Заиление оросительных каналов и истирание гидроагрегатов гидроэлектростанций в горных регионах Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Список литературы

1. Региональные особенности формирования эстуарно-дельтовых систем Арктического побережья Сибири / авт. кол. — М.: ГЕОС, 2007. — С. 112-240.

2. Большиянов Д. Ю., Зимичев В. П. Гидрологические и геоморфологические особенности динамики бара р. Хатанги // Геоморфология. — 1995. — № 2. — С. 89-99.

3. Кухарский А. А. Хатангский залив и устье р. Хатанги. — Л.: Изд-во Главсевморпути, 1937. — С. 47-65.

УДК 627.8.034.7 Б. Кхарел,

канд. техн. наук. доцент, СПГУВК

ЗАИЛЕНИЕ ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ И ИСТИРАНИЕ ГИДРОАГРЕГАТОВ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В ГОРНЫХ РЕГИОНАХ

IRRIGATION CANALS SILTING AND HYDROPOWER UNITS ABRASION IN MOUNTAIN REGIONS

В статье приводятся характеристики рек Китая и Непала с учетом их мутности, а также указываются конкретные примеры негативных воздействий наносов на эксплуатацию различных гидротехнических сооружений и их элементов. Даются рекомендации для минимизации ущерба от влияния наносов.

The article gives characteristics of rivers in China and Nepal taking into account their turbidity, examples of negative influence of silts on maintenance of different hydraulic structures and their components. Recommendations to minimize the losses due to silts are given.

Ключевые слова: каналы, гидроэлектростанции, турбины, лопатки, наносы, кавитация.

Key words: canals, hydropower units, turbines, blades, silt, cavitation.

СВЯЗИ с бурным ростом населения и экономики стран Азии этот регион сильно нуждается в энергоресурсах и продовольствии. Кроме водных ресурсов, газа и нефти в регионе очень мало. Регион активно использует водные ресурсы, строятся крупные комплексные гидроузлы. Самый большой в мире гидроузел Санься («Три ущелья») строится на реке Янцзы в Китае. При

строительстве гидроузлов различных назначений большое внимание приходится уделять удалению наносов.

Наличие больших скоростей течения потока в реках приводит к интенсивному размыву русел, и они транспортируют огромное количество взвешенных и донных наносов. Данные твердого стока на основных мутных реках мира приведены в табл. 1.

Таблица 1

Твердый сток на основных мутных реках мира

Государство Река Бассейн реки, (103 км2) Годовой сток, (109 м3) Твердый сток, (109 Т) Годовая концентрация наносов (мутность), (kg/м3) Твердый сток/площадь бассейна реки, (Т/км2)

Китай Хуанхэ 752,4 47,4 1,63 35,0 2126

США Колорадо 637 4,9 0,135 27,5 211,9

Выпуск 2

Выпуск 2

Таблица 1 (Окончание)

Индия- Бангладеш Ганг 955 371,0 1,541 3,92 1519

Египет- Судан Нил 2978 89, 0,111 1,25 37,3

США Миссисипи 3230 564,5 0,312 0,55 96,6

Все реки Непала несут с водой большой объем наносов, что обусловлено мягкими горными породами, слагающими русло рек (рис. 1). Установлено, что общие потери

грунтов от речной эрозии составляют более 250 млн т в год. Некоторое представление об объеме наносов в речных потоках Непала дает табл. 2.

Рис. 1. Река Кали Гандаки (приток р. Ганг) на отметке 2540 м над уровнем моря

Таблица 2

Площадь водосбора и мутности основных рек Непала

Река Площадь водосбора, м2 наносы м3

вода ’ с

Коши 50 000 1/420

Карнали 43 000 1/440

Гандаки 36 000 1/460

Рапти 3650 1/800

204]

Крупные наносы, попадая в водохозяйственные сооружения (оросительные каналы, водоприемники, деривационные каналы гидроэлектростанций и т. д.), существенно влияют на их эффективную эксплуатацию. На рис. 2

проиллюстрировано заиление оросительного канала после 3-летней эксплуатации.

