> Техника, страница 38 > Гидроэлектрические станции

Гидроэлектрические станции

Гидроэлектрические станции, силовые установки, совокупность устройств для превращения энергии водных источников в электрическую энергию. С этой целью водяная энергия источника, которая при есте ственном стоке распыляется па преодоление трения в бесчисленных струйках, сосредоточивается на валу водяных турбин, превращается с помощью электрич. генераторов в электрическ. энергию и передается через повышающие и понижающие подстанции и линию передачи на место потребления.

I. Основные элементы гидроэлектрических станций. К водяной составляющей Г. с. относятся : а) захватные с о о р у ж е-

н η я, имеющие целью путем увеличении сечения источника и уменьшения его скорости задержать свободное течение воды, подпереть ее и сосредоточить ее падение в одном месте; б) подводящие сооружения, которые доставляют захваченную воду к турбинам; в) турбинные установки, в которых энергия подведенной под известным напором воды превращается в работу на валу турбины; г) отводящие сооружения, через которые сбрасывается из турбины отработавшая вода, и, наконец, д) per у л и рующпе сооружения для согласования естественного стока воды с потреблением энергии.

Назначение захватных сооружений состоит в том, чтобы в определенном месте реки преградить сток воды и поднять ее горизонт на такую высоту, которая давала бы возможность отвести захваченную воду в сторону—в канал или бассейн необходимой глубины. В зависимости от рада местных условий, эта задача получает различное конструктивное разрешение Прежде всего необходимо обеспечить для турбин подвод воды, по возможности чистой, без посторонних примесей, к которым относятся поверхностный и донный лед, листья, сучья, сено и тому подобное. сор, наносы (галька и песок). Степень очистки воды влияет в возрастающей прогрессии на стоимость сооружений. и поэтому дать общего решения вопроса нельзя. Во всяком случае от льда, сора и наиболее крупных наносов воду очищают обычно в самом начале Г. с., в пределах захватных сооружений. В связи с этим захватные сооружения состоят из плотины (смотрите) для создания подпора воды, спускного шлюза (смотрите) и промывного шлюза, или щита, для удаления отложившихся наносов.

При выборе места для плотины д.б. прежде всего учтены гидрологич. и геологнч. условия. Создание определенного напора, одного из основных элементов мощности Г. с., определяется горизонтами подпертой воды у плотины. Знание естественного стока воды (смотрите Гидрология) позволяет наметить нормальный (средний) и наивысший горизонты у плотины. В пределах между этими горизонтами Нмакс. ii Л_Ср. плотина должна пропускать высокие воды. Если известен расход высоких вод Q м^Л/ск и высота переливающегося через водослив слоя воды h м. то но формуле водослива (смотрите Гидравлика)

Q — .«Wt I 2 ι/Ιι

определится необходимая длина b водослива в м. Значение коэфф-та μ колеблется, в зависимости главн; обр. от формы гребня, между 0.6—0,8. а <7=9,81 м/ск-. При невозможности поднять горизонт воды у плоти мы выше нормального (при низких берегах верхнего бьефа, при опасности затопления, при существовании вышерасположенных гидротехнических сооружений, не рассчитанных на такую высоту горизонта воды, и тому подобное.) вместо глухих водосливных плотин устанавливаются разборчатые плотины. Чаще всего применяются плотины со щитовыми и спицевыми затворами, цилиндрические и сегментные. Иногда применяется комбинированный способ глухой плотины сразбор-чатой верхней частью. Длина распространения подпора м. б. вычислена с достаточ-

ной точностью по формуле ?=₍, где п— высота подпора в м, а ?—естественный уклон водного источника. Знание местных геологич. условий необходимо для обеспечения надежного основания плотины и предупреждения фильтрации под плотиной. При сооружении высоких глухих плотин необходимы тщательные геологические изыскания, причем в большинстве случаев нельзя ограничиваться одним шурфованием, а приходится прибегать к разведочному бурению. Если нельзя довести основание плотины до водонепроницаемого и, лучше всего, скалистого грунта, то необходимо забить возможно глубоко шпунтовые ряды перед и за плотиной. Там, где нельзя забить шпунта, необходимо заложить возможно более глубокие бетонные шпоры. Вообще надежное сооружение основания плотины является одним из существенных требований при устройстве захватных сооружений Г. с. Не менее важно и надежное соединение тела плотины с берегами, для чего приходится обычно глубоко врезаться в последние. Телу плотины придают обычно форму подпорной стенки, причем наибольшее разнообразие получает форма задней стены; последняя бывает крутой или пологой, гораздо реже ступенчатой. При крутой стене трудно достигнуть постоянного соприкосновения струи с“телом плотины, что понижает коэффициент расхода. Пологий переход струи к горизонтальному направлению обеспечивает бблыную пропускную способность водослива, но удорожает стоимость плотины, так как требует большего количества кладки. При выборе формы плотины необходимо учитывать также размывающую способность ниспадающей воды. Она, как правило, больше при пологом спуске, так как вода стекает в неукрепленное русло почти без потери приобретенной ей скорости и свою неиспользованную энергию направляет на размыв дна реки; при крутом спуске вода расходует свою кинетическую энергию на вихри и удары и вливается в естественное русло реки, пенясь и бушуя, но со значительно ослабленной способностью размыва. При выборе типа разборчатых плотин необходимо обращать внимание на возможность быстрой, легкой и точной их разборки и установки. Часто при сооружении плотин приходится иметь в виду интересы судоходства, сплава, рыбоводства и рыболовства и устраивать судоходные шлюзы, плотоспуски, рыбоходы, не говоря уже о донных отверстиях со щитами для промыва верхнего резервуара, находящегося всегда под угрозой засорения и заиления.

Захваченная плотиной вода должна быть направлена к турбинной камере. Обычно у входа в ответвление устраивают порог, имеющий назначение задержать в русле реки наиболее крупные отложения, перекатывающиеся по дну реки. Длина и высота порога должны быть рассчитаны так, чтобы отлагающиеся в русле наносы могли быть промыты при открытии донного щита, по вместе с тем

не должен быть значительно стесняемо входное живое сечение, что повело бы к увеличению скорости и втягиванию взмытых наносов, льдин ит. п. Обычно считают допустимыми входные скорости в 0,8—1,2 м/ск. В дополнение к порогу, влияющему на нижние насыщенные наносами слои воды, устраивают пловучие заграждения для задержания или отклонения крупных плавающих тел. Для мелких предметов устанавливают за порогом решетку с крупными отверстиями в 15—20 миллиметров, придавая ей уклон около 70° к горизонту. Обычно все же вода,

особенно в половодье, очищается недостаточно, и потому почти на всех Г. с. применяются особые отстойники, основанные на быстром уменьшении скорости втекающей воды вследствие увеличения живого сечения (смотрите ниже). В шгчестве примеров могут служить захватные сооружения: Г. с. Ванген на реке Ааре в Швейцарии (фигура 1, размеры показаны в .м) и у Ниагарского водопада в С. Америке (фигура 2).

