СкверНЯк {ẁẃ} (ermiak) wrote in engineering_ru,
СкверНЯк {ẁẃ}
ermiak
engineering_ru

Category:

Малогидроэнергетическое. Капитальные сооружения.

Строительство - штука несправедливая. Шанс создания по-настоящему авторского проекта выпадает очень редко. Такого проекта, чтоб и через поколения обычный горожанин показывал гостю: "смотри, это мост Отаковского". Куда чаще приходится проектировать не менее сложные и не менее нужные, но, увы, однообразные сооружения. И в лучшем случае старания архитектора запомнят "таким-то стилем" или "такой-то эпохой", а в худшем - еще и обзовут метким и неприятным прозвищем, напрочь забыв, в каких условиях приходилось работать. К чему это я? Колхозная ГЭС - это тонкое издевательство над чувствами амбициозного архитектора. В эпоху, когда все глаза смотрят на тот же Днепрогэс, на новаторские "соцгорода", на вводимые в работу заводы-гиганты - ну, хорошо, что не коровник. вот вам динамка на ремне от мельницы, отвалите и не мешайте пить. Но если взглянуть повнимательнее - она же дает возможности, которых лишены архитекторы крупных проектов. Лишены не только ресурсами, но и самой природой.

Да, здесь смешные (часто) напоры и небольшие мощности. Но зато широчайшее пространство для идей.

Каменная плотина? Можно. Бетон? Тоже вариант. Дерево? И из дерева можно. Даже без единого гвоздя. Маленький Днепрогэс со струями по всем лоткам? Или поток в водобойном колодце? Какой формы? А машзал? У плотины или подальше? И так далее




-Видел когда-нибудь такие плотины?
-Они построили плотину, но она не поместилась и ее сжали в гармошку?
-Ну, в целом именно так и было. Нужна была длинная плотина, но она не поместилась и ее построили гармошкой.
-ЗАЧЕМ?
-ВОДОСБРОС! Плотина переливная. для заданных объемов водосброса она должна быть вот такой длины. Днепрогэс вон тоже не поместился - видел, как скрутило?:)


Так вот, на большой ГЭС подобная форма ну не то, что невозможна, но крайне проблематична - обратный угол не особо устойчив к давлению. Но здесь прочности бетона хватит для такой необычной формы. И примерно так обстоят дела со всеми компонентами маленьких станций. Поэтому они даже более разнообразны, чем большие. Вот и посмотрим, из чего же они состоят.



Что же нужно для работы ГЭС? Плотина? Да далась вам та плотина? Что, жить без нее тошно? А строить ее кто будет? "В свободное от работы время"? Тем более, что ГЭС можно построить и без плотины. Так, любители "свободнопоточных турбин", мудаки и члены "гринписа" - свалите, пожалуйста к принимающей ваши убеждения матери; тут о серьезных вещах говорится. И генератор на кукурузер верните - он тут и на возбудитель не пригоден.

Я в прошлом посте уже писал - для работы нужен напор, расход и турбина. Плотины в этом списке нет. Потому, что это один из способов создать напор на ровном месте. А можно, например, взять воду выше по течению, провести ее каналом или трубой ниже - и получить напор. Или спрямить русло - и тоже получить напор. А еще можно соединить две реки на разной высоте - и снова получить напор. Пару-тройку метров на равнине и пару-тройку сотен - в горах. Учитывая, что небольшие плотины могут иметь сравнимую высоту - вариант становится вполне рабочим.

Это будет так называемая "деривационная станция". Конечно, какой-нибудь ручеек можно целиком забрать в трубу, но отвод позволяет более или менее сохранить экологическое состояние реки (если не отбирать слишком уж значительную часть стока), позволяет использовать реку слишком полноводную для постройки плотины (опять же соколецкий комплекс - перегородить весь Южный Буг хозяин мельницы не мог, но на деривационном канале - вон сколько всего построил)!





Это ведь не весь Южный Буг, правда?


Или Букская ГЭС. Наглядный пример "плотинно-деривационной" станции. То есть, у станции есть небольшая плотина и деривационный канал, дополнительно увеличиваюий напор.



Это сама плотина да, я ее постил, но кадров с ней отснял мало, а упоминаю часто.


Это деривационный канал, пробитый в граните и укрепленный бетоном. Спутниковое фото показывает, насколько он длинный - километра полтора.


Аванкамера и машзал сильно разрушены, так что обойдемся без них. Но сама схема понятна - машзал может находиться в километрах от плотины.

Да, канал узкий и мелкий, расход символический - но 30 метров напора давали около 600 КВт.

Но это все-таки отдельное явление. Чаще канал все-таки копают и иногда - укрепляют камнями или бетониумом - чисто на всякий случай, чтоб канал в овраг не превратился. Отмечу, что эта цель была достигнута - даже на брошенных станциях деривационные каналы чаще заилены, чем самоуглублены.

