ПРОЕКТИРОВАНИЕ АРХЫЗСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ АРХЫЗ. РАСЧЕТ СОСТАВА УКАТАННОГО БЕТОНА И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УКЛАДКИ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ АРХЫЗСКОЙ ГЭС 8
ВВЕДЕНИЕ 10
1 Общая часть 11
1.1 Природные условия 11
1.1.1 Местоположение створа 11
1.1.2 Климатические условия 11
1.1.3 Гидрологические условия 11
1.1.4 Геологические условия 12
1.1.5 Сейсмические условия 13
1.1.6 Населенность район 13
1.2 Энерго-экономическая характеристика района 13
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Регулирование стока реки Архыз 14
2.1.1 Определение маловодного и средневодного года 14
2.1.2 Определение типа регулирования 16
2.2 Построение суточных графиков 16
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 18
2.4 Расчет ИКН 20
2.5 Водно-энергетические расчеты 20
2.5.1 Расчет режимов работы ГЭС с учетом требований ВХК 20
2.5.2 Баланс энергии 21
2.5.3 Водно-энергетический расчет на сработку-наполнение водохранилища
маловодного года 22
2.5.4 Определение рабочих мощностей ГЭС 23
2.5.5 Определение установленной мощности ГЭС 24
2.5.6 Водно-энергетический расчет на сработку-наполнение водохранилища
средневодного года 25
2.6 Выбор основного оборудования 26
3 Основное и вспомогательное оборудование 27
3.1 Выбор системы и типа гидротурбины 27
3.2 Выбор номинального диаметра и основных характеристик гидротурбины,
определение частоты вращения и рабочей зоны на универсальной характеристике 27
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения ее бескавитационной работы 32
3.3.1 Работа одного агрегата при Hmin c соответствующей мощностью на линии
ограничения 33
3.3.2 Работа одного агрегата с номинальной мощностью при Нр 34
3.3.3 Работа одного агрегата с номинальной мощностью при Hmax 35
3.4 Определение геометрических размеров проточной части и машинного зала 35
3.5 Расчет и построение металлической спиральной камеры 36
3.6 Расчет деталей и узлов гидротурбины 42
3.6.1 Расчет вала на прочность 42
3.6.2 Расчет подшипников 43
3.7 Выбор вспомогательного оборудования 45
3.7.1 Расчет гидрогенератора 45
3.7.2 Выбор маслонапорной установки 47
3.7.3 Выбор электрогидравлического регулятора 48
4 Компоновка и сооружения гидроузла 49
4.1 Определение класса сооружения 49
4.2 Проектирование сооружений напорного фронта 49
4.2.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 49
4.3 Гидравлические расчёты 52
4.3.1 Определение ширины водосливного фронта 52
4.3.2 Определение отметки гребня водослива 54
4.3.3 Построение оголовка водослива по Кригер-Офицерову 56
4.3.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 58
4.4 Конструктивные элементы нижнего бьефа 59
4.4.1 Расчет водобойной стенки 59
4.4.2 Рисберма 62
4.5 Конструирование бетонной плотины 63
4.5.1 Определение ширины подошвы плотины 63
4.5.2 Разрезка бетонной плотины швами 63
4.5.3 Быки 64
4.5.4 Галереи в теле плотины 64
4.5.5 Ширина плотины по гребню 64
4.6 Элементы подземного контура плотины 64
4.7 Определение основных нагрузок на плотину 65
4.7.1 Вес плотины, быка и затворов 65
4.7.2 Сила гидростатического давления 66
4.7.3 Сила взвешивающего давления 67
4.7.4 Сила фильтрационного давления 68
4.7.5 Волновое давление 69
4.7.6 Давление грунта 70
4.8 Оценка прочности плотины 71
4.8.1 Определение напряжений 71
4.8.2 Критерии прочности плотины 74
4.8.3 Обоснование устойчивости плотины 76
5 Организация и производство гидротехнических работ 79
5.1 Периоды и этапы строительства ГЭС 79
5.2 Компоновка Архызского гидроузла 79
5.3 I этап строительства - возведение сооружений, необходимых для перекрытия
русла 80
5.3.1 Гидравлический расчет пропуска строительных расходов I очереди через
стесненное русло 80