Подводящие сооружения должны доставлять воду от места ее захвата к водяной турбине с возможно меньшими по-

терями количества воды и напора. Подводящие соорулсения молено подразделить па открытые, или каналы, закрытые, или штольни, трубопроводы и сооружения смешанного типа, причем в штольнях и трубопроводах вода мол-сет протекать свободно или под напором. Поперечные сечения подводящих сооружений определяются путем последовательного подбора, причем за исходную величину принимается расход воды О м/ск, пределы же возмож-пых скоростей v определяются: высший— сопротивлением грунта размыву, низший— недопустимостью отложения мелких взвешенных в воде наносов. Подбор сечения канала площадью F в м- производится по формуле Q м³/ск — Fv, где v м/ск=с У RP, R—подводный, или гидравлический, радиус, равный отношению площади к смоченному периметру (в м), i—уклон канала и с—эмпирический коэффициент, определяемый по одной из формул скоростей: Базена, Ганги-лье и Куттера или других (смотрите Гидравлика). При напорных круглых штольнях и трубопроводах длиною I .и и диаметром d м необходимая высота напора h м определяется по формуле:

h

+ς. У- + ?. JiL,

2η * 20 ~ d ·2<7

где ? и λ—численные коэффициенты. В этой формуле член ~—напор для придания воде начальной скорости, £ · ---потери при вхо-

_. lv*

де в труоопровод и λ · — потери в са-

мом трубопроводе. В среднем, £=0,01-1-0,02, /.=0,03. При длинных прох первыми двумя членами можно пренебречь и принять

lv*

h=λ При любом сечении с площадью

Л1 _vt

F и периметром II, h — λ- -р ₂ Диаметр трубопровода определяется из ф-лы v =,

Pd

а толщина стенки (в e.v) 4 ==. _/;, где d—внутренний диаметр в с.м, Р кг/см²—внутреннее давление(10.и напора соответствует 1 килограмм/см²), к кг/см²—допускаемое напряжение материала (для клепаных железных труб—600 килограмм/с.ч²,для сварных—800кг/е.м²). Обычно принимаются следующие скорости для отдельных видов подводящих сооружений: для каналов 0,8—1,2 м/ск, для штолен 2—2,5 м/ск, для трубопроводов бетонных и железобетонных 2—2,5 м/ск, деревянных 2,5—3 м/ск, железных—не свыше 5 м/ск.

Подводящие сооружения для бесперебойного действия системы должны иметь целый ряд дополнительных устройств. В начале подводящих сооружений и в конце их, непосредственно перед впуском воды в турбины устанавливаются затворы. Основное требование при устройстве затворов состоит в том, чтобы течение воды мимо них происходило по возможности плавно, без резких возмущений, чтобы они были устойчивы и не подвергались подмыву. Чаще всего применяются щитовые затворы, причем в напорных прох вместо подъемных щитов и задвижек часто применяются сегментные или цилиндрические щиты. Так как вы ключение турбин вызывает замедление движения воды в трубопроводе и может вызвать опасное повышение внутреннего давления, то часто устраивают в конце трубопровода предохранительные клапаны или автоматические боковые спуски. Для выравнивания давления в подводящих сооружениях

устраивают в конце их напорные башни или бассейны со сбросами излишней воды, промывными приспособлениями для отвода отлагающихся наносов и частой решеткой для возможно полного очищения поступающей в турбины воды. На фигуре 3—6 приведены примеры подводящих сооружений (все размеры показаны в м): напорная башня между штольней и трубопроводом на Г. с. на

Фигура 4.

Билле у Инсбрука (фигура 3), напорная башня в конце штольни на Г. с. Люцерн-Энгель-берг(фигура 4), разрез Г. с. на реке Сиуле близ Клермона во Франции (фигура 5), водослив в безнапорной штольне (фигура 6).

В турбинных установках гидравлическая энергия превращается в механическую. Мощность турбин определяется формулой А— 1 000vHQ кгм/ск, где η—кпд турбин, II—высота полезного напора в м, Q— количество подводимой в секунду воды в м³, что соответствует мощности Г. с.

W= 13,33t)JIQ IP=0,00273n^HQ kWh. где η i—кпд генератора тока.

Водная энергия м. б. использована как потенциальная (вес падающего с высоты И количества Q воды) или как кинетическая. Если полная высота напора II превращается в кинетич. энергию, то имеем активные турбины; если же только часть напора превращается в кинетическ. энергию, остальная же используется как энергия потенциальная, то имеем турбины реактивные. Самыми распространенными типами турбин на Г. с. являются реактивные турбины Френсиса, пропеллерп. турбины вообще, особенно Каплана, и активные турбины Полигона (смотрите Гидравлические двигатели). Кпд турбин этих систем довольно высок и достигает 0,89,

а в последнее время в С. Америке в новых установках удалось поднять кпд турбин Френсиса до0,93—0,94 и пропеллерных— до 0,91—0,92. 13 значительной степени это увеличение кпд достигнуто благодаря новым формам всасывающей трубы, как, например: труба Уайта, имеющая форму расширяющегося книзу конуса; труба Муди, в которой но оси трубы помещен бетонный конус, оставляющий для прохода воды лишь кольцеобразное пространство; коленчатые трубы специальных очертаний.

Для каждой турбины данному напору соответствуют определенное число оборотов и в минуту и расход воды Q. Число оборотовдля турбин одного и того же типа при одинаковом напоре обратно пропорционально квадратному корню из их мощностей. Каждый тип турбин характеризуется удельным числом оборотов или коэффициентом быстро-

п У N -

ходности v_g =, сюозначающпм число н и оборотов в минуту турбины, подобной дан-пой и развивающей при 1 метров напора мощность в 1 ИР. Значения u_s для различных типов турбин перекрывают друг друга, так что возможны различные решения вопроса о выборе типа турбин. Вообще яге для больших напоров применяют почти исключительно турбины Пельтона, как наиболее тихоходные. Слишком большие коэфф-ты быстроходности при больших напорах грозят кавитацией, то есть образованием пустот, и разрушением лопаток турбины. Обычно, при напорах более 30 л, коэфф. быстроходности не должен превышать +85.

Т. к. работа на валу турбин должна превращаться в электрическую энергию, а для генераторов электрнческ. тока крайне важно постоянство числа оборотов,то необходимы приспособления для ручного или автоматн-

ческ. их регулирования с целью сохранения неизменного числа оборотов турбины при переменных напоре и расходе воды. Однако, кпд не остается неизменным. а дает при неполной нагрузке турбины значительно меньшие величины, чем при нормальном напоре, соответствующем ;?_s, причем с уменьшением нагрузки турбины кпд падает тем быстрее, чем больше быстроходность турбины. Между мощностями×турбины, расходами воды через одну туроипу q и кпд турбины η существует следующая зависимость: к _ п

. ’ /лаг Qmaz· ^Ti»wx

При одном и том яге кпд в 0,75 для турбин с разной быстроходностью отношения ⁹=/.: изменяются от 0,3 (при

Я таг

= 80) до 0,7 (при п,=500). Это различие отдельных турбин учитывают при определении числа аггрегатов Г. с. Так, если расходы воды Г. с. колеблются между Q_mi„ н Q_mnXt то, устанавливая число а турбин для Q_mi„_y получим, в зависимости от быстроходности турбины, при сохранении кпд около 0,75, q_mar —, а число турбин для ра боты Г. с. полной мощностью

