8305
.pdf11
2. КОНСТРУКЦИЯ ЗДАНИЯ ГЭС
2.1. Определение высоты и ширины машинного зала
Здание ГЭС – это помещение для размещения оборудования. Поэтому размеры здания определяются размерами оборудования.
Наибольшими размерами обладают гидроагрегаты – совокупность гене-
ратора и турбины. Поэтому вначале необходимо составить компоновку гидро-
агрегата (рис. 2.1).
Рисунок 2.1 – Компоновка гидроагрегата ГЭС
Высота машинного зала определяется высотой подъема ротора генерато-
ра или рабочего колеса турбины для выемки этих элементов из агрегата (рис.
2.2).
Ширина машинного зала определяется возможностью свободного пере-
мещения кранами ротора генератора или рабочего колеса турбины вдоль зала
(рис. 2.2).
Определив ориентировочную ширину, необходимо принять её уточнить по ближайшему значению пролета крана машинного зала.
12
Рисунок 2.2 − Положение ротора генератора или рабочего колеса при перемещении краном
При размещении в здании ГЭС двух кранов монтаж/демонтаж ротора или рабочего колеса осуществляют при помощи траверсы – специальной стальной балки (рис. 2.3). В этом случае высота машинного зала должна учитывать высо-
ту траверсы.
2.2. Конструкция подводной части
Подводной частью здания ГЭС условно считается конструкция ниже пола машинного зала.
Конструирование подводной части начинается с фундамента здания ГЭС.
Толщина фундамента принимается ориентировочно от 1,0-1,5 м для скальных оснований до 4,0-6,0 м для оснований нескальных.
В подводной части выделяются стены – верхняя, нижняя, боковые − отса-
сывающей трубы, турбинной камеры, стены между водой бьефов и подводной частью; толщина стен – около 2-3 м.
13
Рисунок 2.3 − Монтаж ротора генератора двумя кранами при помощи траверсы:
1- охладители генератора, 2-ротор генератора при монтаже (выше) и в рабочем положении (ниже), 3-подкрановые балки (сталь), 4-мостовой кран, 5-траверса, 6-рабочее колесо при монтаже
Также в подводной части выделяется фундамент генератора, т. е. кон-
струкция, на которую опирается статор генератора. Фундамент (для вертикаль-
ного генератора) обычно выполняется в виде полого кругового цилиндра с внешним диаметром, равным диаметру корпуса генератора, и внутренним диа-
метром, равным диаметру статора турбины.
В подводной части (в бычках) размещаются пазы ремонтных затворов от-
сасывающих труб.
2.3. Конструкция надводной части
Надводная часть (верхнее строение, машинный зал) конструируется в за-
висимости от типа машинного зала (открытый, закрытый, полуоткрытый и др.).
Наиболее распространены закрытые машинные залы, в которых все обо-
рудование здание ГЭС размещается под общей крышей.
Разработку конструкции машинного зала следует начинать с выяснения его высоты и пролета. Эти размеры определяются возможностями монта-
14
жа/демонтажа рабочего колеса турбины и ротора гидрогенератора, а возможно-
стью переноса этих элементов вдоль длины машинного зала.
Конструкция машинного зала чаще проектируется каркасного типа ана-
логично каркасам однопролетных промышленных зданий (рис. 2.4).
Рисунок 2.4 – Схема каркаса машинного зала:
1 — колонны; 2 — несущие конструкции покрытия; 3 — подстропильные конструкции; 4 —- прогоны; 5 — подкрановые балки; 6 — фундаментные балки; 7 — обвязочные балки; 8 — продольные связи колонн; 9 — продольные вертикальные связи покрытия; 10 — поперечные горизонтальные связи покрытия; 11 — продольные горизонтальные связи покрытия.
Однако для зданий ГЭС, являющихся, как правило, уникальными соору-
жениями, не применимы стандарты размеров шага колонн и пролетов
промзданий. Эти размеры назначаются в необходимых величинах.
Каркас машинного зала состоит из поперечных рам, образованных ко-
лоннами и несущими конструкциями покрытия (балки, фермы, арки и др.), и
продольных элементов: фундаментных, подкрановых и обвязочных балок, под-
15
стропильных конструкций, плит покрытия и перекрытия и связей. Несущий каркас чаще всего выполняют целиком из железобетона или стали и смешан-
ным. Рекомендуются железобетонные колонны (рис. 2.5) и стальные подкрано-
вые балки.
