БЕТОННАЯ ГРАВИТАЦИОННАЯ ПЛОТИНА ДЛЯ СУРОВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

Предлагаемая полезная модель относится к области гидростроительства и может быть использована в конструкциях энергетических гидроузлов, возводимых в суровых климатических условиях.
Известно, что в бетонных гравитационных плотинах гидроузлов, эксплуатируемых в суровом климате, напорные турбинные водоводы могут быть вынесены из тела плотины на низовую грань. Так выполнены напорные водоводы на Красноярской и Бурейской гидроэлектростанциях (ГЭС) [см., например, книгу: Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика, под редакцией В.П. Недриги. М., Стройиздат, 1983, с.286, рис.11.12., б)]. Подобное расположение водовода требует повышенного расхода бетона на облицовку плотины с целью предотвращения замерзания воды в водоводе.
Известна также бетонная гравитационная плотина Братской ГЭС, в которой турбинный водовод расположен в теле плотины вдоль низовой грани ее (см. книгу: Л.Н. Рассказов и др. Гидротехнические сооружения, ч.1. М., Стройиздат, 1996, с.182, рис.8.2.). Указанная конструкция плотины выбрана нами в качестве прототипа заявляемой.
Прототип представляет собой бетонную гравитационную плотину для суровых климатических условий, возведенную на скальном основании, включающую водоприемник и турбинный водовод, размещенный в теле плотины и содержащий колена для сопряжения с водоприемником и турбиной гидроагрегата, а также расположенную между коленами линейную часть.
Прототип, равно как и вышеназванные аналоги, расположен в климатических зонах, где среднемноголетние температуры находятся в пределах до 0°С. В гидроузлах, возводимых в более суровых климатических условиях, со среднемноголетними температурами ниже 0°С, вышеописанное расположение напорных водоводов как внутри, так и вне тела плотины, может привести к аварийной ситуации, особенно при временной остановке работы агрегатов. В этом случае возможно обмерзание внутренней части водовода, а образовавшийся лед при последующем запуске агрегата может отрываться, попадая в направляющий аппарат и рабочее колесо турбины, что может вызвать аварийную ситуацию.
Кроме того, расположение турбинного водовода внутри тела плотины в прототипе неизбежно вызывает ослабление наиболее напряженной части плотины - низового клина у основания, где расположено выходное отверстие турбинного водовода большого сечения.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи исключения возможности обмерзания внутренней части турбинного водовода и улучшения напряженно-деформированного состояния низового клина бетонной гравитационной плотины для суровых климатических условий.
Указанный технический результат достигается тем, что в бетонной гравитационной плотине для суровых климатических условий, возведенной на скальном основании, включающей водоприемник и турбинный водовод, размещенный в -теле плотины и содержащий колена для сопряжения с водоприемником и турбиной гидроэлектростанции, а также расположенную между коленами линейную часть, указанная линейная часть турбинного водовода устроена вертикально по отношению к основанию плотины и заглублена в него, при этом колено для сопряжения турбинного водовода с турбиной гидроэлектростанции расположено в скальном основании плотины.
Заявителю не известны какие-либо технические решения, обладающие такой же совокупностью признаков, что и заявляемое. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая полезная модель удовлетворяет условию «новизна».
Благодаря реализации отличительных признаков заявляемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта появляются новые свойства -исключается возможность замерзания воды в турбинном водоводе и значительно улучшается напряженно-деформированное состояние плотины. Кроме того, при реализации предлагаемого технического решения сокращается количество арматуры, требуемое для обеспечения надежной работы водовода.
Сущность заявляемой полезной модели иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная схема бетонной гравитационной плотины для суровых климатических условий.
Плотина возведена на скальном основании 1. В теле 2 плотины расположен турбинный водовод (целиком водовод отдельной позицией не обозначен). Водовод содержит линейную часть 3, которая расположена между коленами 4 и 5. С помощью колена 4 водовод сопряжен с водоприемником 6, а с помощью низового колена 5 и горизонтального участка 7 водовода - с турбиной ГЭС (на чертеже не показана). Линейная часть 3 водовода от места сопряжения с водоприемником 6, т.е. ниже колена 4, расположена вертикально по отношению к основанию 1 плотины и заглублена в него до низового колена 5, расположенного под телом 2 плотины (ниже ее подошвы) в скальной породе 8 основания 1. Верховая и низовая грани плотины отдельными позициями не обозначены.
Предлагаемая конструкция работает следующим образом.
В период эксплуатации плотины вода из водоприемника 6 поступает в водовод, откуда через горизонтальный участок 7 подается на гидротурбину. При этом благодаря вертикальному расположению турбинного водовода он оказывается достаточно удаленным от низовой грани плотины, что позволяет исключить возможность промерзания бетонной оболочки водовода и замерзания воды в нем. Одновременно предлагаемое расположение турбинного водовода значительно улучшает напряженно-деформированное состояние плотины за счет того, что линейная часть 3 турбинного водовода пересекает границу «плотина-основание» в наименее напряженной части плотины, а колено 5, связывающее водовод с турбиной, расположено в скальной породе 8 основания 1 плотины, вне тела ее.
Использование заявляемой полезной модели создает следующие технико-экономические преимущества по сравнению с прототипом:
1) исключается возможность замерзания воды в турбинном водоводе;
2) значительно улучшается напряженно-деформированное состояние плотины в ее наиболее напряженной части, низовом клине у основания;
3) сокращается количество арматуры, требуемое для надежной работы турбинного водовода и низового клина гравитационной плотины. Соответственно уменьшается стоимость строительных работ;
4) сокращается срок строительства станционной части плотины, т.к. расположенная в основании плотины часть турбинного водовода может быть выполнена автономно, вне связи с телом плотины.
В целом указанные преимущества позволяют повысить надежность эксплуатации ГЭС при сокращении сроков и стоимости строительных работ по возведению плотины.
Для осуществления заявляемой полезной модели могут быть использованы известные строительные материалы и технологии, что, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию «промышленная применимость».