Qmnx__ aJiQmaz

Q таг Q т i и

T. о., число аггрегатов Г. с. при сохранении постоянства кпд тем больше, чем больше /.·, т, е. чем быстроходнее турбины.

Г. с. в зависимости от величины напора делятся на установки низкого (до 10 ж), среднего (от 10 до 50 м) и высокого (свыше 50 м) напора. При напорах свыше 10—15 метров турбинная камера требовала бы для своей устойчивости и прочности слишком толстых, а следовательно, и дорогих стен. Поэтому воду заключают в трубы, а турбины—в цилиндрические закрытые железные кожуха, имеющие сходство с котлом, почему такие турбины называются «котельными. При напорах свыше 50 .и кожуху турбины, для уменьшения потерь при подходе воды к направляющему колесу, сообщается спиральная форма. При небольших напорах применяется свободный, открытый доступ воды к турбинам, которые обычно устанавливаются тоже открытыми ниже горизонта подводящего канала, то есть оказываются затопленными. При больших напорах турбины обычно устанавливаются на полу машинного здания рядом с электрич. генераторами.

Турбины бывают с вертикальным или горизонтальным валом. Вертикальные турбины (фигура 7) обычно применяются на низконапорных Г. с. с открытыми камерами. Соединение турбины с валом генератора производится через зубчатую и ременную передачи, так как при небольших напорах число оборотов турбины обычно оказывается меньшим. чем необходимо для генератора той же мощности. Из многоколесных турбин

чаще применяются горизонтальные турбины (фигура 8) при непосредственном соединении с генератором. В средне- и высоконапорных установках также преобладают горизонтальные турбины и непосредственное соединение с генератором, хотя за последние годы начинают все чаще применяться вертикальные турбины. Точно так же при турбинах Пельтона с несколькими насадками встречается и вертикальное расположение вала, так как в этом случае представляется меньше конструктивных трудностей. За последние годы, в целях экономии в помещении, стали устанавливать вертикальные турбины и при высоких напорах.

Мощность турбин сильно растет и достигает в Европе уже 48 500 HP (турбина Френсиса на Г. с. Гердекке на Руре). Особенно высокие мощности достигнуты в С. Америке; например, турбина Френсиса в 70 000 HP на Ниагаре, турбина Пельтона в 56 000 HP на Биг-Крик № 2, пропеллерные в 30 000 № на Ла-Габель.

Отвод отработавшей воды производится каналами, которым придается правильная форма. При проектировании отводящих каналов надо исходить из того, чтобы при сильных колебаниях горизонта нижнего бьефа машинное здание не затоплялось. На некоторых установках С. Ш. А. отводящие

каналы используются для искусственного повышения напора при посредстве избытков воды. Так, на установке Алькона водослив заменен 6 трубопроводами, которые берут начало в напорном бассейне и входят в нижнюю часть водоотводной трубы; скорость в конце этого «трубоводослива»—10,7 м/ск, что производит значительное высасывающее действие на отходящую от турбины воду. На установке Митчел турбины помещены в камерах на особых основаниях, поднимающихся на верховой стороне водослива; вода паводков обтекает эти основания и переливается через водослив непосредственно над выходом отводящей трубы турбины, образуя здесь прыжок воды; таким образом производится высасывание отработанной воды и, благодаря понижению уровня перед прыжком, непосредственно увеличивается напор. На установке Island Falls ставят эжектор Муди, в к-ром спиральный подход к турбине расширен книзу настолько, что охватывает и верх отводящей трубы; особый цилиндрич. затвор, помещенный непосредственно под турбиной, отделяет отводящую трубу от спирали; при открытии затвора вода из спирали поступает не только в турбину, по и под нее, производя высасывающий эффект на отработанную турбиной воду; при действии эжектора, при уменьшении напора с 18,3 до 15,2 м, турбины еще дают мощность, превышающую нормальную.

Регулирующие сооружения необходимы вследствие колебаний в естественном стоке водного источника, питающего Г. с., и в спросе на энергию. Хотя мощность реки можно считать в течение суток постоянной, но потребление энергии испытывает довольно значительные суточные колебания. Поэтому для полного использования суточной мощности, равной средней суточной нагрузке Г. с., необходимо перераспределение (регулирование) наличной энергии водного источника, т. к. иначе значительная часть энергии (например, ночью) не может быть использована. Далее, мощность водного источника в течение года подвергается значительным изменениям, и в большинстве случаев изменения в режиме реки не совпадают с изменениями в спросе на электрическ. энергию. Мощность источника меняется также в течение периода лет. Т. о. полное использование энергии реки без искусственного регулирования стока или без применения резерва в виде тепловой электрической станции для покрытия излишков в спросе (так называется пиков графика нагрузки) оказывается невозможным. Без регулирования наибольшая нагрузка Г. с. может соответствовать только мощности реки в самое маловодное время, и в таком случае мощность Г. с., в зависимости от так называемым г; о э ф ф. и о л ь з о в а н и я, или н а г р у з-к и (отношение средней нагрузки к наибольшей), составит не более 10—15% наличных запасов водной энергии.

Регулирование стока бывает суточным, годовым или многолетним и достигается тем, что избыток воды за время малой нагрузки, большого стока (па) или за годы с обильными осадками накапливается в особых резервуарах, или водохранилищах, и расходуется затем в моменты наибольшей нагрузки или в засушливое время. Определение объёма водохранилища является основной задачей проектирования Г. с., так как от этого зависит, в конечном счете, мощность установки и регулярность ее действия. В отличие от тепловых станций, мощность которых определяется ожидаемой нагрузкой, выяснение мощности Г. с. исходит из условий стока, а при его регулировании—из объёма водохранилища. Поэтому и ошибка в расчетах м. б. допущена скорее в сторону преувеличения, чем преуменьшения, так как с увеличением высоты водоудержателышп плотины количество собираемой воды изменяется со все увеличивающейся прогрессией, и каждый лишний метр кладки отражается все меньшей составной частью на стоимости энергии. При расчетах надо исходить из того, чтобы потребность в воде покрывалась из водохранилища даже в самое засушливое время (месяц, год), и чтобы к началу периода низких вод водохранилище было наполнено. Самый расчет можно производит!, аналитически или графически. Основными элементами расчета являются величина естественного стока и нагрузка станции, выражаемая в единицах объёма воды, то есть в количестве используемой воды, причем

19

Т. Э. m. V.

необходимо учитывать и потери воды па испарение и фильтрацию в водохранилище и подводящих сооружениях. Можно строить календарные графики распределения этих элементов и из них определять необходимый объём водохранилища. Если в начале графика (фигура 9) водохранилище пусто, то за время Т необходимый объём водохранилища должен быть 1E=.Si=<Si+«S’₃~ S₂. Но чаще сток изображают (фигура 10) в виде интегральной кривой, у которой каждая ордината равна объёму протекшей воды от начала подсчета за время t; разность ординат y_z—yi равна объёму протекшей за время t_x воды. Средний стог: выражается прямой 01·, а используемое Г. с. количество воды—прямой ОЕ_и или интегральной же кривой, обычно наклоненной к горизонту под меньшим углом, чем линия среднего стока. Необходимый объём водохранилища получается в виде отрезка 1 ординаты между касательными к крайним точкам перегиба кривой .4 по обе стороны

Jliiik Лж. А
q i! ! ;		W	Средний расхоо q со время Т Т fed в о вмени: дни,
• л
о Наполнение ;3Ч Q>9 !|	Ниполне мие Q>?	Опорожнение <?<?

