Принципы назначения размеров поперечного сечения турбинных водоводов
Энергоэкономический расчет размеров поперечных сечений турбинных водоводов, как и деривационных туннелей, основан на принципе ьяинимума суммы затрат по сооружению водовода и стоимости потерянной энергии. Такой принцип расчета позволяет учитывать изменение основной нагрузки - внутреннего давления по длине турбинного водовода. В шахтных (вертикальных) турбинных водоводах поперечное сечение принимается постоянным; такое решение диктуется производственными условиями.
На горизонтальных или наклонных участках турбинного водовода сечение может приниматься переменным, постепенно уменьшающимся до перехода к спиральной камере. Сечение также меняется после развилок при переходе от общего для всей ГЭС или группы агрегатов ГЭС водовода к индивидуальным водоводам каждой турбины. Компоновку турбинных водоводов можно разделить на следующие группы: к каждому агрегату вода подводится по индивидуальному водоводу - головная схема компоновки ГЭС (рис. 3.1, в); применяется при большой мощности гидроагрегатов и соответственно большом расходе воды, а также на ГАЭС с относительно небольшим напором и небольшой длиной турбинных водоводов: один турбинный водовод на все агрегаты ГЭС с разветвлениями перед турбинами; применяется при большой длине водоводов, высоких напорах и соответственно малых расходах - концевая и промежуточная схема компоновки (рис. 3.1, а);
один турбинный водовод на группу агрегатов с развилками для подвода воды к каждой турбине; применяется при большом числе агрегатов, большой длине турбинных водоводов в концевой и промежуточной схемах компоновок, реже в головной схеме (рис. 3.1, б).
Обычно турбинные подземные водоводы проектируются с комбинированной обделкой металл-бетон-скала, причем скала должна воспринимать значительную часть нагрузки. Для такого водовода ГЭС или ГАЭС можно составить аналитическую зависимость расчетных затрат, стоимости потерянной энергии от напора и диаметра трубопровода. Приравняв к нулю первую производную: получим значение экономически наивыгоднейшего диаметра, которое определяет минимум суммы.
Наивыгоднейшие скорости течения воды в турбинных водоводах составляют 3-4 м/с, при больших напорах (на конечных участках) оки могут по расчету достигать 8-11 м/с. При возрастании стоимости заменяющей в системе энергии (энергии ТЭС) наивыгоднейший диаметр будет увеличиваться, а при возрастании стоимости проходческих работ, бетона и металла, наоборот, будет уменьшаться.
В целом, как и для напорного туннеля, величина D3K турбинного водовода является условной, отвечающей определенному району и времени по ценообразованию. Экономически наивыгоднейшие диаметры турбинных водоводов для ГАЭС должны быть больше, чем для ГЭС, так как потери напора и энергии здесь имеют место как при турбинном, так и при насосном режиме работы. При одинаковом расходе воды диаметр трубопровода для ГАЭС будет примерно на 10% больше, чем для ГЭС Г331.
На рис. 3.2 показана схема турбинного водовода с комбинированной сталежелезобетонной облицовкой, а на рис. 3.3 - результаты влияния различных параметров на изменение экономически наивыгоднейшего диаметра водовода.
На рис. 3.3 видно (исследование выполнено М.Ф. Губиным), что при принятой комбинированной обделке, в которой 90% полного напора воспринимается металлической облицовкой, изменени6 рассмотренных величин по-разному влияет на диаметр туннел D3K. Наибольшее влияние оказывают: расход, напор, стоимость металла облицовки и число часов использования установленной мощности. Коэффициент шероховатости металлической облицовки может изменяться от 0,011 до 0,014 в зависимости от качества обработки металла и сварочных швов. Изменение стоимости скальной выломки, бетонной обделки и коэффициента т практически не оказывает заметного влияния на изменение диаметра D3K туннеля. Таким образом, при определении исходных значений параметров, влияющих на определение диаметра энергетического водовода с комбинированной обделкой, должно быть обращено наибольшее внимание на принимаемые значения Q, Н, Гисп и стоимость металла а .
Подземные сооружения гидроэлектростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1996.
