается и при некоторой глубине исчезает, а затем давление под струей продолжает расти и струя отклоняется вверх образуется поверхностный режим (эта глубина НБ называется первой критической глубиной). Дальнейший рост глубины в НБ может привести к опрокидыванию волны, при этом у водослива образуете! поверхностный валец (эта глубина НБ называется второй критической глубиной). Наиболее полные исследования этих режимов проведены С.М. Слисским [180]. Высокая скорость в струе при поверхностном режиме вызывает появление дополнительного напора на турбину. При этом растет выработка электроэнергии.