5.3.1.1 Расход строительного периода 80
5.3.2.1 Гидравлический расчет пропуска строительных расходов II очереди через
донные отверстия 82
5.3.2.2 Определение отметок гребней перемычек II очереди 84
5.3.2.3 Технология возведения перемычек 86
5.3.2.4 Осушение котлована I очереди 87
5.3.2.5 Водопонижение котлована I очереди 88
5.3.2.6 Разработка котлована I очереди 88
5.3.2.7 Земельно-скальные работы 88
5.3.2.8 Буровзрывные работы 90
5.3.2.9 Производство бетонных работ 92
5.3.2.10 Суммарный объем бетона 92
5.3.2.11 Опалубочные работы 93
5.3.2.12 Арматурные работы 93
5.3.2.13 Приготовление бетонной смеси 94
5.3.2.14 Транспортировка бетонной смеси 94
5.3.2.15 Состав мероприятий по подготовке блоков к бетонированию 97
5.3.2.16 Подготовка оснований блоков 97
5.3.2.17 Уплотнение бетонной смеси 98
5.3.2.18 Производство бетонных работ в зимних условиях 98
5.3.2.19 Уход за бетонном 99
5.3.2.20 Деривационный канал 99
5.4 II Этап перекрытия русла 99
5.5 III Этап - наращивание сооружений для начала наполнения водохранилища
до проектных отметок 100
5.6 Строительный генеральный план 101
5.7 Выводы по календарному графику 101
6 Охрана труда и противопожарная безопасность. Мероприятия по охране
окружающей среды в зоне влияния Архызской ГЭС 103
6.1 Безопасность гидротехнических сооружений 103
6.2 Общие сведения о районе строительства 103
6.3 Охрана труда 104
6.4 Пожарная безопасность 111
6.5 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 114
6.6 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 115
6.7 Отходы, образующиеся при строительстве Архызской ГЭС 115
6.8 Мероприятия по охране окружающей среды в период эксплуатации 116
7 Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации ... 118
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 118
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 118
7.3 Налоговые расходы 121
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 122
7.5 Оценка инвестиционного проекта 124
7.5.1 Методология исходных данных 124
7.5.2 Коммерческая эффективность 125
7.5.3 Бюджетная эффективность 126
7.6 Анализ чувствительности 126
8 Расчет состава укатанного бетона и разработка технологии укладки 129
8.1 Укатанные бетоны 129
8.1.1 Принципы технологии 129
8.1.2 Достоинства технологии 131
8.1.3 Недостатки технологии 131
8.2 Альтернативные варианты технологий 132
8.3 Расчет состава укатанного бетона 132
8.3.1 Определение объема укатанного бетона 132
8.3.2 Состав укатанного бетона 133
8.4 Возведение плотины Архызского гидроузла из укатанного бетона 137
8.4.1 Выбор мощности бетонного хозяйства 137
8.4.2 Технология укладки 137
8.4.3 Применение ступенчатого водосброса 138
8.4.4 Подготовка поверхности блока к бетонированию 138
8.4.5 Уход за бетоном 139
8.4.6 Контроль качества укатанного бетона и бетонных работ 139
8.4.7 Укладка ОЖБС при отрицательный температурах 140
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 141
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 142
ПРИЛОЖЕНИЯ А - М 145 - 167
ВВЕДЕНИЕ 10
1 Общая часть 11
1.1 Природные условия 11
1.1.1 Местоположение створа 11
1.1.2 Климатические условия 11
1.1.3 Гидрологические условия 11
1.1.4 Геологические условия 12
1.1.5 Сейсмические условия 13
1.1.6 Населенность район 13
1.2 Энерго-экономическая характеристика района 13
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Регулирование стока реки Архыз 14
2.1.1 Определение маловодного и средневодного года 14
2.1.2 Определение типа регулирования 16
2.2 Построение суточных графиков 16
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 18
2.4 Расчет ИКН 20
2.5 Водно-энергетические расчеты 20
2.5.1 Расчет режимов работы ГЭС с учетом требований ВХК 20
2.5.2 Баланс энергии 21
2.5.3 Водно-энергетический расчет на сработку-наполнение водохранилища
