НИЖНЯЯ МАССИВНАЯ ЧАСТЬ ЗДАНИЯ ГЭС
При нескальных породах, имеющих малые коэффициенты трения, нижняя массивная часть здания русловой ГЭС в основном определяет устойчивость здания на сдвиг по основанию (см. гл. 23). Поэтому здания ГЭС руслового типа отличаются массивностью всех своих элементов. Наоборот, здания ГЭС, размещаемые на скальных грунтах, должны иметь минимальный объем бетона, поскольку они заведомо устойчивы.
ФУНДАМЕНТНАЯ ПЛИТА
Когда в основании здания ГЭС залегают нескальные грунты с малыми коэффициентами сдвига, фундаментная плита с верховой стороны под вооприемником может иметь толщину 10—12 м и более, а с низовой— под отсасывающей трубой — 3,5 м, как, например, на Рыбинской, Верхне-Свирской, Цимлянской ГЭС. Толщина плиты определяется расчетом прочности и устойчивости здания ГЭС на сдвиг.
В пределах утолщенной части плиты часто устраивают 1—3 продольные галереи, которые служат для откачки дренажных вод и осушения отсасывающей трубы, куда с помощью сливной трубы спускается также вода из спиральной камеры (см. рис. 21-1). Другим вариантом решения этого вопроса является установка насосов в нижнем этаже помещений, находящихся над отсасывающей трубой или в специальной галерее (рис. 21-11 и 21-16).
Подошва сплошной фундаментной плиты при мягких грунтах почти всегда выполняется горизонтальной без каких-либо переломов под крутым уклоном. С верховой и низовой стороны плиты делают зубья, удлиняющие пути фильтрации воды в основании здания ГЭС. На русловых и приплотинных установках при скальных породах фундаментная плита делается тонкой—1,0—1,5 м (см. рис. 21-10 и 21-16), переходя иногда под отсасывающей трубой в сравнительно тонкую облицовку (см. рис. 21-5). В таких случаях подошва плиты может иметь крутые изгибы.
Отметка верха фундаментной плиты с верховой стороны, служащей дном водоприемника, назначается в зависимости от высоты решетки (см. § 21-2). При этом необходимо обеспечить плавный переход от этой отметки ко дну бетонной спиральной камеры в ее входном сечении с постепенно возрастающими отметками, без кривых, обращенных выпуклостью вверх.
Толщина фундаментной плиты зданий ГЭС деривационного типа полностью зависит от местных геологических условий и конструкций нижней массивной части.
ОПОРЫ ГЕНЕРАТОРОВ И ПОДГЕНЕРАТОРНАЯ ШАХТА
Компоновка агрегатного блока в целом должна предусматривать возможность осмотра и текущего ремонта наиболее важных частей работающего гидроагрегата любого типа, без его разборки. Для этого служит подгенераторная шахта, которую иногда называют также тур- биниой. Шахта, как правило, выполняется круглого сечения. Обычно она образуется массивными бетонными опорами генератора. Эти опоры делают в виде многогранной призмы с цилиндрической полостью внутри, а чаще всего просто в виде полого цилиндра с внутренним диаметром, равным (1,3—1,5) Dx (рис. 21-6). При такой конструкции поперечный и продольный разрезы генератора и его опор получаются идентичными (см. рис. 21-5 и 21-7). Высота шахты от крышки турбины до нижней крестовины генератора должна быть не менее 3,0 м. Вход в шахту делается из турбинного этажа, пол которого оказывается выше крышки турбины (см. рис. 21-5, 21-10).
Опорные конструкции крупных вертикальных агрегатов с реактивными турбинами обычно выполняются из бетона и по существу являются фундаментами генератора. Фундаменты вертикальных генераторов находятся под воздействием двух видов нагрузок: статических и динамических. К статическим нагрузкам относятся: вес фундамента и междуэтажных перекрытий, опирающихся на него, вспомогательного оборудования, находящегося на перекрытиях, а также вес статора генератора с опирающейся на него верхней крестовиной. Динамические нагрузки определяются весом ротора генератора и рабочего колеса турбины с валом, а также осевым давлением воды (см. гл. 8).
Динамическая нагрузка воспринимается подпятником генератора. У подвесных генераторов она передается на статор генератора через его верхнюю крестовину, а у .зонтичных генераторов — на его фундамент через нижнюю крестовину или на статор турбины через ее крышку.
Нагрузки от подгенераторных фундаментов передаются на бетонный массив здания через статор турбины и вертикальный бетонный конус отсасывающей . трубы. Кроме вертикальных нагрузок в период нормальной работы генератора на его фундамент будет действовать крутящий момент в горизонтальной плоскости опорных частей статора, а также усилие на урозне верхней крестовины от механического и магнитного дебаланса ротора, воспринимаемое фундаментом через распорные домкраты. В аварийных режимах появляются динамические горизонтальные нагрузки, создаваемые токами короткого замыкания (см. гл. 10).