Н-пустое водохранилище

Фигура 9.

линии ОЕ, параллельными линии используемого расхода ОЕ_х. При полном регулировании стока линии ОЕ и ОЕ₁ совпадают, и объём водохранилища равен отрезку V.

При постройке больших водохранилищ с высокими водоудержательиыми плотинами особенное значение приобретают их прочность и устойчивость, так как прорыв такой плотины грозит большим затоплением. Поэтому расчет должен производиться особенно точно, и все нормы и коэфф-ты должны браться особенно осторожно. На основания плотин необходимо обратить самое серьезное внимание и, как правило, возводить их

^ ^ ____ только на вполне надежных скалистых грунтах, не останавливаясь перед большими расходами. Кроме того, необходимо всеми способами бороться с фильтрацией воды как под основание, так и через тело плотины. Одна из извести, старых испанских плотин в Пуетесе, высотою в 50 м, была прорвана спустя 11 лет после постройки только потому, что одна часть основания плотины не была доведена до скалы.

При многолетнем регулировании надо принимать во внимание сток наиболее засушливого года. Однако, если потребление энергии

нельзя сократить на время наинизшего стока в засушливые годы, то в нормальные годы часть естественного стока иебудет использована. Во избежание этого устанавливают

дополнительные тепловые резервы (теплосиловые установки), покрывающие в засушливые годы недостающую энергию воды и позволяющие более полно использовать средние условия стока реки.

Годовое регулирование стока связано в большинстве случаев с устройством водохранилищ или использованием озер; его можно достигнуть, однако, и путем совместного использования энергии двух рек с противоположным водным режимом, у которых периоды высоких и низких вод не совпадают и, взаимно покрывая друг друга, дают более или менее равномерный сток на протяжении года. Суточное регулирование допускает, помимо устройства особых резервуаров (фигура 11) и теплового резерва, и регулирование помощью аккумуляторов и насосных установок. Первый способ применим при небольших Г. с. с генераторами постоянного тока; он заключается в том, что параллельно с генератором включается аккумулятор,

который заряжается в часы малой и разряжается в часы усиленной нагрузки. При применении насосов излишек мощности основного аггрегата передается вспомогательному,

состоящему из электромотора, центробежного насоса высокого давления и высоконапорной турбины (фигура 12); в часы малой нагрузки насос, приводимый в движение электромотором, накачивает воду из верхнего или нижнего бьефа в высокорасположенный суточный сберегательный бассейн; в часы большой нагрузки работа насоса прекращается, вода из бассейна под напором поступает в турбину, которая вращает электромотор и превращает его из двигателя в дополнительный генератор. Кпд η_ι системы равен отношению между количеством Л₂ энергии, получаемой от вспомогательной динамомашины, и излишком Νι энергии реки в пе-

риод малой нагрузки, то есть=_γ. Величина кпд ί/ι в значительной степени зависит от местных топографическ. условий, позволяющих расположить запасный резервуар «жоло Г. с. па достаточной высоте. Па Г. с. Рокки (Соединенные Штаты Америки) суточное регулирование производится путем перекачивания воды в часы избытка энергии из нижнего бьефа в верхний.

При выборе наивыгоднейшей мощности Г. с. необходимо найти такую зависимость мощности от водохранилища и теплового резерва, при которой стоимость единицы получаемой энергии была бы наименьшей. Т. о., помимо техническ. соображений, необходимо учесть и все экономия. факторы. В частности, унификация тока и кустование станций, широко проводимые за последние годы, позволяют поставить вопрос о регулировании работы Г. с. на более широкую базу, чем это возможно при обособленной работе каждой Г. с. Наиболее широкие перспективы в этом отношении имеются в СССР благодаря национализации природных источников энергии и крупной промышленности.

II. Гидроэлектрические станции в главнейших странах. Рост и современная мощность Г. с. характеризуются статистическими данными, опубликованными в начале 1928 г. Геология, к-том С. III. А. [*]. Согласно этим данным, мощность Г. с. во всем мире составляла: в 1920 году 23 млн., в 1923 году 29 млн., а в конце 1920 г. 33 млн. IP. В конце 1926 года мощность Г. с. распределялась по частям света следующим образом (в тыс. IP):

В Европе.13 100 В Африке.14

» С. Америке .16 800 » Океании.3-10

Ю. Америке. 730

» Азин.2 loo В e е г о зз 004

Мощность Г. с. в отдельных государствах составляла (в тыс. IP):

В С. Ш. А. (пкл. В Бразилии.. 300

Аляску). 11 764 > СССР.361

» Канаде. 4 566 > Австрии.325

Италии. 2 зоо » Мексике.300

» Франции. 2 000 » Англии.250

> Норвегии. 1 900 «Финляндии. .220 • Швейцарии. 1 850 > Индии.200

> Японии. 1 750 > Юго-Славин. 180

> Швеции. 1 350 > Чсхо-Словакии. 155

> Германии 1 leo » Польше.90

» Испании. 1 ооо i> Румынии.зо

В Швейцарии из старых Г. с. самой мощной является Лауфенбург на Рейне (фигура 13), мощностью в 60000 Н Самыми вы-соконапориыми Г. с. являются: Вуври, мощностью в 6 700 IP, подводящая воду из горного озера Таней (1 416 метров над уровнем моря),

с напором в 950 .м,и Вернайя на Роне, обладающая напором в 500 метров и мощностью в 6 000 1Р. О быстроте развития Г. с. в Швейцарии можно судить по следующим данным: общая мощность вновь построенных или расширенных Г. с. составила за десятилетие

1891—1900 гг. 121 000 1Р, 1901—1910 гг,— 387 000 №>, 1911—1920 гг,—620 000 1Р и 1921—1926 гг.—586 000 1Р. К концу 1926 г. общая мощность Г. с. достигла 1 867 000 IP, и была начата постройка 8 новых крупных Г. с., из которых наиболее мощными являются: Вернайя (111 000 IP), Рибург-Шверштадт (56 000 IP) и Гандек (100 000 1Р).

В Германии до 1914 г. не было Г. с. мощностью свыше 50 000 IP. После войны построен целый ряд Г. с., из которых четыре— на реке Шаре: Фннзинг, Ауфкирхен, Эйт-тинг п Фромбах—обладают общей мощностью в 82 200 IP; Г. с. Тегинг—76 000 IP;

Г. с. Цверибах в Бадене использует напор в 485 .н; Г. с. Кахлет на Дунае, построенная в 1927 г. (фигура 14), обладает мощностью в

ОБ ООО IP; Г. с. is Гердекке на Руре применяет насосную установку и обладает мощностью в 150 000 №.

Во Ф р а и ц и и нз старых установок наиболее мощной была в свое время Г. с. Лю-шон на озере.Оо в Пиренеях, мощностью 25 000 №, с напором 870 ж. К началу 1925 г. общая мощность действовавших Г. с. равнялась 1 050 000 IP. строившихся—465 000 ЬР и проектированных—5 440 0001Р, всего же— 6 955 000 IP.

