Гидроэнергетические сооружения

УДК 621.311
ББК 31.57
Гидроэнергетические сооружения [Электронный ресурс] : учебное наглядное пособие по направлениям подготовки 08.03.01 Строительство, 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений / сост. Г.В. Орехов ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, кафедра гидравлики и гидротехнического строительства. — Электрон. дан. и прогр. (32,5 Мб) — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2020. — Учебное электронное издание: 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). — Сис­тем. требования: Intel; Microsoft Windows (XP, Vista, Windows 7, 10); дисковод CD-ROM, 512 Мб ОЗУ; разрешение экрана не ниже 1024×768; Microsoft PowerPoint, мышь. — Загл. с титул. экрана.
ISBN 978-5-7264-2499-6
Приведены схемы, рисунки, чертежи и изображения оборудования и гидроэнергетических сооружений. Представлен наглядный материал по оборудованию зданий гидроэлектростанций, их типы и общее устройство.
Для обучающихся по направлениям подготовки 08.03.01 Строительство, 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений.
Учебное наглядное электронное издание
Минимальные системные требования: процессор стандартной архитектуры x86
с тактовой частотой от 1,6 ГГц и выше; операционная система Microsoft Windows XP, Vista,
Windows 7 и выше; от 512 Мб оперативной памяти; от 1 Гб свободного пространства на жестком диске;
разрешение экрана не ниже 1024×768; программа Microsoft PowerPoint
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2020
О-65

Редактор, корректор А.С. Орлова
Компьютерная правка А.С. Орловой
Для создания электронного издания использовано:
Microsoft PowerPoint 2010
Подписано к использованию 29.10.2020.
Объем данных 32,5 Мб, 1 CD-ROM. Тираж 10 экз.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Национальный исследовательский
Московский государственный строительный университет».
129337, Москва, Ярославское ш., 26
Издательство МИСИ – МГСУ.
Тел.: [phone], вн. 14-23, [phone], [phone].
E-mail: [e-mail], [e-mail]

Оборудование зданий гидроэлектростанций
Технологическая блок-схема здания гидроэлектростанций, системы автоматического регулирования турбин (конструкция), техводоснабжения, пневматическое и масляное хозяйство, осушение проточной части, механическое оборудование здания гидроэлектростанций, сороудерживающая решетка, ремонтные и аварийно-ремонтные затворы, предтурбинные затворы, краны зданий гидроэлектростанции и водоприемника, гидрогенераторы — подвесной и зонтичный, системы охлаждения, главная схема электрических соединений, трансформаторы, электрические распределительные устройства.
2. Энергетические сооружения гидроэлектростанций
Водоприемники, защита от льда, сора, наносов, отстойники, безнапорные деривационные водоводы (каналы, лотки и туннели), неустановившееся движение в безнапорных деривационных водоводах, бассейны суточного регулирования и напорные бассейны-конструкции.
3. Типы и общее устройство зданий ГЭС
Типы зданий и классификация по напору и конструкции, подводная часть и верхнее строение, схема подводной части и ее связь с кавитационными характеристиками турбины, здания с закрытым, открытым и полуоткрытым верхним строением, компоновка оборудования, совмещенных и не совмещенных русловых зданий, здания с горизонтальными агрегатами, компоновка приплотинных зданий, компоновка обособленных зданий, подземные здания — одно-, двух и трехзальная компоновки, полуподземные здания, монтажная площадка, расположение силовых трансформаторов, здания гидроаккумулирующих электростанций с двух- и трехмашинными агрегатами.

1. Оборудование зданий гидроэлектростанций
Общая технологическая схема оборудования

Система автоматического регулирования гидротурбин (САРТ)
Схема САРТ
одиночного регулирования
Схема САРТ турбины
двойного регулирования
1 — сливной бак; 2 — поплавковый указатель;
3 — маслонасос винтовой; 4 — электродвигатель;
5 — котел; 6 — клапан; 7 — показатель уровня масла;
8 — золотник; 9 — корпус; КУ — колонка управления;
МНУ — маслонапорная установка; ГЗ — главный
золотник
1 — золотник; 2 — корпус; 3 — маслоприемник; 4 — поршень;
5 — рычаг; 6 — валик; 7 — винт; ЗРК — золотник рабочего колеса; Ар и Бр — трубы; ОСРК — трос обратной связи;
КК — комбинатор