Цилиндрические подгенераторные фундаменты достаточно жестки и обладают необходимой сопротивляемостью крутящим моментам. Конические подгенераторные опоры чаще всего рассчитываются только на вертикальные нагрузки: при этом крутящие моменты передаются на железобетонную плиту междуэтажного перекрытия или пола машинного зала. В таких случаях плита перекрытия устраивается достаточно жесткой и располагается в плоскости опирания статора.
Кроме перечисленных конструкций, встречаются и другие виды подгенераторных опор. Опоры в виде четырех стоек с кольцевой балкой применены для генераторов мощностью по 72 МВт, установленных на Днепровской ГЭС имени В. И. Ленина и на Усть-Каменогорской ГЭС.
При установке сравнительно небольших агрегатов подгенераторные опоры могут быть выполнены в виде рамных конструкций или отдельных колонн, связанных сверху кольцевыми или многоугольными достаточно мощными балками, на которые опирается статор генератора. Вход на крышку турбины при этом обеспечивается с нескольких сторон.
При высоких напорах и большой частоте вращения габариты подвесных генераторов становятся соразмерными или даже больше в плане, чем металлические спиральные камеры радиально-осевых гидромашин или кольцевые трубопроводы, питающие сопла ковшовых турбин (см. рис. 22-9). В подобных случаях применяются бетонные опоры с внутренней шахтой в виде пологого усеченного конуса, повернутого вверх или вниз (рис. 21-12, а).
Установка агрегатов небольшой мощности позволяет упростить опоры, выполнив их в виде железобетонных или металлических конструкций, передающих усилия от крутящих моментов на междуэтажные перекрытия или на перекрытие, образующее пол машинного зала.
Еще проще, часто с применением металлических конструкций, осуществляются подгенераторные опоры при установке ковшовых турбин. Диаметр их, как правило, меньше ротора гидрогенератора, что создает предпосылки для устройства простых и надежных конструкций (рис. 21-12, б). Для генераторов с горизонтальным валом делают балочные опорные конструкции, расположенные в плоскости перекрытия машинного зала.
ТУРБИННЫЙ ЭТАЖ
Вокруг генераторных опор, на всем протяжении машинного зала, образуется сквозной турбинный этаж, из которого устраиваются входы в подгенераторные шахты (см. рис. 21-6). На крупных установках иногда предпочитают делать два этажа, что принципиально не вносит изменений в общую компоновку. Отметка пола турбинного этажа зависит от формы спиральной камеры. Если она бетонная с горизонтальным потолком, то пол можно сделать везде на одной отметке. Толщину перекрытия над спиральной камерой назначают не менее 1,0—1,5 м (см. рис. 21-5). Тогда в любом месте можно сделать вход в подгенераторную шахту.
Если же бетонные спиральные камеры сделаны с сечениями, частично или полностью развитыми вверх, либо устанавливаются металлические спиральные камеры, то пол турбинного этажа приходится делать на значительно более высоких отметках, чем в предыдущем случае. В связи с этим затрудняется решение вопроса с устройством входа в подгенераторную шахту: приходится увеличивать ее высоту или ориентироваться на устройство входа у носка спирали, где сечения ее минимальны.
При устройстве бетонных спиральных камер с сечениями, сильно развитыми вверх, и необходимости значительного повышения отметок потолка перед входным сечением в спираль, т. е. сразу за пазом турбинного затвора, может потребоваться пол турбинного этажа с верховой стороны сделать выше, чем с низовой (см. рис. 21-1). Иногда приходится отказываться от устройства здесь помещения, а турбинный этаж делать только там, где толщина перекрытия, образующего потолок спирали, еще достаточна. Под потолком турбинного этажа обычно устраиваются генераторные выводы, идущие к трансформаторам, устанавливаемым на русловых ГЭС, как правило, с низовой стороны (см. рис. 21-1), а на приплотинных — с верховой (см. рис. 21-9 и 21-10).
Турбинный этаж используется для прокладки многочисленных ком-муникаций, обеспечивающих эксплуатацию агрегатов — водопроводов, масло- и воздухопроводов, электрических силовых кабелей, кабелей связи и автоматизации, а также для установки различного вспомогательного оборудования.
ПРОЧИЕ ПОМЕЩЕНИЯ
На крупных русловых ГЭС над отсасывающими трубами образуются значительные по площади помещения, расположенные в несколько этажей. На верхнем перекрытии устанавливаются трансформаторы (см. рис. 2-1-1).,
Верхний этаж большей частью используется для электрических устройств, поскольку он находится на уровне генераторных выводов, проходящих по турбинному этажу. Ниже находится этаж, используемый также для электрической части станции, преимущественно для устройства кабельных коридоров. Самый нижний этаж используется для размещения насосов, обеспечивающих при ремонте откачку воды из отсасывающих труб, а также для устройства лазов в спиральную камеруи отсасывающую трубу (см. рис. 21-15).
На приплотинных ГЭС при установке трансформаторов со стороны НБ, как, например, на Бухтарминской ГЭС, применяется аналогичная компоновка этих помещений. Если трансформаторы устанавливают с верховой стороны, что типично для приплотинных ГЭС, то приходится предусматривать соответствующие помещения под местом установки трансформаторов (см. рис. 21-9 и 21-11).