Судоходные шлюзы. Устройство. Деривационные гидроэлектростанции

При всех гидроузлах на судоходных реках в СССР сооружаются судоходные шлюзы. Различные природные условия, грузооборот и напоры на сооружения вызвали большое разнообразие в размерах и конструкции шлюзов.

Наиболее характерными для наших условий являются большеразмерные шлюзы доковой конструкции на слабых основаниях. Такие шлюзы построены на крупных реках и имеют габариты и пропускную способность, не уступающие самым крупным шлюзам в мире.

При гидроузлах с большими напорами в некоторых случаях строятся одноступенчатые шлюзы шахтного типа. Такой шлюз осуществлен при Усть-Каменогорской ГЭС на р. Иртыше. При Павловской ГЭС на р. Урале также строится шахтный шлюз. Характерной особенностью этого шлюза является использование его в качестве водосброса в катастрофические паводки с расходом в 1 700 м³/сек.

В других случаях осуществляются многоступенчатые шлюзы, как, например, на Камской гидроэлектростанции. На Камской ГЭС двухниточный шлюз имеет шесть ступеней. Такой шлюз имеет преимущество при превалирующем одностороннем направлении грузопотока в условиях крупного лесосплава по реке. В этом случае пропускная способность шлюза повышается ввиду меньшей высоты наполнения камер. Повышению пропускной способности шлюза помогает также электротяга.

Следует отметить, что конструкция Камского шлюза имеет необычное решение — стенки камер выполнены из металлического шпунта, а головы из армированного бетона.

Имеются примеры двухступенчатых шлюзов с устройством между ними разъездных: бьефов. Преимуществом такой компоновки является возможность отстоя судов в разъездном бьефе и устройства судоремонтных верфей. К недостаткам следует отнести увеличение времени шлюзования ввиду проводки судов через два сооружения, а также в большинстве случаев увеличение объемов строительных работ и необходимость сооружения временного судоходного канала.

За последний период времени при возведении камер шлюзов применяется искусственное обжатие бетона как метод снижения растягивающих напряжений гравитационным способом, предложенным проф. А. 3. Басевичем.

Этот способ возведения напряженно-армированных гидротехнических сооружений позволяет значительно снижать растягивающие напряжения в бетоне. Затрата того же, или даже меньшего, количества стальной арматуры, имеющей начальное напряжение, позволяет достигнуть существенной экономии бетонной кладки за счет некоторого осложнения работ.

Деривационные гидроэлектростанции. Схемы сооружений деривационных гидроэлектростанций, их тип и состав в наших условиях чрезвычайно разнообразны. В каждом случае советские инженеры находили целесообразное решение вопроса.

Головные узлы деривационных ГЭС, как правило, имеют невысокие плотины с низким порогом. В большинстве случаев они основываются на аллювиальных отложениях, однако в некоторых случаях, как, например, на Читахеви ГЭС, оказалось рациональным применение кессонов для обоснования сооружения на скале.

Как показал опыт проектирования, экономными и технически целесообразными оказываются совмещенные конструкции водозаборов и плотин. Примером водозабора в бычках может служить головной узел Краснополянской ГЭС, а примером совмещения водоприемника и отстойника — головной узел Сухумской ГЭС. В некоторых случаях перегораживающие сооружения совмещаются водозаборами тирольского типа.

Где это оказывается возможным по природным условиям, в голове деривационных гидроэлектростанций устраиваются регулирующие водохранилища. На двух из таких водохранилищ — Мало-Ульбинском и Храмском — подпор создан высокими плотинами из каменной наброски. На Тишинском водохранилище Ульбинской ГЭС построена водосливная плотина смешанного типа — земляная и из каменной наброски — конструкции, предложенной проф. Пузыревским, в которой гашение энергии воды происходит в каменной наброске. 20-летний опыт эксплуатации этой плотины указывает на полную ее надежность.

В зависимости от топографических условий деривация осуществляется в виде каналов, напорных водоводов или туннелей. Деривационные каналы крупных гидроэлектростанций имеют уникальные размеры; так, деривационный канал Фархадской ГЭС рассчитан на расход 500 м³/сек, имеет протяженность 14 км (объем выемки 14 млн. м³); деривационный канал Нарвской ГЭС протяженностью 2 км имеет расчетный расход 600 м³/сек.

При возможности деривационные каналы устраиваются без облицовки. Примером необлицованных каналов являются деривационные каналы Кадырьинской ГЭС, Нижне-Бозсуйской ГЭС № 4, Невиномысской ирригационно-энергетический канал и др. Деривационный канал Фархадской ГЭС укреплен камнем только в пределах колебания уровня воды против волнового размыва.

Напорные водоводы осуществлены железобетонными деревянными и металлическими. Деривационный деревянный напорный трубопровод Ульбинской ГЭС имеет внутренний диаметр 3,25 м и протяженность свыше 8 км; эксплуатация этого трубопровода существенных затруднений не вызывает.

За последнее время напорные трубопроводы осуществляются только металлическими, причем напор в трубопроводах достигает значительной величины — 500 м на Храмской ГЭС № 1 и 600 м — на Алма-Атинских ГЭС I и II. Пропускная способность отдельных ниток на некоторых ГЭС (Фархадская) превышает 125 м³/сек и диаметр равен 6 м.

Описание деривационных туннелей и напорных штолен приводится в другом разделе настоящего сборника.

Проекты напорных бассейнов и компоновка силовых узлов деривационных гидростанций достигли известной рациональной унификации. Особо можно отметить тип напорного бассейна, широко применяемого в последние годы в Средней Азии, совмещенного с шугосбросом. Характерная компоновка силового узла приведена на рис. 14.

Рис. 14. Силовой узел Нижне-Бозсуйской ГЭС № 4

Существенное влияние на режим работы гидростанций оказывают бассейны суточного регулирования, которые и осуществляются на деривационных гидростанциях, где это только позволяют топографические условия.