Помощь студентам в учебе
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУХОБУЗИМСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ КАН. ПОВЕДЕНИЕ МЕЖСТОЛБЧАТЫХ ШВОВ БЕТОННЫХ ПЛОТИН В СУРОВЫХ УСЛОВИЯХ НА ПРИМЕРЕ САЯНО-ШУШЕНСКОЙ ГЭС
|
Сокращенный паспорт Сухобузимской ГЭС 6
Введение 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно-геологические условия 9
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 10
2 Водно-энергетические и водохозяйственные расчеты 11
2.1 Исходные данные 11
2.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года
при заданной обеспеченности стока 12
2.2.1 Выбор расчетного средневодного года (р = 50%) 16
2.2.2 Выбор расчетного маловодного года (Р = 90%) 17
2.3 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 18
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 21
2.5 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими
гидроэлектростанциями 22
2.6 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 23
2.7 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном
году 27
2.8 Определение установленной мощности проектируемой ГЭС и
планирование капитальных ремонтов. Баланс мощности и энергии в энергосистеме 32
2.9 Водно-энергетический расчет режима работы проектируемой ГЭС в
среднем по водности году 34
2.10 Построение режимного поля проектируемой ГЭС 37
3 Выбор гидросилового оборудования 42
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 42
3.2 Определение параметров турбин 43
3.3 Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному
расходу 48
3.4 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения ее бескавитационной работы 48
3.4.1 Работа одного гидроагрегата c установленной мощностью и Hmax,
гидротурбина РО115-В - 750 49
3.4.2 Работа одного гидроагрегата c Hmin и соответствующей мощностью
на линии ограничения пропускной способности турбины, гидротурбина РО115-В - 750 50
3.4.3 Работа одного гидроагрегата c расчетной мощностью и Нрасч,
гидротурбина РО115-В - 750 50
3.5 Выбор гидрогенератора 51
3.6 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки.
Выбор электрогидравлического регулятора 52
4 Компоновка и состав сооружений 53
4.1 Исходные данные 53
4.2. Компоновка основных сооружений гидроузла в плане 53
4.3 Проектирование бетонной водосливной плотины 54
4.3.1 Определение отметки гребня плотины 54
4.3.2 Гидравлические расчеты 56
4.3.2.1 Определение ширины водосливного фронта, числа и размеров
водосливных отверстий 56
4.3.2.2 Определение отметки гребня водослива 58
4.3.2.3 Построение профиля водосливной плотины 60
4.3.2.4 Проверка на пропуск поверочного расхода при поверочном
расчетном случае 62
4.3.2.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 63
4.3.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 64
4.4 Конструирование плотины 67
4.4.1 Определение ширины подошвы плотины 67
4.4.2 Разрезка плотины на секции 67
4.4.3 Разрезка плотины на столбы 68
4.4.4 Быки 68
4.4.5 Галереи в теле плотины 68
4.5 Назначение размеров основных элементов плотины 69
4.5.1 Элементы подземного контура плотины 69
4.5.1.1 Цементационная завеса 69
4.5.1.2 Дренажные устройства в основании 70
4.6 Фильтрационные расчеты подземного контура 70
4.7 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 70
4.7.1 Определение основных нагрузок, действующих на плотину 70
4.7.1.1 Определение веса водосливной плотины и быка 71
4.7.1.2 Вес подъемного механизма 71
4.7.1.3 Сила гидростатического давления воды 71
4.7.1.4 Равнодействующая взвешивающего давления 72
4.7.1.5 Давление грунта 73
4.7.1.6 Определение нагрузки от волнового давления 74
4.7.2 Расчёт прочности плотины 75
4.7.3 Критерии прочности плотины 78
4.7.4 Обоснование устойчивости плотины 79
5 Организация производства гидротехнических работ 81
5.1 Этапы возведения сооружений и схемы пропуска строительных
расходов на различных этапах 81
5.1.1 Этапы возведения сооружения 81
5.1.2 Схемы пропуска воды через водопропускные сооружения 82
5.2 Организация и технология работ по возведению перемычек 83
5.2.1 Выбор типа перемычек 83