маловодного года 22
2.5.4 Определение рабочих мощностей ГЭС 23
2.5.5 Определение установленной мощности ГЭС 24
2.5.6 Водно-энергетический расчет на сработку-наполнение водохранилища
средневодного года 25
2.6 Выбор основного оборудования 26
3 Основное и вспомогательное оборудование 27
3.1 Выбор системы и типа гидротурбины 27
3.2 Выбор номинального диаметра и основных характеристик гидротурбины,
определение частоты вращения и рабочей зоны на универсальной характеристике 27
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения ее бескавитационной работы 32
3.3.1 Работа одного агрегата при Hmin c соответствующей мощностью на линии
ограничения 33
3.3.2 Работа одного агрегата с номинальной мощностью при Нр 34
3.3.3 Работа одного агрегата с номинальной мощностью при Hmax 35
3.4 Определение геометрических размеров проточной части и машинного зала 35
3.5 Расчет и построение металлической спиральной камеры 36
3.6 Расчет деталей и узлов гидротурбины 42
3.6.1 Расчет вала на прочность 42
3.6.2 Расчет подшипников 43
3.7 Выбор вспомогательного оборудования 45
3.7.1 Расчет гидрогенератора 45
3.7.2 Выбор маслонапорной установки 47
3.7.3 Выбор электрогидравлического регулятора 48
4 Компоновка и сооружения гидроузла 49
4.1 Определение класса сооружения 49
4.2 Проектирование сооружений напорного фронта 49
4.2.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 49
4.3 Гидравлические расчёты 52
4.3.1 Определение ширины водосливного фронта 52
4.3.2 Определение отметки гребня водослива 54
4.3.3 Построение оголовка водослива по Кригер-Офицерову 56
4.3.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 58
4.4 Конструктивные элементы нижнего бьефа 59
4.4.1 Расчет водобойной стенки 59
4.4.2 Рисберма 62
4.5 Конструирование бетонной плотины 63
4.5.1 Определение ширины подошвы плотины 63
4.5.2 Разрезка бетонной плотины швами 63
4.5.3 Быки 64
4.5.4 Галереи в теле плотины 64
4.5.5 Ширина плотины по гребню 64
4.6 Элементы подземного контура плотины 64
4.7 Определение основных нагрузок на плотину 65
4.7.1 Вес плотины, быка и затворов 65
4.7.2 Сила гидростатического давления 66
4.7.3 Сила взвешивающего давления 67
4.7.4 Сила фильтрационного давления 68
4.7.5 Волновое давление 69
4.7.6 Давление грунта 70
4.8 Оценка прочности плотины 71
4.8.1 Определение напряжений 71
4.8.2 Критерии прочности плотины 74
4.8.3 Обоснование устойчивости плотины 76
5 Организация и производство гидротехнических работ 79
5.1 Периоды и этапы строительства ГЭС 79
5.2 Компоновка Архызского гидроузла 79
5.3 I этап строительства - возведение сооружений, необходимых для перекрытия
русла 80
5.3.1 Гидравлический расчет пропуска строительных расходов I очереди через
стесненное русло 80
5.3.1.1 Расход строительного периода 80
5.3.2.1 Гидравлический расчет пропуска строительных расходов II очереди через
донные отверстия 82
5.3.2.2 Определение отметок гребней перемычек II очереди 84
5.3.2.3 Технология возведения перемычек 86
5.3.2.4 Осушение котлована I очереди 87
5.3.2.5 Водопонижение котлована I очереди 88
5.3.2.6 Разработка котлована I очереди 88
5.3.2.7 Земельно-скальные работы 88
5.3.2.8 Буровзрывные работы 90
5.3.2.9 Производство бетонных работ 92
5.3.2.10 Суммарный объем бетона 92
5.3.2.11 Опалубочные работы 93
5.3.2.12 Арматурные работы 93
5.3.2.13 Приготовление бетонной смеси 94
5.3.2.14 Транспортировка бетонной смеси 94
5.3.2.15 Состав мероприятий по подготовке блоков к бетонированию 97
5.3.2.16 Подготовка оснований блоков 97
5.3.2.17 Уплотнение бетонной смеси 98
5.3.2.18 Производство бетонных работ в зимних условиях 98
5.3.2.19 Уход за бетонном 99
5.3.2.20 Деривационный канал 99
5.4 II Этап перекрытия русла 99
5.5 III Этап - наращивание сооружений для начала наполнения водохранилища