Взвешенные наносы истирают облицовки деривационных и станционных водоводов, а также рабочие элементы гидротурбин.

Рис. 2. Очистка канала от наносов в оросительной системе (г. Читван, Непал)

[2051

Рис. 3. Истирание и изнашивание лопастей турбины от наносов

Выпуск 2

Выпуск 2

Абразивный износ турбин приводит к значительному падению их КПД, а следовательно, снижению мощности и выработки энергии гидроэлектростанции, сокращению срока службы гидротурбинного оборудования, фрагмент износа показан на рис. 3. С целью уменьшения ущерба, вызываемого наносами, при проектировании ГЭС предусматриваются меры по защите сооружений и оборудования от проникновения в них опасных фракций наносов.

В связи с большим количеством наносов в потоке все непальские гидроэлектростанции оборудуются отстойниками. Для приме -ра рассмотрим Гидроэлектростанцию Кхим-ти-1 на горной реке Кхимти с установленной мощностью 60 Мвт (5x12 Мвт). Мутность реки

во время паводка составляет 10-11 кг/м3. Для осаждения 85 % наносов размером до 0,13 мм и 95 % размером 0,20 мм в составе гидроузла имеется двухкамерный отстойник с непрерывным промывом. Однако его работа оказалась недостаточно эффективной: после 6 тыс. ч эксплуатации ГЭС на элементах турбин появился эрозийный износ (рис. 4).

Выполненные лабораторные исследования движения наносов в реке Кхимти и в других реках Непала показали, что в них содержится большое количество кварцевых частиц размером меньше 0,13 мм, которые вызывали интенсивный износ оборудования ГЭС. Связь между содержанием кварцевых частиц и скоростью износа элементов гидротурбины приведена на рис. 5.

Рис. 4. Эрозийный износ элементов активной турбины ГЭС Кхимти-1: а — конус; б — ковш

Реки и их бассейны

I I Содержание кварцевых частиц —*— Интенсивность износа

Рис. 5. Анализ содержания кварцевых частиц в наносах из образцов разных речных бассейнов Непала

В этих регионах, специалистам в сфере гидротехнического строительства сле-

Для предотвращения износа элементов турбин было предложено использовать напыление на элементы агрегатов твердого керамического покрытия. Стоимость такого покрытия в 2003 г. составила 25 тыс. долларов США, но идея оказалась недостаточно эффективной, так как через год произошло его разрушение.

дует глубоко изучать влияние наносов на эксплуатацию различных гидротехнических сооружений. В условиях сложной топографии Непала рекомендуется проектировать современные отстойники с вертикальной промывкой, которые более эффективно удаляют наносы, сохраняя благоприятную экологическую обстановку в нижнем бьефе гидроузла [7].

Список литературы

1. Канцуров В. Н., Кумскова Н. Г. Занесение-заиление головных отстойников мелиоративных систем. — Благовещенск, 1990.

2. Проектная документация гидроузла на реке Маршянгди, Катманду. — Непал, 1991.

3. Данелия Н. Ф. Водозаборные сооружения на реках с обильными донными наносами. — М.: Колос, 1964.

4. Использование водной энергии: учебник для вузов / под ред. Ю. С. Васильева. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1995. — 608 с.

5. Bhola Thapa, Raju Shrestha, Projjowal Dhakal. Sediment in Nepalese hydropower projects / Norwegian University of science and Technology and Kathmandu University. — Nepal, 2004.

6. Yangui Wang, Cheng Liu, Hongling Shi. Sediment yield and sediment budget of the yellow river. / International Research and Training Centre on erosion and Sedimentation. — Beijing, China 2007.

7. Кхарел Б. Истечение водогрунтовой смеси через днищевые люки бункеров-отстойников: автореф. дис. ... канд. техн. наук. — СПб., 1999.

[2071

Выпуск 2