5.3 Осушение котлована 85
5.4 Земляные и бетонные работы 88
5.4.1 Определение объемов земляных и бетонных работ 88
6 Мероприятия по охране труда, противопожарной безопасности и по охране
окружающей среды 89
6.1 Охрана труда Сухобузимской ГЭС 89
6.2 Пожарная безопасность 92
6.3 Охрана окружающей среды 94
7 Технико-экономические показатели 100
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 100
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 101
7.3 Налоговые расходы 102
7.4 Прибыль 103
7.5 Оценка инвестиционного проекта 104
7.6 Методология, исходные данные 104
7.7 Бюджетная эффективность 105
7.8 Коммерческая эффективность 105
7.9 Анализ рисков инвестиционного проекта 106
8 Поведение межстолбчатых швов бетонных плотин в суровых условиях на
примере Саяно-Шушенской ГЭС 108
8.1 Поведение швов 109
8.2 Период и величина раскрытия швов 109
Заключение 113
Список использованных источников
Введение 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно-геологические условия 9
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 10
2 Водно-энергетические и водохозяйственные расчеты 11
2.1 Исходные данные 11
2.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года
при заданной обеспеченности стока 12
2.2.1 Выбор расчетного средневодного года (р = 50%) 16
2.2.2 Выбор расчетного маловодного года (Р = 90%) 17
2.3 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 18
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 21
2.5 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими
гидроэлектростанциями 22
2.6 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 23
2.7 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном
году 27
2.8 Определение установленной мощности проектируемой ГЭС и
планирование капитальных ремонтов. Баланс мощности и энергии в энергосистеме 32
2.9 Водно-энергетический расчет режима работы проектируемой ГЭС в
среднем по водности году 34
2.10 Построение режимного поля проектируемой ГЭС 37
3 Выбор гидросилового оборудования 42
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 42
3.2 Определение параметров турбин 43
3.3 Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному
расходу 48
3.4 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения ее бескавитационной работы 48
3.4.1 Работа одного гидроагрегата c установленной мощностью и Hmax,
гидротурбина РО115-В - 750 49
3.4.2 Работа одного гидроагрегата c Hmin и соответствующей мощностью
на линии ограничения пропускной способности турбины, гидротурбина РО115-В - 750 50
3.4.3 Работа одного гидроагрегата c расчетной мощностью и Нрасч,
гидротурбина РО115-В - 750 50
3.5 Выбор гидрогенератора 51
3.6 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки.
Выбор электрогидравлического регулятора 52
4 Компоновка и состав сооружений 53
4.1 Исходные данные 53
4.2. Компоновка основных сооружений гидроузла в плане 53
4.3 Проектирование бетонной водосливной плотины 54
4.3.1 Определение отметки гребня плотины 54
4.3.2 Гидравлические расчеты 56
4.3.2.1 Определение ширины водосливного фронта, числа и размеров
водосливных отверстий 56
4.3.2.2 Определение отметки гребня водослива 58
4.3.2.3 Построение профиля водосливной плотины 60
4.3.2.4 Проверка на пропуск поверочного расхода при поверочном
расчетном случае 62
4.3.2.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 63
4.3.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 64
4.4 Конструирование плотины 67
4.4.1 Определение ширины подошвы плотины 67
4.4.2 Разрезка плотины на секции 67
4.4.3 Разрезка плотины на столбы 68
4.4.4 Быки 68
4.4.5 Галереи в теле плотины 68
4.5 Назначение размеров основных элементов плотины 69
4.5.1 Элементы подземного контура плотины 69
4.5.1.1 Цементационная завеса 69
4.5.1.2 Дренажные устройства в основании 70
4.6 Фильтрационные расчеты подземного контура 70
4.7 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 70
4.7.1 Определение основных нагрузок, действующих на плотину 70
4.7.1.1 Определение веса водосливной плотины и быка 71
4.7.1.2 Вес подъемного механизма 71