В принципе, можно обойтись и без канала - построив лоток или акведук, но я таких еще не видел и о мощностях судить не могу, хотя и считаю это удовлетворением инженерного желания за счет общества. Так что отметим, что они могут быть каменными, бетониумными или деревянными и перейдем к постоянному спутнику мини-ГЭС - ТРУБОПРОВОДАМ.

Трубопровод - штука скучная, но очень технологичная. Станции на деривационных трубопроводах не живописны и, в общем-то, неинтересны - внешне. Но зачастую весьма впечатляют по характеристикам. Дело в том, что трубопровод может быть не только безнапорным (то есть, быть чем-то вроде перекрытого сверху канала), но и напорным, по которому вода течет под давлением. Рожэаш, да. И в зависимости от "аш" инженер может использовать самые разные трубы - стальные, бетонные, деревянные, пластиковые - лишь бы выдержали. А теперь представьте, насколько сложной будет плотина в несколько десятков метров - и сравните с трубами, которые еще и выпускаются серийно!
Но да, трубы скучны, уродуют пейзажи и не пользуются любовью аборигенов. Даже на самых красивых станциях.

Это Теребле-Рицкая ГЭС со стороны Рики. Станция стоит на двух реках одновременно - На Теребле плотина и на Рике - машзал. И ТРУБА между ними.


Начинаются трубы напорным бассейном с защитными решетками, аванкамерой, затворами и дополнительным водосбросом.
Защитные решетки - понятно - задерживают крупный мусор и не дают забить трубу или агрегат. К ним мы вернемся позже. Затвор перекрывает воду в трубопровод. Здесь он может быть простейшим щитовым - ни достойного давления, ни вакуума ему держать не надо. А как же "минус рожэаш"? А для него после затвора ставится воздухозаборник, не дающий создать вакуум в перекрытой трубе.

Если же трубопровод очень длинный и очень мощный, если произведение длины на поток оказывается больше 15 напоров, то в системе потребуется еще и уравнительный резервуар. Если коротко, то это такая водонапорная башня, сглаживающая колебания напора вообще и гидроудар в частности. Ну то есть по сути это водонапорная башня, но технически это может быть и дополнительная труба, проложенная рядом с напорными.




Но, конечно же, символом гидроэнергетики стали не каналы и трубы деривации, а плотины. Перегораживаем речку, вода поднимается и течет в агрегат. Все просто? Не все. Плотина все-таки перегораживает речку, вызывая сердечные приступы у "зеленых" (с которыми мы будем разбираться в следующий раз) и затопление... да много чего. И если для условного ДнепроГЭСа можно долбануть по документу круглой печатью "итить расселить", то инженера, предложившего затопить любимую скамеечку на берегу и похороненного котика сельчане могут и не понять. Причем, в первые годы строительства - не понять очень активно и доходчиво. В общем, с приличными напорами на плотинных малых гэс ситуация... сложная. Поэтому, по возможности инженеры старались не затапливать пойму реки, а только поднимать уровень более-менее в пределах русла. Что давало никакие напоры и весьма унылые киловатты. Ну или тянуть деривационный канал в надежде, что напор поднимется и без плотины.

Я не буду дополнительно грузить типами плотин и просто скажу, что в малой энергетике рулят и решают гравитационные плотины. То есть, тяжелые, грубые и надежные сооружения, удерживающие воду исключительно своей массой. Сверхлегкие, типа щитов с подпорками и прочей экзотики по-хорошему не вылазят за свой десяток киловатт наномощностей, а арочные - ну можно, но даже самый честолюбивый Инженер рассчитывать арку там, где можно обойтись гравитационной плотиной или просто трубой - не станет.

Итак, плотина.

Простейший вариант, доступный повсеместно - это, конечно же земляная дамба. Строится египетским методом без применения каких-либо наворотов и умствований. Единственная важная деталь - хотя бы напорная (мокрая) сторона дамбы должна быть хотя бы относительно водонепроницаемой. Просто? Но лажали на таких дамбах в первую волну так, что иногда потери на фильтрацию (то есть утечку воды сквзь саму дамбу) превышали полезный расход. Короче говоря, глины и суглинки это хорошо и хотя бы напорный фронт должен состоять из них. А сверху по-хорошему и каменная заделка не повредит - чтобы волнами и вылазящими после купания детьми не размыло.

Земляная дамба. 1-защитный слой, 2-слой глины, 3-укрепление сетками с камнем, 4-посев трав, 5-линия фильтрации, 6-противофильтрационная призма.



А вообще, если есть камни, бетон, глина, лысые черти - дамба становится почти полноценной плотиной. Правда и требования к конструкции возрастают.