В И т а л и и имеется ряд станций с напором свыше 500 ж: Изола на реке Полья (N =24 000 IP. II =900 ж); Гольо и Верампио на р. Деверо (JV =20 000 IP каждая, Н=520 и 565 лО;Сондрионар.Маллеро(1У =150001Р, П — 550 .ч); Роббия на реке Кавальяско (А^г=7 200 рр, П= 620 ж); Маканьо на реке Делио (.7=3 900 РР, Л=648 ж); Прата. водохранилище у Неаполя (N=7 200 РР, II -=580 ж) и Фадальто (=Y - =74 000 РР). Последняя Г. с. до 1926 г. была наиболее мощною. В 1927 г. построены еще две мощные Г. с.: Мезе в Ломбардии (N=80 000 РР) и Тимпа-Гранде в Калабрии (N=60 000 IP). Из новых гидростанций в конструктивном отношении замечательна станция Когштс в Сардинии

Фигура 15.

(Л^г=32 000 РР), станционное помещение которой целиком устроено под землей (фигура15).

Норвегия — страна белого угля но преимуществу. Наибольшей Г. с. является здесь Рыокане в 220 000 РР. Из новых I. с. необходимо отметить Сауде III. мощностью в 90 000 РР. В 1926 г. Американское акц. общество взяло концессию на утилизацию водопада Кинсарвик, где имеется в виду постройка высоконапорной Г. с. (А=116 000 IP. 11== 860 ж). Г. с. в Тиссефальдене располагает мощностью в 142 000 РР, в фиорде Глом— 80 000 РР. Намечается к постройке ряд новых высоконапорных Г. с. большой мощности, в частности у водопада Скьегедальс (Л= =77 000 №, Н =343 ж).

В Швеции наибольшей является Г. с. у Трольгеттана (А=80 000 РР при расходе воды 350 м³/ск); более крупных установок, свыше 50 тыс. РР, в Швеции нет. Построенные за последние годы I. с. в Лилла Эдет, Стора Коппарбергс, Кронгфорс и др. имеют мощность от 15 000 до 37 000 РР. Быстрый темп использования водных сил виден из сравнения общей мощности гидроэлектрических станций: в 1915 году 636 000 РР, в 1920 году 1 030 000 РР, в 1926 году 1211000 РР.

В С. III. А. общая мощность Г. с. к 1 января 1928 года, достигла 12 290 000 IP, тогда как общая потенциальная энергия рек составляет свыше 38 млн. РР, при расходе в течение 90%-ного годового периода, и около 60 млн. РР — при 6-месячном расходе. В горных областях запади, побережья преобладают высоконапорные установки (до 726 .и), в средних и восточн. частях— установки средних и низких напоров. Г. с. на PInarapCKOM водопаде, из которых две находятся на америк. и три на канадском берегу (смотрите вкладной лист), могут использовать до 550 000 РР (наименьшая Г. с.—50 400 РР. наибольшая Г. с., Онтарио,—205 000 IP). На америк. Г. с. воду раньше подводили к турбинам трубопроводом, на новых же Г. с. она падает в отвесной шахте; станционные здания устраиваются под землей; отработанная вода отводится тоннелем (фигура 16). Г. с. в Сан-Мори на Мичигане (А=46 000 РР) использует наибольший расход в 900 .и³ си. Весьма мощными являются Г. с. Шиппинг-Порт (Λ=1.36 500 1Р) и на р. Сускеганна (,N=100 000 РР, Я=10ж). Первая, а также установка Уолленпаупак (.N=56 000 РР) замечательны тем, что они работают автоматически и управляются на расстоянии, из другого места. Наибольшей Г. с. С. III. А. является законченная в 1921 году установка Месл-Шолз с четырьмя турбинами по 30 000 и четырнадцатью но 35 000 1Р, при напоре 29 ж. Общая мощность 610 000 IP. Длина плотины 944 ж, высота—29,9 ж над постелью реки и 42,7 метров над основанием, ширина по низу 30,8 м, с тюфяком—48,8м: длина здания силовой станции 366 ж, ширина 49 м, высота 41 ж; длина подпора воды 24 км. Наиболее крупными Г. с., строящимися в настоящее время, являются: Ко-нивинго с 7 турбинами по 54 000 IP каждая (при полном же развитии мощность достигнет 594 000 РР) и Чут-Кейвон мощностью в 1 000 000 РР. Характерны две строящиеся в Калифорнии установки по высоте напора: Бек-Крик—781 ж и Биг-Крик—650 ж.

В Канаде [-] в конце 1927 года мощность всех Г. с. составляла 4 883 000 РР. при потенциальной энергии рек в 20000 000 РР. для годового расхода и кпд 80% и 33 000 000 для 6-мосячпого расхода. В 1900 г. общая мощность Г. с. Канады составляла 170 000 РР. в конце 1910 г.—975 000, в конце 1914 г.— 1 946 000 и в конце 1920 г.—2 508 000 №. Б конце 1927 г. имелось 10 Г. с. с мощностью свыше 100 000 РР каждая. На одной Ниагарской системе мощность Г. с., эксплоатируе-мых одной компанией, составляет 872 000 РР. Из наиболее мощных Г. с., помимо Ниагарской, можно отметить: Айль-Малинь на роке Сагеней, А=540 009 РР (смотрите вкл. лист), на водопаде Сидар, .N=197 900 № (расход

Куинстон на р. Ниагаре мощи. 525 000 HP (Канада).

Ла-Габель на р. си. Лаврентия мощи. 120 000 HP (Канада).

Г. Э.

Айль-Малинь на р. Сагеней мощи. 540 000 HP (Канада).

Голова оросительного канала Бойс с Г. с. (С. III. АЛ.

поды на одну турбину 105 м³/ск), Шоуини-1Ч!Н, N- 101 500 ЙР, с турбинами мощностью в 41000 IP каждая, Гранд-Мер, Л=170 000 IP, Ла-Габель, А -120 000 Н³ (смотрите вкладн. лист). Пи строящихся больших установок следует отметить Г. с. на водопаде Поган, мощностью 272 000 1Р.

В СССР наибольшая Г. с. Волховская Л^г=75 000 Н за ней следуют: Земо-Авчаль-ская у гор. Тифлиса (Л^г=16 000—33 000 IP), Приванск. (GOOD1Р) и Ташкентская (6 000 IP). Строятся или запроектированы Г. с. (к 1928 году): Днепровская (300 000 HP), Свирепая (112 000 1Р). Рионская (40 000 IP), Са-мурская (81 000 1Р), Миатлинская на реке Судаке (50 000 1Р) и 20 меньших установок общей мощностью до 500 000 1Р. а. Эсссн.