Система технического водоснабжения
агрегата и трансформатора
1 — водозаборное устройство; 2 — насосы
подкачки; 3 — фильтровальные установки;
4 — магистрали технического водоснабжения;
5 — силовой трансформатор; 6 — подпятник
агрегата; 7 — верхний направляющий подшипник
агрегата; 8 — охладители гидрогенератора;
9 — напорное кольцо системы охлаждения
гидрогенератора; 10 — сливное кольцо системы
охлаждения гидрогенератора; 11 — змеевик
водяного охлаждения трансформатора;
12 — змеевик охлаждения подпятника агрегата;
13 — сливные линии; 14 — нижний направляющий
подшипник турбины; 15 — задвижки;
16 — откачка воды с крышки турбины;
17 — места присоединения (тройники);
18 — насос циркуляции масла

Схема пневматического хозяйства ГЭС
К-1 — компрессор низкого давления; К-2 — компрессор высокого давления; Р-1–Р-3 — ресиверы низкого
давления; 1 — котел МНУ; 2 — система торможения агрегата; 3 — штуцер на монтажной площадке;
4 — штуцер в механической мастерской; 5 — штуцер в турбинном помещении; 6 — штуцер в машинном
зале; 7 — магистраль для подачи воздуха в камеру рабочего колеса; 8 — магистраль технических
нужд; 9 — зарядка котлов МНУ; 10 — аппаратура автоматики; 11 — задвижки, вентили; 12 — тормозной
домкрат гидрогенератора; 13 — манометр

Принципиальная схема масляного хозяйства в здании ГЭС
а — общая схема:
1 — сливная линия маслопроводов; 2 — напорная линия маслопроводов; 8 — емкость
эксплуатационного масла; 9 — емкость чистого масла; 10 — насосная установка; 11 — фильтр-прессы;
12 — регенерационная установка; 13 — сепараторы; 14 — емкости свежего масла; 15 — сливная емкость;
16 — транспортное устройство доставки масла; 17 — задвижки; 18 — места присоединения (тройники);
19 — помещение регенерации масла; 20 — маслопровод системы смазки агрегатов; 21 — маслопроводы трансформаторного масла

Принципиальная схема масляного хозяйства в здании ГЭС
б — схема части, обеспечивающей регулирование агрегата и смазку подпятников и подшипников:
1 — сливная линия маслопроводов; 2 — напорная линия маслопроводов; 3 — бачок для доливки масла; 4 — масляная ванна подпитки агрегата; 5 — то же нижнего подшипника; 6 — сервомотор рабочего колеса турбины; 7 — маслонапорная установка; 10 — насосная установка; 17 — задвижки; 18 — места присоединения (тройники)

Схема осушения проточного тракта гидротурбин
I — с индивидуальным насосом;
II — с общей насосной станцией;
III — с переносным насосом;
IV и V — с центральной насосной станцией для мощных ГЭС
1 — приямки с сорозащитной
решеткой; 2 — магистральный
трубопровод (коллектор);
3 — насосные установки
откачки воды; 4 — вакуумный
насос; 5 — сброс воды
в нижний бьеф; 6 — блок
монтажной площадки;
7 — слив из турбинной камеры;
8 — клапан с сеткой;
9 — галерея задвижек;
10 — водоприемная галерея;
11 — емкость приема воды;
12 — вертикальные шахтные
насосы

Сороудерживающие плоские решетки на ГЭС
1 — ригель; 2 — диафрагма;
3 — ферма жесткости; 4 — стержни;
5 — опорно-концевая стойка,
6 — обратная распорка; 7 — опора

Ремонтные и аварийно-ремонтные плоские затворы

Конструкция плоского затвора
1 — колесные опоры; 2 — ригель; 3 — опорно-концевая стойка; 4 — направление подъема затвора;
5 — опорные элементы, 6 — ферма жесткости; 7 — распорные элементы; 8 — связи; 9 — уплотнительный
брус; 10 — обшивка; 11 — элементы уплотнения; P — гидростатическое усилие; ϕ — угол наклона ферм;
d — точка приложения результирующей силы давления; с — шаг вертикальных силовых ферм;
УВ — уровень воды; Н — напор

Сороудерживающая решетка (СУР)

Сегментный затвор
1 — элементы силового набора; 2 — сегментная часть;
3 — обшивка; 4 — связи; 5 — упорная ферма;
6 — ферма сегмента; 7 — элементы упорной фермы;
8 и 9 — узел уплотнения; 10 и 11 — узел шарнира

Крупный сегментный затвор

Дисковый затвор на станционном трубопроводе
(предтурбинный затвор)
а — дисковый затвор с плоскоскошенным диском;
б — затвор с плоским диском:
1 — корпус; 2 — диск; 3, 4 — различные типы рабочих уплотнений, которые могут располагаться как в корпусе затвора, так и на диске; 5, 6 — неподвижные обтекатели; 7 — дренаж
1 — стальной корпус; 2 — поворотный диск;
3 — байпас; 4 — опорная конструкция;
5 — сервомотор; 6 — рычаг, закрепленный
на валу затвора; 7 — ребра жесткости