Плотина из каменной насыпи (2) с глинобетонным экраном (1)


Плотина из каменной насыпи. 1-цементационный экран, 2-бетонный зуб, 3-каменная насыпь, 4-экран из железобетонных плит, 5-сухая кладка.


Но у дамбы есть фатальный недостаток. Дамбы очень неустойчивы к переливу через гребень, например, при паводке, что требует более серьезных водосбросов. В смысле, многие плотины не любят перелива, но для дамб он особенно разрушителен. Это без учета огромных объемов дамбы, фильтрации воды сквозь тело, сложности установки водосброса (вода стремится пройти на границе между дамбой и конструкцией водосброса. Но зато ее можно построить в прямом смысле из говна и палок. А еще чаще, дамбы уже есть - для создания водохранилищ, прудов, отстойников и прочих не-энергетических водоемов. И к этим водоемам вполне можно прицепить тот же самый сифонный гидроагрегат - и снимать сотни киловатт на ровном не очень ровном месте.

Дамба Зеленоярской ГЭС. Контейнер слева от ЛЭП - машзал. Справа - это все дамба, перегораживающая очень небольшую речку.


Но для электростанции все-таки лучше полноценная плотина. Из всеми любимого бетона. Такой вот Днепрогэс в миниатюре.





Если точнее, это будет называться "водосбросной плотиной автоматического действия". Смысл в том, что при превышении уровня вода просто переливается через гребень плотины и стекает по лоткам водосброса.

Это не всегда удобно и почти всегда дорого, так что водосбросные плотины часто оснащаются подъемными затворами.

Бетонная плотина может быть и "глухой", через гребень которой вода не должна переливаться ни в коем случае. В этом случае водосброс строится отдельным сооружением.



Плотины, сложенные из камня я изначально упоминать не хотел - трудоемкость каменной кладки и требовательность к квалификации строителей казались мне запредельными. Но экспедиционные исследования показали, что каменные плотины встречатся не реже бетонных и часто соседствуют с земляными дамбами.

Плотина ГЭС Полонисте. Как раз сочетание дамбы и каменной водосбросной части. Да, машзала не видно, он в сотне метров на деривационном канале:)


Перегоновка. Бетон и каменная кладка.


Относительно же деревянных плотин, лотков и трубопроводов - упоминания я встречал, но вживую не видел. Не для наших степей такое удовольствие... Может быть, в Карпатах во вторую волну они и были, но что было, то паводками унесло.

Ну так вот, водосброс. Вечный персонаж самых эффектных кадров на тему "Гидроэнергетика". Вода, пенящаяся в лотках плотины или бурлящая в канале, или вылетающая из подводной трубы - это всегда впечатляет. И если на зарегулированном в ноль Днепре холостой сброс воды даже через один лоток - это Событие, то на малых ГЭС скачки уровня по-прежнему более, чем заметны. Так что водопропускные сооружения должны быть всегда в полной готовности.

Вроде бы, самое простое - это переливная плотина. Вроде бы. Вода переливается через гребень и - что? Вот там под водой нижнего бьефа скрывается самая хитрая часть плотины. Воду ведь недостаточно перелить. "Капля камень точит" и бетон, если поток вдруг начнет падать прямо под основу плотины, долго не продержится. Помните? Напор и расход. В водосбросе они тоже работают - над разрушением плотины. Поэтому поток из лотков водосброса нужно замедлить, ослабить и увести как можно дальше от тела плотины. Например, длинным длинным бетонным водобоем с зубами, разрывающими и тормозящими поток. Или трамплином, если напор позволяет забросить воду подальше от плотины.



Но простая переливная плотина неуправляема. Вот никак - уровень поднялся - и потекло. Это полезно в случае частичного использования энергии реки - что нужно, забирает электростанция; остальное стекает сводобно.

Петрашевская ГЭС.


Гальжбиевская ГЭС. Машзал снова далеко вниз по течению.


Кстати, обе станции уже сработали свои водохранилища, так что свободно не стекает ничего.

Если же за генерацию браться всерьез, то инженеру понадобятся управляемые затворы.

Плоский. Знакомые по "Днепрогэсу" металлические щиты в пазах бетонных быков плотины. Например, на Корсунь-Шевченковской. Простые и надежные, они требуют довольно мощного подъемного крана для, собстна, подъема. Дело в том, что напор, пусть и небольшой, прижимает затвор к пазу, добавляя сопротивление движению.

Корсунь-Шевченковская станция.


Полонисте. Отлично пригнанный затвор.


Гальжбиевская. Протекает:( Да, плотина автоматическая, но затвор сброса есть - на случай пропуска паводка, превышающего мощность водосброса плотины. Высота затвора в этом случает чуть выше гребня водосбросной части плотины и в норме не перехлестывается. Так тоже можно.


Васильковская.


И все было бы хорошо, но на малых ГЭС встречаются и деревянные затворы! Увы, мне они попадались на полузаброшенных станциях, но Рыбак собственными глазами видел на работающей.