III. Проектирование гидроэлектрических станций. При составлении проекта Г. с. необходимо исследовать целый ряд технических и экономических условий и, исходя из · них, установить тин и мощность Г. с., взаимное расположение и размеры основных ее элементов. Так как отдельные элементы обычно на 70% и более представляют собою гидротехнические сооружения всех видов, на долю же станционного здания, где расположены турбины, генераторы и распределительные устройства, приходится лишь остальная часть проекта, то решающее влияние при проектировании имеют водные условия Г. с. С экономнч. стороны каждая Г. с. должна удовлетворять следующим требованиям: 1) доставляемая ей энергия не должен быть дороже энергии тепловой станции; 2) потребитель должен быть в состоянии оплачивать энергию по цене, определяемой условиями хозяйственного расчета установки; 3) при отсутствии рынка сбыта энергии должен быть обоснованная уверенность в появлении рынка в будущем. Если вблизи имеется или может быть дешево доставлено необходимое сырье, то обилие дешевой водной энергии (по цене не более 0,4—0,0 к. за 1 kWh) обычно создает перспективы для развития электрохимия., электрометаллургия, или бумажн. промышленности и создания рынка для электрич. энергии. Для получения дешевой энергии существенно важны незначительные колебания мощности станции в течение года или высокий коэффициент нагрузки станции, для того чтобы установленная мощность могла быть использована максимально, например,

7 000—8 000 ч. из полного годового числа

8 700 ч. Однако,режим громадного большинства рек не обеспечивает постоянной мощности при значительном использовании реки. Использование же небольшого расхода, хотя и обеспеченного почти круглый год, вызывает удорожание энергии вследствие больших первоначальных затрат. Таким образом, для снабжения энергией всех названных отраслей промышленности уместнее всего использование мощного потока с выравненным стоком.

Возможен, однако, и иной порядок использования водной энергии. Иногда бывает целесообразно использовать расход реки, обеспеченный лишь в течение 0 или 4 месяцев, или даже 100 дней в году, с тем, чтобы в период недостатка воды работала вспомогательная тепловая станция. Обычно про мышленность и коммунальн. хозяйства снабжаются электрической энергией тепловыми станциями по значительно более высокой цене: от 3 к. за 1 kWh для станций весьма большой мощности до 0—7 к. для станций в 3—5 тыс. 1Р; при дальнейшем уменьшении мощности стоимость 1 kWh энергии тепловой станции еще более возрастает. При таких ценах смешанная энергия оказывается нередко гораздо более дешевой, чем энергия одной только тепловой станции.

При разработке технич. стороны проекта прежде всего надлежит приступить к выбору места для Г. с. В этих целях рациональный порядок изысканий требует предварительного рекогносцировочного объезда реки опытными инженерами-стронтелямн и геологами. Наивыгодвейщими местами являются узкие и глубокие ущелья, сокращающие расходы на устройство плотины. Если выше ущелья находится расширенная часть тальвега, пригодная для создания водохранилища, то это является особенно благоприятным обстоятельством, так как позволяет одновременно с получением напора на станции иметь также и запас воды для выравнивания естественного стока реки. Указанные природные условия имеются в горных частях СССР, преимущественно па е. Благоприятными геологическ. условиями необходимо считать не слишком глубокое залегание надежного скалистого основания под наносным слоем речного ложа, а также водонепроницаемость пород при проектном напоре. При наличии сплошных пород с временным сопротивлением свыше 1 000 килограмм/см² не следует останавливаться при изысканиях даже перед алмазным бурением (смотрите). Важно также наличие площадки, хотя бы на одном берегу, близ предполагаемого гребня плотины; такая площадка необходима для удобства работ и для рационального пропуска паводков в обход тела плотины при ее экс-плоатации. Расширенный участок реки на месте станции весьма важен для обеспечения минимальной амплитуды колебания горизонта воды нижнего бьефа.

Выбрав место для Г. с., приступают к определению возможной .мощности станции на основе гидрологического описания избранного потока, к выяснению предположительной потребности и условий производства работ (пути сообщения, карьеры камня, песка и гравия, условия размещения строительных работ). Если до приступа к упомянутому обследованию не велось регулярных измерений расхода реки, то близ намечаемых сооружений устраивают водомерный пост (смотрите Водомерные наблюдения), с измерением расходов но реже одного раза в неделю. Определение меженних и других расходов можно производить по данным соседних рек, пользуясь методом аналогии, что при наличии непосредственных измерений на исследуемой реке в течение 1—2 лет и при отсутствии резких климатических особенностей сравниваемых районов, дает иногда возможность весьма точно установить режим неизученной реки.

Топографии, исследования при рекогносцировках сводятся к приближенному построению продольного профиля тальвега и ряда поперечников, в целях ориентировочного определения объёма водохранилища, условий проектирования сооружений, установки и схемы рационального размещения последних. В случае установок небольшого напора рекогносцировочными изысканиями устанавливается наивыгоднейшее место устройства плотины и станции при ней, обеспечивающее необходимый напор при минимальных затоплениях и издержках на сооружения.

По окончании рекогносцировочных обследований н по составлении технических схем использования реки переходят к подробным обследованиям на местах. Эти обследования должны установить: 1) изменение расходов воды в реке в течение среднего гидрология, года, что необходимо для решения вопроса о регулировании расхода с помощью водохранилища и для определения максимального расхода воды, экономически выгодного для станции; 2) расходы исключительно засушливого года, позволяющие определить мощность вспомогательной тепловой станции; 3) абсолютный максимум расхода, необходимый для расчета отверстий плотин, пропускающих паводки; 4) амплитуду колебаний горизонтов воды у плотины и станции, характер льдообразования и прохода льда; 5) объём водохранилища в функции от высоты плотины; 6) последовательность полноводных, средних и засушливых годов при многолетнем регулировании стока;

, 7) нужды ирригации, предъявляемые к используемой реке, и остаточн. расходы, свободные для утилизации; 8) количество и минералогический состав донных и взвешенных наносов, с особым выявлением кварцевых наносов крупностью от 0,15 миллиметров и выше (т. к. кварцевые наносы крупностью 0,20 миллиметров и более, при известном их количество, являются причиной быстрого износа турбин);

9) атмосферные осадки в бассейне реки, по данным метеорологнческ. станций (обильные данные об осадках за много лет нередко облегчают задачу отыскания среднего года);

10) план в горизонталях мест использования реки (в гористых местах горизонтали должен быть проведены через 3—5 м, в равнинных— через 0,5 м), причем в холмистых и равнинных местах применяется нивелир, в гористых—тахиметр; однако, при наличии длинного тоннеля от плотины к станции необходимо связать нивелиром горизонты воды у плотины и у станции, пользуясь при этом вдиких горных местах дорогами; 11) данные для определения эмпирич. коэффициентов гидрав-лич. формул; 12) геологическ. разрезы по оси плотины, зданию станции, трасе канала (тоннеля), склону, намеченному для трубопроводов, и по другим местам сооружения (бурение и шурфование обязательны); 13) рост потребления энергии но месяцам расчетного года (через 5—10 лет); 14) наличие строительных материалов в районе работ, условия их добычи и транспорта, лабораторные данные по испытанию материалов; 15) пути сообщения, их состояние и потребные затраты на их ремонт; потребность в новых дорогах н затраты на них; 1G) условия постройки временного поселка с хозяйственными помещениями, мастерскими и прочие.