Рисунок 2.5 – Общий вид железобетонной колонны:
1 - закладочная деталь для крепления несущей конструкции покрытия; 2, 3 - то же, подкрановой балки; 4 - то же, стеновых панелей
Поперечное сечение колонн ниже консоли – от 600х1400, 600х1900 и 600х2400 до 1500х3000 мм в зависимости от грузоподъемности крана. Более эффективными по сравнению с железобетонными являются стальные подкра-
новые балки, применяют в основном двутавровые сварные балки. Высота балки зависит от нагрузки; ее размеры примерно от 600 до 2000-3000 мм, ширина балки ориентировочно в 2 раза меньше высоты. Схема опирания балки дана на рис. 2.6.
Колонны каркаса опираются на элементы подводной части; ограждающие машинный зал стеновые панели привариваются к колоннам.
16
Рисунок 2.6 – Схема опирания балки на колонну и крана на балку 1 - габарит крана, 2 – тележка крана, 3 - мост крана, 4 – гак с крюком, 5 - колесо крана; 6 -
подкрановый рельс; 7 - подкрановая балка; 8 – колонна; 9 – балка или ферма покрытия
Несущие конструкции покрытия являются важнейшим конструктивным элементом здания. Железобетонные балки применяют при пролетах до 18 м.
Они могут быть одно- и двухскатными. Балки крепят к колоннам сваркой закладных деталей. Высота двухскатной балки в коньке равна около 0,1 пролета балки, высота на опоре ≈ 0,05 пролета.
При пролете более 18 м применяют стропильные фермы, чаще – стальные
(рис. 2.7).
Покрытие здания ГЭС состоят из несущей и ограждающей частей. В со-
став ограждающей части покрытия входят:
− несущий настил, который поддерживает ограждающие вышерасполо-
женные элементы; в качестве настила широко используются железобетонные панели;
−пароизоляция;
−теплозащитный слой;
17
Рисунок 2.7 – Стальные стропильные фермы:
а - основные типы ферм; б - узел опирания на колонну фермы с параллельными поясами при "нулевой" привязке; в - то же, полигональной при привязке 250 и 500 мм; г - то же, треугольной при "нулевой" привязке; 1 - надопорная стойка; 2 - колонна; 3 - ригель фахверка
−выравнивающий слой (стяжка);
−кровля (водоизоляционный слой из рулонных или листовых материа-
лов).
В кровле укладывается молниезащитная сетка из арматурных стержней.
Стены выполняются из панелей, навешиваемых на колонны каркаса.
Здания ГЭС разделяют деформационными швами на секции. Обычно раз-
резка производится между агрегатными блоками, при этом агрегатный блок яв-
18
ляется секцией. Швы должны иметь уплотнения, защищающие подводную часть снизу, со стороны верхнего и нижнего бьефов от воды. Швы надводной части защищаются уплотнениями от осадков.
2.4. Определение ширины секции здания ГЭС
Ширина секции агрегатного блока – это расстояние между осями смеж-
ных агрегатов или, что то же самое, расстояние между деформационными шва-
ми. Это расстояние – поперек тока воды.
Ширина секции определяется тремя величинами одновременно: шириной отсасывающей трубы на выходе воды из неё, шириной турбинной камеры, диа-
метром кратера генератора (рис. 2.7).
Ось агрегата несимметрична по отношению к ширине секции.
Рисунок 2.7 - Определение ширины секции агрегатного блока:
1-контур турбинной камеры; 2-контур отсасывающей трубы; 3-деформацирнный шов; 4-ось агрегата; 5-ось агрегатов; Dk -диаметр кратера генератора; 6-колонны; 7-стена; 8-стойка; Bсек-ширина секции агрегатного блока; b -толщина половины разрезного бычка
19
2.5. Размещение колонн
Расстояние между колоннами по длине здания называется шагом колонн.
Так как здание разрезается деформационными швами на секции, шаг колонн – это расстояние между колоннами внутри секции.
Шаг колонн следует проектировать постоянным во всех секциях (рис.
2.8).
В плане сечение колонны – прямоугольное: больший размер в направле-
нии поперек машинного зала, меньший размер – вдоль зала.
Это связано с необходимостью иметь разную жесткость колонн в этих направлениях.
Рисунок 2.8 – План расстановки колонн (обозначения на рис. 2.7)
2.6. Схема осушения проточной части гидроагрегата
Основные схемы осушения проточной части представлены в [3].
20
На русловых и приплотинных ГЭС, расположенных на мягких грунтах,
где есть фундаментная плита значительной толщины, рекомендуется рассмат-
ривать применение схемы опорожнения с двумя галереями (рис. 2.9).
Рисунок 2.9 – Осушение с двумя галереями
Рисунок 2.10 – Схема осушения с коллектором