4.7.1.3 Сила гидростатического давления воды 71
4.7.1.4 Равнодействующая взвешивающего давления 72
4.7.1.5 Давление грунта 73
4.7.1.6 Определение нагрузки от волнового давления 74
4.7.2 Расчёт прочности плотины 75
4.7.3 Критерии прочности плотины 78
4.7.4 Обоснование устойчивости плотины 79
5 Организация производства гидротехнических работ 81
5.1 Этапы возведения сооружений и схемы пропуска строительных
расходов на различных этапах 81
5.1.1 Этапы возведения сооружения 81
5.1.2 Схемы пропуска воды через водопропускные сооружения 82
5.2 Организация и технология работ по возведению перемычек 83
5.2.1 Выбор типа перемычек 83
5.3 Осушение котлована 85
5.4 Земляные и бетонные работы 88
5.4.1 Определение объемов земляных и бетонных работ 88
6 Мероприятия по охране труда, противопожарной безопасности и по охране
окружающей среды 89
6.1 Охрана труда Сухобузимской ГЭС 89
6.2 Пожарная безопасность 92
6.3 Охрана окружающей среды 94
7 Технико-экономические показатели 100
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 100
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 101
7.3 Налоговые расходы 102
7.4 Прибыль 103
7.5 Оценка инвестиционного проекта 104
7.6 Методология, исходные данные 104
7.7 Бюджетная эффективность 105
7.8 Коммерческая эффективность 105
7.9 Анализ рисков инвестиционного проекта 106
8 Поведение межстолбчатых швов бетонных плотин в суровых условиях на
примере Саяно-Шушенской ГЭС 108
8.1 Поведение швов 109
8.2 Период и величина раскрытия швов 109
Заключение 113
Список использованных источников
Потребление энергии является обязательным условием существования человечества. Наличие доступной для потребления энергии всегда было необходимо для удовлетворения потребностей человека, увеличения продолжительности и улучшения условий его жизни. Самым распространенным видом энергии является электрическая энергия. В настоящее время народное хозяйство стремительно растет, увеличивается число потребителей электрической энергии, тем самым необходимо увеличивать генерирующие мощности, растущая потребность в энергии призывает к реализации немалых мероприятий по увеличению эффективности работы энергетических установок.
Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях, различного типа. Самым удобным видом электростанций с низкой себестоимостью электроэнергии на сегодняшний день являются гидравлические, с неоспоримым плюсом, таким как экологическая чистота. Одним из основных сооружений гидравлических станций является плотина, которая служит для подпора воды, с последующим преобразованием потенциальной энергии воды в электрическую. В результате разрушения плотины, появляется угроза затопления больших территорий. Поэтому необходим крайне серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов, что регламентируется в СНиПах и нормативных документах.
Целью бакалаврской работы является проектирование сооружений, выбор основного и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды, технико-экономическое обоснование эффективности проекта, разработка технологической карты и составление календарного плана строительства гидроузла.
Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях, различного типа. Самым удобным видом электростанций с низкой себестоимостью электроэнергии на сегодняшний день являются гидравлические, с неоспоримым плюсом, таким как экологическая чистота. Одним из основных сооружений гидравлических станций является плотина, которая служит для подпора воды, с последующим преобразованием потенциальной энергии воды в электрическую. В результате разрушения плотины, появляется угроза затопления больших территорий. Поэтому необходим крайне серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов, что регламентируется в СНиПах и нормативных документах.
Целью бакалаврской работы является проектирование сооружений, выбор основного и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды, технико-экономическое обоснование эффективности проекта, разработка технологической карты и составление календарного плана строительства гидроузла.