Дмитренковская


Важная деталь: Обратите внимание на соотношение размеров затвора и самой плотины. Это упрощает и удешевляет строительство и дает забавный экологический эффект, явно изначально не предусмотренный.

Сегментный. Знаком по Братской ГЭС (я, кажется, говорил, о возможностях, которых нет у "серьезных" инженеров?) Поскольку он поворачивается на оси, крану достаточно поднять только сам затвор; давление воды дополнительного сопротивления не оказывает.

Яворская ГЭС



Кстати говоря, в Last of us есть квест на прохождение (скорее всего) подпорной плотины в нижнем бьефе на небольшой ГЭС. Но затворы там страаанные. Даже не знаю, что бы это значило.



Шандоры. Просто, весомо, грубо и зримо. Щитовой затвор из говна и палок. Используется повсеместно во время ремонтов в качестве временной меры.





Что здесь важно? Тщательный расчет и прямые руки. потери через затвор не должны превышать поток воды в турбине. Если инженер неспособен это обеспечить, стоит задуматься о переливной плотине (дешевле) или одном, но качественном водосбросе с качественным затвором. Или о том и другом сразу.

Управляемость этих затворов весьма относительна. Грубо говоря, они могут быть открыты или закрыты. На промежуточных положениях поток - правильно, может разъесть затворы и гребень плотины. Теоретически. Практически, при небольших расходах можно и приоткрывать затвор... Правда, есть и другие - секторные, цилиндрические, даже надувные и одноразовые! И некоторые из них нормально работают на частичном открытии. Но, насколько я могу судить, в наших краях это экзотика. Вот и полевой выезд ничего такого не обнаружил.

А теперь все вместе! Водосброс должен обеспечить в первую очередь прохождение паводка. В отличие от больших и зарегулированных рек, паводок на малых реках легко уравнивает уровни верхнего и нижнего бьефов - и при небольшом напоре поток получается чудовищный. И весь этот поток должен пройти через водосброс!

Хорошо, когда русло реки широкое и Инженеру разрешили затопить пойму - поднял затворы, и вода пошла. А если русло узкое? И такой поток просто разнесет узкий водосброс, повредит плотину и затопит все, что затапливать не предполагалось. Можно изогнуть плотину, как Днепрогэс (да, плотина гравитационная; изгиб нужен исключительно для удлинения водосбросной части!). Можно сжать гармошкой, как Васильковскую (напоры позволяют). Это уменьшит поток-на-погонный-метр плотины и она устоит. Или же придется строить мощный береговой водосброс. Все, как у взрослых!

Кстати, обратите внимание, части плотины разделены длинными стенами. "капля камень точит", так что поток воды лучше отделить от других частей станции.


Кажется, что-то забылось? Ага, воду еще нужно как-то подать в турбину. Здесь сложностей немного. Обычно строится небольшой напорный бассейн, в котором поток успокаивается и направляется в трубопровод(ы). Каждый трубопровод отделяется быками с управляемым затвором и пазами для шандоров и начинается мусорозащитной решеткой. В общем-то просто, пока Инженер не сталкивается с гидродинамикой и физиологией. Внезапно, каждое дополнительное сооружение оказывает сопротивление потоку.



Особенно решетка, которую, кстати, нужно еще и как-то чистить! В общем, еще одна важная, хоть и невзрачная часть электростанции.



А дальше - регулирующий затвор и турбина!
Tags: история, энергетика
Subscribe

  • А как упрочнять будут?

    Компания Relativity Space готовится напечатать за два месяца на 3D-принтере космическую ракету, это будет двухступенчатая ракета-носитель,…

  • Шагающий дом

    А в странах бСССР здания ходили или их только домкратами по рельсам передвигали?

  • О проблемах с российской печатью

    День российской печати сегодня, а не только Старый Новый Год на дворе, а потому хочется поговорить о проблемах с нашей печатью. Такого о истории…

promo engineering_ru july 19, 2016 09:09 79
Buy for 50 tokens
Свет от масляных и керосиновых фонарей был не слишком сильным, поэтому в фарах первых автомобилей довольно скоро загорелся газ. Бачок с карбидом кальция располагался, как правило, на подножке автомобиля и соединялся с фарами шлангами: Шофер, открыв специальный клапан, подавал воду в бачок с…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 14 comments

  • А как упрочнять будут?

    Компания Relativity Space готовится напечатать за два месяца на 3D-принтере космическую ракету, это будет двухступенчатая ракета-носитель,…

  • Шагающий дом

    А в странах бСССР здания ходили или их только домкратами по рельсам передвигали?

  • О проблемах с российской печатью

    День российской печати сегодня, а не только Старый Новый Год на дворе, а потому хочется поговорить о проблемах с нашей печатью. Такого о истории…