8305

11

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].