до проектных отметок 100
5.6 Строительный генеральный план 101
5.7 Выводы по календарному графику 101
6 Охрана труда и противопожарная безопасность. Мероприятия по охране
окружающей среды в зоне влияния Архызской ГЭС 103
6.1 Безопасность гидротехнических сооружений 103
6.2 Общие сведения о районе строительства 103
6.3 Охрана труда 104
6.4 Пожарная безопасность 111
6.5 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 114
6.6 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 115
6.7 Отходы, образующиеся при строительстве Архызской ГЭС 115
6.8 Мероприятия по охране окружающей среды в период эксплуатации 116
7 Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации ... 118
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 118
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 118
7.3 Налоговые расходы 121
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 122
7.5 Оценка инвестиционного проекта 124
7.5.1 Методология исходных данных 124
7.5.2 Коммерческая эффективность 125
7.5.3 Бюджетная эффективность 126
7.6 Анализ чувствительности 126
8 Расчет состава укатанного бетона и разработка технологии укладки 129
8.1 Укатанные бетоны 129
8.1.1 Принципы технологии 129
8.1.2 Достоинства технологии 131
8.1.3 Недостатки технологии 131
8.2 Альтернативные варианты технологий 132
8.3 Расчет состава укатанного бетона 132
8.3.1 Определение объема укатанного бетона 132
8.3.2 Состав укатанного бетона 133
8.4 Возведение плотины Архызского гидроузла из укатанного бетона 137
8.4.1 Выбор мощности бетонного хозяйства 137
8.4.2 Технология укладки 137
8.4.3 Применение ступенчатого водосброса 138
8.4.4 Подготовка поверхности блока к бетонированию 138
8.4.5 Уход за бетоном 139
8.4.6 Контроль качества укатанного бетона и бетонных работ 139
8.4.7 Укладка ОЖБС при отрицательный температурах 140
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 141
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 142
ПРИЛОЖЕНИЯ А - М 145 - 167
Гидроэлектростанции - станции, использующие электрическую энергию, вырабатываемую за счет воды. Они используют непрерывно возобновляющиеся ресурсы рек, являются долговечными и высокорентабельными источниками электроснабжения народного хозяйства. Отличие гидроэлектростанций - низкая себестоимость электроэнергии и надежная работа. Важное значение при работе ГЭС для покрытия пиков и выравнивая графики нагрузки системы является высокая маневренность.
Цель бакалаврской работы: обоснование параметров проектируемой гидроэлектростанции в выбранном створе реки (установленная мощность и среднемноголетняя выработка), выбор основного и вспомогательного оборудования, технико-экономическое обоснование эффективности проекта, разработка правил охраны труда и окружающей среды, а также разработка календарного графика строительства гидроузла.
Цель бакалаврской работы: обоснование параметров проектируемой гидроэлектростанции в выбранном створе реки (установленная мощность и среднемноголетняя выработка), выбор основного и вспомогательного оборудования, технико-экономическое обоснование эффективности проекта, разработка правил охраны труда и окружающей среды, а также разработка календарного графика строительства гидроузла.
В данном бакалаврском проекте запроектирован Архызский гидроузел на реке Архыз в Карачаево-Черкесской республике. Плотина относится ко II классу сооружений.
Задачи, решаемые при возведении Архызской гидроэлектростанции:
1. Появление рабочих мест;
2. Развитие инфраструктуры.
Была выбрана компоновочная схема - деривационная. Напорный фронт образует бетонная водосливная плотина. ГЭС с напорной деривацией, выполненной в виде туннелей, протяженностью 1550 м. Гидроузел имеет бассейн годичного регулирования.
