Насосные станции магистральных каналов

Состав сооружений насосных станций магистральных каналов и их компоновка определяются положением станции в гидравлической схеме канала. Гидроузел, расположенный в голове канала, помимо подъема воды на высоту первой ступени, должен обеспечивать надежный забор гарантированных количеств воды из источника, регулирование поступления воды в канал и в случае необходимости прекращение ее подачи. Кроме того, в головных сооружениях осуществляются меры по задержанию плавающего сора и наносов. Последнее особенно существенно при заборе воды каналом из реки в ее естественном состоянии. Обычно отвод значительных количеств воды из реки в канал сильно отражается на режиме речного потока и требует проведения различных регуляционных работ. Весьма часто на реке непосредственно ниже места забора воды каналом необходимо устраивать плотину для создания подпора, облегчающего забор воды. Таким образом, в зависимости от принятого типа водозабора и гидрологических характеристик источника состав и конструкции сооружений головной насосной станции могут изменяться в широких пределах.

Рассмотрим головной водозаборный гидроузел канала Иртыш — Караганда. В состав его сооружений входят земляная плотина на реке Белой, водосброс с двумя отверстиями, рассчитанный на пропуск 200 м³/с, здание насосной станции, напорные трубопроводы, водовыпускное сооружение, напорный бассейн и начальный участок отводящего канала. К сооружениям головного узла также относится участок расширенного и углубленного русла реки Белой. Расчистка протоки произведена для увеличения ее пропускной способности.

Промежуточные насосные станции, расположенные по трассе канала, забирают воду непосредственно из предшествующего участка канала и подают в последующий, расположенный на более высоких отметках. Относительно благоприятный гидравлический режим работы этих станций позволяет уменьшить состав сооружений, а одинаковые условия водозабора и водовыпуска дают возможность принять типовую схему их компоновки.

На промежуточной насосной станции Каршинского магистрального канала показано такое типовое решение. В состав сооружений каждого станционного узла входят сороудерживающее сооружение, здание насосной станции, напорные трубопроводы, водовыпускное сооружение, сопрягающие дамбы и подпорные стенки. Все станционные узлы располагаются на прямолинейных участках канала. При подходе к насосной станции канал расширяется и образует аванкамеру. Решение вынести сороудерживающие решетки в отдельно стоящее сооружение позволяет обеспечить нормальную работу всех насосов независимо от засорения одной из решеток и производить их очистку в любое время. Кроме того, сороудерживающим сооружениям приданы функции перегораживающих сооружений, для чего они оборудованы плоскими щитами. Это позволяет в необходимых случаях осушать аванкамеры и производить их очистку от наносов и ремонтные работы, что значительно повышает надежность эксплуатации насосных станций.

В верхний участок канала вода подается по относительно коротким металлическим напорным трубопроводам диаметром 3,6 м. Водовыпускное сооружение вместе с водобойным колодцем и сопрягающими стенками образует напорный бассейн.

Насосные станции, аналогичные по составу сооружений и компоновке, характерны для большинства магистральных каналов.

Анализ водных балансов рек и перспектив развития народного хозяйства европейской части страны и среднеазиатских республик указывает, что радикальным мероприятием, решающим основные проблемы водообеспечения в бассейнах Азовского, Каспийского и Аральского морей, является частичная переброска стока северных (Печора, Северная Двина, Онега) и сибирских (Обь, Енисей) рек в эти районы. Вариантное проектирование показало, что экономически целесообразным это решение может быть лишь при условии создания на каждом тракте переброски каналов и каскадов насосных станций чрезвычайно большой производительности: для переброски северных рек — на расходы до 800 м³/с, для переброски сибирских рек — на расходы до 3000 м³/с.

Большие расходы требуют установки на насосных станциях агрегатов с подачей, в несколько раз превышающей максимальную подачу насосов, серийно выпускаемых промышленностью в настоящее время.

Следует отметить, что в диапазоне напоров от 20 до 40 м увеличение энергетических параметров и габаритов основного оборудования не вносит принципиальных изменений в состав сооружений и компоновку насосных станций. Насосные станции систем межбассейновой переброски стока, оборудованные вертикальными осевыми и диагональными насосами, аналогичны по своей схеме насосным станциям магистральных каналов. Именно таким образом запроектирована ОКБ института Гидропроект имени С. Я. Жука Покчинская насосная станция — одна из самых мощных в системе переброски стока реки Печоры. На станции суммарной производительностью 720 м³/с устанавливают погружные насосы мощностью по 45 МВт с диагональными насосами, развивающими напор до 41 м. С учетом опыта гидроэнергетического строительства сооружение подобных станций не представляет каких-либо технических трудностей.

Для диапазона напоров 2—20 м, как показывают проектные проработки, выполненные в Союзводпроекте, весьма перспективными являются горизонтальные капсульные погружные насосы. Конструктивные особенности основного оборудования предопределили принципиально новую для насосных станций компоновку зданий, представляющих собой многофункциональное сооружение, не только объединяющее в себе водоприемник, здание станции, напорные трубопроводы и водовыпуск, но и входящее в состав водоподпорных сооружений, а следовательно, воспринимающее давление воды со стороны верхнего бьефа. Однако и в этом случае большой отечественный и зарубежный опыт строительства ГЭС с капсульными гидроагрегатами позволяет с уверенностью говорить об отсутствии каких-либо непреодолимых технических проблем.

Проектирование и строительство насосных станций магистральных каналов и межбассейновой переброски стока рек обладают рядом характерных особенностей, вызванных значительным, как правило, числом насосных станций в системе и их каскадным расположением.

При разбивке общей высоты подъема на ступени следует стремиться к тому, чтобы напоры всех станций каскада были близки друг другу. Это дает возможность принимать однотипное оборудование, унифицировать строительные конструкции всех сооружений, а следовательно, резко сократить капиталовложения на строительство всей системы.

Чрезвычайно сложным является вопрос о выборе графика водоподачи. С одной стороны, предпочтительной представляется равномерная в течение времени работа станций. При этом снижается расчетная подача погружных насосов, что уменьшает размеры сооружений и оборудования, а следовательно, и их стоимость; повышается коэффициент использования оборудования; полностью занят обслуживающий персонал непосредственно на насосной станции; снижается себестоимость поданной воды. С другой стороны, равномерный график водоподачи не совпадает, как правило, с требованиями водопотребителя и не является удобным с точки зрения работы энергосистемы. Обладая большой установленной мощностью, каскады насосных станций представляют собой отличный регулятор нагрузки, позволяющий в значительной мере сгладить суточный график работы энергосистемы. Однако учет неравномерности водопотребления и стремление улучшить условия работы энергосистемы требуют существенного повышения расчетной подачи и создания регулирующих водохранилищ, что, естественно, приводит к удорожанию строительства системы насосных станций и повышению эксплуатационных затрат.