Предтурбинный дисковый затвор с диском типа «биплан»

Предтурбинный шаровой затвор. Принципиальные схемы
а — затвор с тарельчатым клапаном; б — затвор с сегментным клапаном;
в — затвор с кольцевым клапаном в корпусе затвора:
1 — ротор; 2 — корпус; 3 — рабочее уплотнение; 4 — ремонтное уплотнение; 5 — винтовой механизм для передвижения ремонтного уплотнения; 6 — неподвижная труба; 7 — поворотный сегментный клапан

Предтурбинный шаровой затвор

Мостовой кран здания ГЭС

Козловые краны на ГЭС

Схема гидроагрегата с зонтичным генератором

Типы агрегатов с подвесными и зонтичными генераторами
1 — ротор генератора; 2 — статор; 3 — рабочее колесо турбины; 4 — вал агрегата; 6 — верхняя
крестовина; 7 — нижняя крестовина; 8 — верхний направляющий подшипник; 9 — подпятник;
10 — нижний направляющий подшипник; 11 — турбинный подшипник

Системы охлаждения гидрогенераторов
Виды систем охлаждения:
замкнутая система
воздушного охлаждения;
форсированная система
воздушного охлаждения;
непосредственное водяное охлаждение.
1 — ротор генератора; 2 — статор генератора;
3 — вентиляторы; 4 — крыльчатка

Схема главных электрических соединений ГЭС

Мощный повышающий трансформатор здания ГЭС

Открытое распределительной устройство (ОРУ) мощной ГЭС

Закрытое распределительное устройство на ГЭС

2. Энергетические сооружения
гидроэлектростанций
Напорные водоприемники ГЭС
Русловой станции Приплотинной станции с бетонной
гравитационной плотиной

Конструктивные схемы напорных водоприемников русловых ГЭС
I — не совмещенного здания; II — без забральной стенки; III — с закрытым щитовым помещением;
IV и V — с выдвинутым сороудерживающим сооружением;
VI и VII — водоприемники капсульных агрегатов:
1 — забральная стенка; 2 — аэрационная труба; 3 — паз грубой решетки; 4 — паз мелкой решетки;
5 — ось агрегата; 6 — пазы ремонтных заграждений; 7 — водосливные пролеты

Береговые напорные водоприемники,
в том числе для деривационных ГЭС
Безнапорные водоприемники ГЭС
а — с «сухой» шахтой для обслуживания дискового затвора; б — с «мокрыми» шахтами:
1 — сороудерживающая решетка; 2 — дисковый затвор; 3 — аэрационная труба; 4 — складирование решеток; 5 — лебедка; 6 — лазы; 7 — ремонтные заграждения; 8 — аварийно-ремонтные затворы;
9 — промежуточный бычок; 10 — деривационный туннель; 11 — подъемник сегментного затвора;
12 — очистная машина; 13 — железобетонная стенка

Отстойники ГЭС
1 — соединительный или деривационный
канал; 2 — распределительный канал;
3 — входной порог отстойника; 4 — камеры
отстойника; 5 — переходный участок;
6 — разделительные стенки; 7 — выходной
порог; 8 — собирательный канал;
9 — деривационный канал;
10 — промывные галереи; 11 — промывной коллектор; 12 — промывной канал;
13 — затворы промывных галерей;
14, 15 — пазы затворов на входе в камеры
и выходе из них; 16 — пазы ремонтного затвора

Деривационные водоводы
ГЭС с безнапорной деривацией
ГЭС с напорной деривацией
Сечения каналов для безнапорной деривации
а — трапецеидальное; б — прямоугольное;
в — полигональное; г — круговое
Сечения туннелей для напорной деривации
а — круговое; б — овального;
в — прямоугольное; г — корытообразное;
д — овоидальное; е — подковообразное

Уравнительные резервуары
I — цилиндрический; II — с дополнительным
сопротивлением; III — камерный;
IV — дифференциальный; V — пневматический;
VI — полупневматический

План бассейна суточного регулирования (БСР)
1 — станционные водоводы; 2 — водоприемные устройства; 3 — аванкамера; 4 — сифонный водосброс;
5 — водослив; 6 — быстроток, отводящий часть водосброса; 7 — ледосброс; 8 — шугосброс; 9 — шугосбросной отводящий лоток; 10 — промывные устройства; 11 — донные водоспуски; 12 — напорная стенка; 13 — соединительное сооружение; 14 — труба для опорожнения БСР