На основе указанных данных возможно приступить к составлению проекта установки, характер которого иногда выясняется лишь путем сравнения конкурирующих между собой вариантов использования реки. Основной вопрос, возникающий при этом,—величина используемого расхода воды. Для решения этого вопроса пользуются кривой продолжительности расходов, на которой по оси абсцисс наносится число дней в году, а но оси ординат—обеспеченный расход воды q в м³/ск. Пример такой кривой дан на фигуре 17, показывающей расход воды на р. Сулак на Миатлинской Г. с. Площадь, ограниченная любой горизонтальной прямой ЛВ, отвечающей расходу q,·, осями координат и кривой продолжительности, изображает объём воды Q, протекающей через турбины в год, при использовании в них максимального

_7/а

600

500

200

700

О

Фпг. 17.

расхода. При этом задачу молено ставить двояким образом: 1) найти наивыгоднейший утилизируемый расход, отвечающий минимальной стоимости энергии; 2) найти максимальный расход, обеспечивающий стоимость энергии не свыше заданной. В зависимости от технич. схемы утилизации, то есть от состава сооружений Г. с. и их стоимости, искомая величина q_t может оказаться расходом трехмесячным, четырехмесячным, шестимесячным или каким-нибудь другим. Основное задание исходит, конечно, от потребителя, к-рому может оказаться ненужной даже шестимесячная мощность установки. Быстрота отыскания решения—вопрос опытности проектирующего. Лучший путь—установление реальных расценок на работы и ориентировочное определение стоимостей S_lt S₃, S₃,. установки при расходах г/, с/₂, q₃.··· и выработках энергии А_1г A_s, А₃,. в kWh; взяв

9—10% от величины S(смотрите ниже) и разделив на А, получим стоимость годовой выработки

1 kWh при данном расходе q, то есть

Величина А определяется из величины Q (объём воды, прошедшей через турбины, н jh^s) н напора нетто II (в м) по ф-ле;

А=0,00273 Q · Я · % · %, где —кпд турбины по данным завода, — кпд генератора по тем лее данным. При переменной величине В. приходится строить кривую изменения мощности станции в течение года, Ν_№=13,33//! q 11. Площадь, ограниченная кривой мощности и координатами, дает в известном масштабе величину

выработки энергии A n kWh. Имея разные значения величины -, находим путем подбора требуемое решение, устанавливающее величину используемого расхода. Для начальной ориентировки полезно искать указания в данных существующих Г. с. Однако, в случае регул рования при помощи водохранилища, мощность на валу турбин при использовании водохранилища будет значительно меньше расчетной мощности, а следовательно, и подавно меньше мощности на валу турбин при наполненном водохранилище. Мощность станции в этом случае надо определять по покрываемому Г. с. максимуму расчетного годового графика потребления. Установленную мощность станции на неза-регулироваином потоке, использованном в значительной мере, принимают по утилизируемому расходу, так как резервных аггре-гатов, при наличии вспомогательной тепловой станции, в настоящее время не ставят; к тому лее в течение значнтельи. части года один из основных аггрегатов установки фактически является резервным. Резервный аг-грегат устанавливается при отсутствии тепловых станций, а также при использовании расходов 9-месячпых и даже 6-месячных.

Принимая для ориентировочных соображений о мощности станции »ц=0,80 и ?/₂==0,93, получим:

iVp=10,7<jr · Н; i _kw=7,307 · IJ:

.-1_kwh=0,00273 · 0,80 · 0,93 · Q Η=0,002 Q1L

Эти три ф-лы дают представление о работе станции за длительный период, а не только за первый год службы машин, когда кпд их может быть значительно выше.

Т. к. суточный график потребления обычно представляет собою ломаную линию, то при отсутствии регулирующих водохранилищ, необходимо иметь поток, обеспечивающий суточный максимум нагрузки; при этом в часы ослабленной нагрузки часть воды будет бесполезно протекать в реке, не попадая в турбины. При невозможности обеспечит!, годичное или сезонное регулирование расхода необходимо стремиться достигнут!, хотя бы суточного регулирования для более полного использования потока, естественным стоком обеспечивающего среднесуточную мощность, что уже гарантирует бесперебойную работу станции.

Установление величины используемого расхода дает возможность приступить к определению всей технич. схемы утилизации и основных данных для проектирования сооружений, из которых на первом месте стоят захватные сооружения, то есть плотины, шлюзы, решетки и отстойник. Вопрос об отстойнике приобретает особую остроту при песчаных наносах, в особенности кварцевых. Швейц. инженер Р. Кёхлии предложил простой, экономичный и весьма действительный способ отстаивания быстро выпадающих наносов, обеспечивающий хороший промыв отстойника (фигура 18); при этом способе вода в отстойнике движется снизу вверх со скоростью меньшей скорости осаждения вредных наносов (то есть с диам. зерен з= 0,2 миллиметров для кварцевых наносов и 3=0,5 миллиметров для других). Па своем пути вода встречает сетку-успокоитель. способствующую быстрому осветлению воды. Промыв совершается донными спусками, идущими в нижний бьеф и работающими под напором. Пода поднимается вверх обычно

со скоростью 5—10 см/а с (на практике). Для установления размеров отстойника надо знать гидравлическую крупность зерен, то есть скорость выпадения наносов в стоячей воде. Эти скорости, определенные опытным путем Газеном, Уили и др., приведены в таблице. Эти данные соответствуют температуре воды в 10°; с повышением температуры скорость выпадения увеличивает-

ся в п раз по ф-ле: п— ———. Скорость выпадения частиц, диаметр которых Л > 1 миллиметров, составляет, по исследованиям проф. Мар-цоло, от 100 Уd до 120 )/<7 миллиметров ск.

Скорость выпадения наносов.

Диам. d частицы в миллиметров	Скорость выпадения в лш/ск	Диам. d частицы в миллиметров	Скорость выпадения в лим/ск
1,0	100,0	0,030	1,3
0,8	83.0	0,020	0.62
0,6	63,0	0.015	0,35
0,5	53,0	0,010	0,154
0.4	42,0	0.008	0.098
0.3	32,0	0,006	0.055
0,2	21,0	0.005	0.0385
0,15	15,0	0.004	0,0247
0,10	8,0	0,003	0.0138
0.08	6.0	0.002	0.00С2
0.06	3,3	0.0015	0.0035
0,05	2,9	0.001	0.00154
0.04	2,1	0,0001	0.0000154

Для расчета отстойников важно знать степень осветления воды при задан, размерах отстойника. Если t—время, потребное для выпадения на дно частицы в спокойной воде, а—время отстоя, то есть частное от деления объёма отстойника на количество воды, протекающей в 1 секунду через отстойник, то для выпадения 7« всех частиц вредной крупности необходимо иметь ^а=7; для выпадения ³/₄ частиц ^п должно быть=3 и для выпадения 72 частиц j должно быть=1. Таким образ., зная а и крупность наносов н определив по табл, их скорость выпадения на дно при данной глубине отстойника, можно найти степень осветления воды. Обычно при проектировании задаются скоростью движения воды в отстойнике по направлению к каналу в 0,20—0,30 м/ск. По опытам Фламана и Белстерли, при малых глубинах отстойника зерна наносов выпадают с большей скоростью, чем при больших, что надо объяснить вязкостью жидкости. Глубину отстойника желательно иметь в 2·—3 м, отступая в сторону увеличения лишь под давлением местных условий. Длина отстойника должна быть достаточной для выпадения наносов в текущей воде, в которой наносы падают не отвесно; эта длина I (в м) теоретически равна · Λ, где v—скорость движения воды в отстойнике в м/ск, и—скорость выпадения наносов в м/ск, a h—глубина отстойника в

.и; иначе говоря, I=· А, где q—расход во ды в отстойнике в м^%/ск, s—сечение отстойника, перпендикулярное движению воды, в.н².

