СБРОСНЫЕ СООРУЖЕНИЯ И ПРОМЫВНЫЕ УСТРОЙСТВА
Для удаления излишков воды, а также гидравлического сброса сора, шуги, наносов и т. д. при напорном бассейне устраивают сбросные сооружения. По назначению эти сооружения подразделяются на: холостые водосбросы, водоспуски, ледо-, соро-, шугосбросы и промывные устройства. Все они обычно состоят из двух частей: головной и отводящей. Забор воды или плавающих предметов из напорного бассейна производится головной частью, а затем по отводящей части они транспортируются в НБ, либо в иное место. Отводящий тракт включает в себя переходный участок, где вода, поступившая из головной части, собирается в один поток; быстроточный участок и концевой участок, в пределах которого происходит сопряжение потока с НБ. Концевой участок часто является гасителем энергии. Отводящий , тракт стремятся выполнить общим для всех сбросных сооружений и промывных устройств. Примером этому может служить напорный бассейн, представленный на рис. 15-3.
Холостые водосбросы рассчитываются на пропуск всего или части расхода канала для того, чтобы при остановке ГЭС не допустить переполнения напорного бассейна, либо для того, чтобы подавать нужное количество воды потребителям ниже данной ГЭС, например другим ГЭС каскада.
Холостые водосбросы должны действовать автоматически, поэтому они делаются в виде открытых водосливов, водосливов, оборудованных автоматическими затворами, или сифонов. В плане головная часть холостого водосброса может выполняться в одну линию с напорной стенкой. С целью экономии затрат открытые водосливы часто располагаются под углом к напорной стенке. Примером такой компоновки- может быть напорный бассейн установки Бургхаузен на р. Альц, где водослив длиною 50 м является продолжением дамбы канала (рис. 15-4).
Применение сифонных водосливов позволяет сократить водосливной фронт, хотя они несколько сложнее в конструктивном отношении и требуют большого внимания при эксплуатации.
Во избежание резкого изменения сбросного расхода и уровня воды в напорном бассейне целесообразно выполнить сифонный водосброс в виде батареи сифонов с разными отметками их зарядки.
Отводящая часть водосбросов может делаться в форме быстротока, ступенчатого перепада или трубопровода. Трубопровод конструктивно сложней и дороже, но его легче трассировать по местности, так как возможны крутые переломы его оси в плане и в продольном направлении (рис. 15-4,6).
Если водосброс производится не в отводящий канал ГЭС, а непосредственно в реку, то при достаточном удалении концевого участка водосброса от ГЭС можно вовсе отказаться от гасителя энергии, отбрасывая воду с помощью консольного трамплина.
На рис. 15-5 представлен напорный бассейн с лотком для сброса шуги, имеющий на входе металлический клапан. Обычно клапан держится в вертикальном положении, а в период сброса он отклоняется по течению настолько, чтобы образовался переливающийся слой воды толщиной около 40 см. Шуга, попавшая с водой в лоток, отводится к быстротоку холостого водосброса. Опыт эксплуатации ряда установок показал, что затраты воды на сброс шуги сокращаются в 1,5— 2,0 раза, если вместо клапана на входе в лоток поместить затвор в конце головной части шугосброса. Устройство шугосброса в составе напорного бассейна обязательно, если применение мер борьбы с шугой на головном узле и на канале не гарантирует бесперебойную работу ГЭС, а также если шуга образуется в деривационном канале.
Промывные устройства необходимы в том случае, если вследствие замедления скорости воды при подходе к напорному бассейну здесь могут выпадать взвешенные наносы. Сечение промывных галерей должно быть достаточным для их осмотра и ремонта. Скорости течения воды в галереях при промыве отложившихся наносов назначаются не менее 2,0—2,5 м/с.
В качестве соросбросов нередко используют шугосбросные лотки. Достаточно эффективным средством может явиться также водослив, особенно если в аванкамере имеется запань или струенаправляющая забральная балка, отклоняющая плавающий сор к водосливу.
Габариты, формы, элементы сооружений напорного бассейка определяются на основе гидравлических расчетов, модельных исследований и технико-экономического сопоставления вариантов.
На основании гидравлических расчетов определяют: 1) уровень свободной поверхности в аванкамере при различных режимах работы ГЭС, 2) потери напора в пределах напорного бассейна и составляющие этой величины по элементам водопроводящего тракта, 3) условия транспортирования и осаждения наносов, 4) условия транспортирования и всплытия шуги и льда, 5) характер распределения скоростей вдоль и поперек потока и т. д.
Для определения незатопляемой отметки верха водозаборной части напорного бассейна (рис. 15-6) расчет производится на случай сброса полной нагрузки ГЭС при наиболее неблагоприятной, возможно аварийной ситуации. При этом в аванкамере, а затем и в безнапорной деривации, образуется волновой (неустановквшийся) режим движения потока. Если обозначить максимальное повышение уровня воды при сбросе нагрузки над уровнем при установившемся режиме через Айтах, среднюю скорость движения волны возмущения с, то величину Д/imax можно, в первом приближении, вычислить по формулам: при сбросе нагрузки над уровнем при установившемся режиме через Айтах, среднюю скорость движения волны возмущения с, то величину Д/imax можно, в первом приближении, вычислить по формулам:
Для напорных бассейнов с расходами более 100 м3/с рекомендуемые значения 6 = 0,40—0,75 м. При Q<30 м3/сзначение 6 = 0,25—0,35 м. Чем выше класс капитальности, тем большее значение 6 можно принимать.
Высота гравитационной ветровой волны hп определяется по СШгП П-57—75.
Схема для определения наинизшего уровня воды в аванкамере показана на рис. 15-6 б. Расчетный случай назначается таким: работают все агрегаты ГЭС за исключением одного, происходит включение этого последнего агрегата на полную мощность за время Т0 открытия направляющего аппарата турбины. Наибольшее снижение уровня-воды —Лтах в первом приближении можно определить по формуле
Вычислив — A/tmax, устанавливают наинизший уровень воды Zmm в напорном бассейне. Далее назначается заглубление верхней кромки турбинного трубопровода, ZTp так, чтобы исключить возможность засасывания воздуха. Запас А г назначается не менее 0,5 м и проверяется по формуле:
Сечения водоприемных камер поперек потока назначаются с таким расчетом, чтобы на сороудерживающих решетках скорости были не более допустимых и обеспечивался плавный подход к турбинным трубопроводам.