По проведению водно-энергетического расчета были определены установленная мощность 184 МВт и среднемноголетняя выработка электроэнергии 804 млн. кВт-ч.
По режимному полю выбрана радиально-осевая гидротурбина - РО115-В- 300 с синхронной частотой вращения 230,8 об/мин. Выбраны гидрогенератор СВ 526/115-26 и маслонапорная установка МНУ 1,6/1-40-2,5-2. Максимальный напор - 84,26 м, расчетный напор - 81,73 м, минимальный напор - 79,87 м.
Водосливная плотина - бетонная гравитационная плотина. Она оборудована 1 водосбросным пролетом шириной 5 м. Для гашения энергии устраиваем водобойную стенку высотой 1,5 м и водобойную плиту толщиной 5 м.
Расчеты плотины на прочность и устойчивость для основного и поверочного случаев показали, что условия соблюдаются.
С действующим законодательством рассмотрены мероприятия по охране окружающей среды, охране труда и противопожарной безопасности. Разработаны мероприятия в период строительства и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- себестоимость электроэнергии - 0,62 руб/кВт-ч;
- удельные показатели капиталовложения - 84202,17 руб/кВт;
- срок проекта - 240 месяце (20 лет), а срок окупаемости станции 126 месяцев (10,5 лет).
Можно сделать вывод, что строительство Архызской ГЭС с установленной мощностью 184 МВт в настоящее время является целесообразным.
Технология возведения плотин с применением укатанного бетона имеет право на существование, но необходимо учитывать ее особенности начиная с проекта и условий возведения сооружения.
Учитывая, что объем укатанного бетона в плотине Архызского гидроузла составляет всего 17 т. м3 (~ 17% объема сооружения), вряд ли целесообразно вводить отдельно технологию укладки в процесс и маловероятно, что это даст существенный экономический эффект при значительном усложнении технологии.
Задачи, решаемые при возведении Архызской гидроэлектростанции:
1. Появление рабочих мест;
2. Развитие инфраструктуры.
Была выбрана компоновочная схема - деривационная. Напорный фронт образует бетонная водосливная плотина. ГЭС с напорной деривацией, выполненной в виде туннелей, протяженностью 1550 м. Гидроузел имеет бассейн годичного регулирования.
По проведению водно-энергетического расчета были определены установленная мощность 184 МВт и среднемноголетняя выработка электроэнергии 804 млн. кВт-ч.
По режимному полю выбрана радиально-осевая гидротурбина - РО115-В- 300 с синхронной частотой вращения 230,8 об/мин. Выбраны гидрогенератор СВ 526/115-26 и маслонапорная установка МНУ 1,6/1-40-2,5-2. Максимальный напор - 84,26 м, расчетный напор - 81,73 м, минимальный напор - 79,87 м.
Водосливная плотина - бетонная гравитационная плотина. Она оборудована 1 водосбросным пролетом шириной 5 м. Для гашения энергии устраиваем водобойную стенку высотой 1,5 м и водобойную плиту толщиной 5 м.
Расчеты плотины на прочность и устойчивость для основного и поверочного случаев показали, что условия соблюдаются.
С действующим законодательством рассмотрены мероприятия по охране окружающей среды, охране труда и противопожарной безопасности. Разработаны мероприятия в период строительства и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- себестоимость электроэнергии - 0,62 руб/кВт-ч;
- удельные показатели капиталовложения - 84202,17 руб/кВт;
- срок проекта - 240 месяце (20 лет), а срок окупаемости станции 126 месяцев (10,5 лет).
Можно сделать вывод, что строительство Архызской ГЭС с установленной мощностью 184 МВт в настоящее время является целесообразным.
Технология возведения плотин с применением укатанного бетона имеет право на существование, но необходимо учитывать ее особенности начиная с проекта и условий возведения сооружения.
Учитывая, что объем укатанного бетона в плотине Архызского гидроузла составляет всего 17 т. м3 (~ 17% объема сооружения), вряд ли целесообразно вводить отдельно технологию укладки в процесс и маловероятно, что это даст существенный экономический эффект при значительном усложнении технологии.