При проектировании подводящих сооружений необходимо учитывать, что высоконапорные Г. с. требуют обычно скалистого грунта. Установки низкого напора, не свыше 12 —13.и. выгодны на мягких наносных грунтах, а до 15.ч—на глинистых грунтах; скалистое ос-

кование позволяет увеличить чем становится

Фигура 19.

напор, при выгодным подавать воду к турбинам короткими металлическими трубопроводами. Местные природные условия нередко дают возможность самых разнообразных решений вопроса о технической схеме установки, в частности о подводящих сооружениях. Нередки случаи устройства здания Г. с. в плотине или рядом с плотиной (фигура 19); иногда напор получается путем проведения канала (фигура 20) или устройства плотины в целях увеличения его. В.тех же целях, при благоприятных топографическ. и геологич. условиях, канал нередко переходит в безнапорный тоннель (фигура 21).

Высокая стоимость метал-лическ. (железных) трубопроводов при большой длине и большом напоре ложится тяжелым бременем на всю установку, вследствие ^чего при напорах в 15—45 метров весьма целесообразно применение железобетонных трубопроводов, а при меньших напорах—даже деревянных. В СССР первый железобетонный напорный трубопровод 02=1,80 метров при Нрасч.=31 .и) запроектирован и выстроен в 1927 году на Боровенской Г. с. по детальным указаниям автора. Максимальный расчетный напор современных железобетонных

Фигура 20.

трубопроводов—54.it (установка Сан-Тюль). Помимо дороговизны металлических трубопроводов побудительной причиной применения железобетона и дерева в трубопроводах являются современные длительные сроки изготовления металлических трубопроводов (обычно не менее года), задерживают, открытие установок. Что касается всасывающих труб, по которым выходит вода из турбин, то заводск. лаборатории Европы и Америки установили разные типы, сильно отличающиеся друг от друга, и поэтому проектирование всасывающих труб обусловлено требованиями заводов, выполняющих заказы на турбины и справедливо рассматривающих всасывающую трубу, как часть турбины; заводы задают и очертание всасывающей трубы, гарантирующее договорный коэффициент полезного действия турбин.

Строительная стоимость Г. с. настолько зависит от особенностей установки, что нельзя вывести общих формул. Богатая литература по водным силам дает возможность нек-рых первоначальных подсчетов путем сравнения с существующими Г. с. Однако в этих случаях никогда нельзя забывать чисто местных условий, могущих внести значительные изменения вовсе расчеты,как то: наличие строительных материалов на месте или вблизи работ, способы и стоимость их доставки, геологические и топографии. условия места Г. с., продолжительность рабочего сезона, условия труда и его оплата и тому подобное. Во всяком случае можно считать установленным, что строительная стоимость единицы мощности уменьшается с увеличением последней; при равной мощности стоимость растет с уменьшением уклона реки; чем равномернее сток, тем меньше стоимость. Произведенные автором сравнения строительной стоимости и эксплуатои-ных расходов 9 различных американских Г. с., мощностью от 1000 до 100 000 IP, дали среднюю строительную стоимость установленной 1Р в 67 долларов (при колебаниях от 44 до 114 долларов), а стоимость 1 kWh энергии, при коэффициенте нагрузки /с== 1,50, в 0,32 цента (при колебаниях от 0,22 до 0,46 цента).

Себестоимость энергии Г. с. на шинах станции определяют следующие элементы:

1) % на затраченный капитал, 2) амортизация, 3) ремонт, 4) штаты и связанные с ними расходы, 5) отопление, освещение и проч., 6) обтирка и смазка, 7) страхование. Капитал, затраченный для государственных установок СССР, пока не погашается; проценты на капитал для тех же установок в СССР принимаются в размере 6 годовых; последний вид расходов является главным: он составляет ²/₃ всех расходов. Мировая практика (исключая СССР, где еще не накопилось достаточного опыта службы Г. с.) установила, что ежегодные расходы по всем перечисленным статьям, то есть себестоимость годовой выработки энергии установки, составляют примерно 97,% от затраченного капитала,

[ включая I³/.) % на погашение капитала (в 30 I лет, из 4% годовых, считая по сложным %).

Лит.: ’) «GO, 192S. р. 262—263; =) «Water Powers of Canada·!, Ottawa, 1927, Paper 60: Анисимов I!. И., Гидроэлектрические силовые установки,nun. I, Москва·—Ленинград. 1927; i> о it и н В. Τ. Новейшие быстроходные турбины и установки с ними, Москва, 1925; Кг и аваров II. I!., Гидроэлектрические силовые установки, Л., 1924; Веденеев В., Гидроэлектрические силовые установки, 2 издание, Л. 1926; К с ii л в Л., Гидравлические двигатели и гидросиловые установки, Харьков. 1928; G г и η е-wa 1 <1 t К. Elemente der Wirtschaftlichkeits-Bercch-nungvon Wasserkraftanlagen, Karlsruhe, 1926; Ilohl Г. und Glunk E. Berechnen und Entwerfen voh Turbinen und Wasserkraftaula-en u. die Anwendung d. Turibinen-Rechenschiebers, 4 Atiil., MUnchen, 1927; I. e i n e r. Krtragreichster Ausl.au v. Wasserkrafteii, iMunchen. 1920;«Wasserkraft-Jalirb4ch». Milnchen, 1924, 1923/1926. 1927/1928: Kydoux 1). Hydraulique industrieile et usines hydrauliques, P., 1921; I. <: v y-s a 1 v a d о r P. AmOnagement des cours deau en vue de la production de, I’Onergie ilectrique, 6 edition, Paris, 1922; Ко ее h 11 n R. ct M., Mecanisme de I eau et principes gendraux pour I’etablissement d usi-nes hydro-eiectriques. t. 1—3, Paris, 1924—26; Gi b-son A. It., Hydro-Electric Engineering, v. 1, 2, London, 1921—1922; Barrows II., Water Power Engineering, X. A, 1927: Taylor W. T. a. В r a y-m e r l). II., American Hydro-Electric Practice, N. A. 1917; T ay Io r W. T., Practical Water Power Engineering, I,., 1925; Creagcr W. a. others, Hydro-Electric Handbook, X. A., 1927; Flinn A., Weston It. and Bogert C., Waterworks Handbook. N. Y., 1927; В ο η о m i, La situazione della produ/.ionc Idro-elettrica in Italia al 1926. Milano, 1926; C a v a 1 1 i,

1 tilizzazioni idrauliche di inontagna con particolare riguardO al sistema alpina, Milano, 1922; M a r z о 1 о I¹’., L’tilizzazioni di forze idrauliche, Padova, 1926. См. также ВедЫй уголь. Н. Анисимов.