В работе рассчитаны и определены основные элементы и параметры Сухобузимской ГЭС высотой 115,2 метра на реке Кан, являющейся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного обеспеченностью 0,1%, поверочного 0,01% обеспеченности и строительного 10% обеспеченности случаев: Q0,1% = 13461 мэ/с, Q0,01% = 14743 мэ/с, Q10% = 10836 М3/с.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Сухобузимской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы. Установленная мощность составила 3059 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 234,3 м. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 14,5 млрд.МВтш.
На третьем этапе было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
Максимальный Hmax= 97,5 м;
Расчетный Нрасч=84 м;
минимальный Hmin= 70 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС Qmax, соответствующий расчетному напору, составляет 4054 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта РО115-В и ПЛД115- В с разными диаметрами. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с восьмью гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 7,5 м (РО115-В-750).
По справочным данным для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 93,8 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВФ-1690/175-64 с номинальной активной мощностью 590,0 МВт.
Компоновка гидроузла была принята русловой. Строительные расходы пропускаются через донные отверстия. Здание ГЭС - приплотинного типа.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 160 м;
- правобережная и левобережная бетонные плотины;
- здание ГЭС приплотинного типа.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- отметка гребня водослива -247,0 м;
- отметка гребня бычка -266,2 м;
- отметка подошвы плотины - 151,1 м;
- ширина подошвы плотины по основанию -80 м;
- количество водосливных отверстий - 9;
- ширина водосливных отверстий - 20 м;
- высота сооружения - 115,2 м;
- толщина бычка - 3 м;
- протяженность бетонной плотины в створе - 700 м.
В качестве гасителя энергии потока выбрано гашение энергии способом свободно отброшенной струи
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,33 и 1,36 для основного и особого сочетаний нагрузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Сухобузимского гидроузла отвечает требованиям надежности.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия по охране труда и противопожарной безопасности. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,20руб/кВт-ч;
-срок окупаемости станции 3,6 лет с начала строительства
Таким образом, строительство Сухобузимской ГЭС с установленной мощностью 3059 МВт в настоящее время является целесообразным.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного обеспеченностью 0,1%, поверочного 0,01% обеспеченности и строительного 10% обеспеченности случаев: Q0,1% = 13461 мэ/с, Q0,01% = 14743 мэ/с, Q10% = 10836 М3/с.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Сухобузимской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы. Установленная мощность составила 3059 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 234,3 м. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 14,5 млрд.МВтш.
На третьем этапе было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
Максимальный Hmax= 97,5 м;
Расчетный Нрасч=84 м;
минимальный Hmin= 70 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС Qmax, соответствующий расчетному напору, составляет 4054 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта РО115-В и ПЛД115- В с разными диаметрами. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с восьмью гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 7,5 м (РО115-В-750).
По справочным данным для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 93,8 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВФ-1690/175-64 с номинальной активной мощностью 590,0 МВт.
Компоновка гидроузла была принята русловой. Строительные расходы пропускаются через донные отверстия. Здание ГЭС - приплотинного типа.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 160 м;
- правобережная и левобережная бетонные плотины;
- здание ГЭС приплотинного типа.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- отметка гребня водослива -247,0 м;
- отметка гребня бычка -266,2 м;
- отметка подошвы плотины - 151,1 м;
- ширина подошвы плотины по основанию -80 м;
- количество водосливных отверстий - 9;
- ширина водосливных отверстий - 20 м;
- высота сооружения - 115,2 м;
- толщина бычка - 3 м;
- протяженность бетонной плотины в створе - 700 м.
В качестве гасителя энергии потока выбрано гашение энергии способом свободно отброшенной струи
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,33 и 1,36 для основного и особого сочетаний нагрузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Сухобузимского гидроузла отвечает требованиям надежности.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия по охране труда и противопожарной безопасности. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,20руб/кВт-ч;
-срок окупаемости станции 3,6 лет с начала строительства
Таким образом, строительство Сухобузимской ГЭС с установленной мощностью 3059 МВт в настоящее время является целесообразным.