3. Типы и общее устройство зданий ГЭС
Здания русловых ГЭС. Применяются при напорах от 2–3 до 50 м.
По конструкции эти здания разделяют на совмещенные и не совмещенные
с водосбросом холостых расходов. Здания русловых ГЭС воспринимают напор и поэтому входят в состав напорного фронта гидроузла наряду с другими подпорными сооружениями.
2. Здания приплотинных ГЭС. Не воспринимают напор гидроузла, а
находятся под защитой плотин. По конструкции бывают закрытыми, полуоткрытыми и открытыми, совмещенными с нижней гранью плотины и обособленными.
3. Здания деривационных ГЭС. Могут быть подземными и наземными. Наземные здания деривационных ГЭС, как правило, — обособленные сооружения и могут быть конструктивно выполнены в виде наземных
и полуподземных. Последние частично заглублены в грунт.
Типы зданий ГЭС

Подводная часть зданий ГЭС
Подводной называется часть здания ГЭС, расположенная ниже условной горизонтальной плоскости, соответствующей максимальному уровню воды в нижнем бьефе. Величина заглубления фундаментной плиты здания связана с отметкой рабочего колеса турбины, которая зависит от кавитационных условий конкретной турбины. Следовательно, требования безкавитационной работы турбины влияют на величину подводной части.

Типы верхнего строения здания ГЭС
а б в
а — с закрытым верхним строением;
б — с полуоткрытым верхним строением;
в — с открытым верхним строением

Русловое здание ГЭС совмещенного типа
с закрытым верхним строением

Русловое здание ГЭС, совмещенное с водосливной плотиной
1 — основной затвор водосливного пролета;
2 — паз ремонтного заграждения;
3 — сороудерживающая решетка;
4 — гидрогенератор; 5 — помещение
собственных нужд; 6 — кабельный коридор;
7 — паз ремонтного заграждения
отсасывающей трубы; 8 — вентиляционные
каналы и аэрационная труба;
10 — помещение системы технического
водоснабжения; 11 — полость, заполненная песком; 12 — помещение фильтров системы технического водоснабжения;
13 — «мокрая» потерна; 14 — крановое оборудование ремонтного заграждения отсасывающей трубы; 15 — паз грейфера; 16 — грейфер; 17 — повышающие трансформаторы; 18 — шахта шинных выводов

Русловые здания ГЭС не совмещенного типа
На скальном основании
На не скальном основании

Русловые здания ГЭС с горизонтальными агрегатами
Не совмещенного типа
Совмещенное с водосливом

Приплотинное здание ГЭС. Гравитационная плотина

Схемы приплотинных зданий ГЭС
I и II — с бетонной гравитационной плотиной; III — с арочной плотиной; IV — с контрфорсной плотиной; V — здание, встроенное в тело плотины; VI — совмещенное с водосливом;
VII и VIII — подвод воды с помощью водоводов

Приплотинное здание ГЭС. Арочная плотина
Чиркейское здание ГЭС
Поперечный разрез по зданию ГЭС
Здание ГЭС

Приплотинное здание Чиркейского здания ГЭС
Здание ГЭС
1 — турбинный водовод; 6 — монтажная площадка;
7 — первый машинный зал; 8 — второй машинный зал

Обособленное здание ГЭС
Обособленное здание ГЭС
1 — поверхность земли; 2 — плотина;
3 — деривация; 4 — водоприемник;
5 — водовод
1 — гидрогенератор; 2 — подпятник; 3 — радиально-осевая турбина;
4 — дисковый затвор; 5 — сливная линия из турбинного трубопровода; 6 — сливная линия из спиральной камеры; 7 — коллектор; 8 — сливная линия из отсасывающей трубы; 9 — привод вентиля на сливной линии; 10 — съемная крышка для выемки дискового затвора; 11 — технологические помещения; 12 — тележка для выкатки трансформатора

Подземное здание ГЭС. Однозальная компоновка

Подземные здания ГЭС. Двухзальная компоновка

Подземное здание ГЭС. Трехзальная компоновка
1 — помещение турбинных затворов; 2 — машинный зал; 3 — монтажная площадка;
4 — помещения затворов отсасывающих труб; 5 — транспортный туннель

Полуподземное здание ГЭС
1 — водоприемник; 2 — водовод; 3 — полуподземное здание ГЭС;
4 — крытое распределительное устройство

Наземное здание ГАЭС с двухмашинными агрегатами
1 — трансформатор; 2 — компенсатор; 3 — дренаж; 4 — кабельные коридоры;
5 — сороудерживающая решетка; 6 — затвор; 7 — вентиляторная