Производство

Грузоподъемное оборудование для объектов гидроэнергетики

В.Л. Глотов, заведующий отделом ПТО-2 , 

М.Е. Поляков,  заведующий сектором отдела ПТО-2, 

ЧАО «СПКТБ «Запорожгидросталь», г.Запорожье

Кран козловой г.п. 500/250/10 т,
Богучанская ГЭС

Со времени своего основания в 1944 году, СПКТБ «Запорожгидросталь» накопило большой опыт проектирования, реконструкции и авторского надзора над изготовлением и монтажом механического оборудования, которое эксплуатируется практически на всех объектах гидроэнергетики Украины и более чем на 730 объектах в 39 странах. К механическому оборудованию относятся затворы различных типов и назначений, напорные трубопроводы, сороудерживающее оборудование: решетки, запани и водоочистные вращающиеся сетки, средства их очистки: решеткоочистные машины, грейферы типа «Полип», плоскочелюстные грейферы, бульдборы, а также грузоподъемное оборудование для маневрирования этими затворами, решетками и навесным оборудованием. Это козловые и мостовые краны, гидроприводы, стационарные канатные, цепные, винтовые и др. механизмы.

Качество проектной документации СПКТБ подтверждено сертификатом TUV NORD 78 100 06 1076-003.

Оборудование, изготовленное по проектам СПКТБ, эксплуатируется во всех климатических зонах, начиная от Сибири, где козловой кран г.п. 500т работает при минус 60⁰С, и кончая влажными тропиками Африки и Южной Америки.

По сравнению с проектированием подъемно-транспортного оборудования общепромышленного назначения, проектирование специальных кранов гидротехнических сооружений имеет свою специфику, обусловленную особенностями обслуживаемого ими оборудования и действующих нагрузок. Так, к примеру, грузоподъемность кранов, обслуживающих затворы, определяется в основном сопротивлением перемещению затвора в пазах закладных частей, которое вызвано гидростатическими и гидродинамическими нагрузками на затвор. Кроме этого, учитывается вес самого затвора и др. факторы (сейсмика, давление наносов, мутность воды и пр.).

Таким образом, усилие подъема может в разы превышать вес перевозимого груза. Это относится к кранам водосбросов, водоприёмников, отсасывающих труб. Например, для подъема под напором затвора водосброса ГЭС Хоабинь во Вьетнаме –требуется усилие 500 т, тогда как вес перевозимых секций затвора не превышает 65т. Вместе с тем, грузоподъемность кранов машзала определяется массой перевозимых грузов (статора, ротора агрегата). Так, грузоподъемность двух кранов машзала ГЭС Эль Кахон в Мексике (рис.2), работающих в спаренном режиме, исходя из веса статора 720 т, составляет 800 т.

Рисунок 3- Кран мостовой г.п. 180+2×70 т

Запорожская АЭС, Украина

Для каждого гидросооружения грузоподъемное оборудование проектируется индивидуально и отличается значительным разнообразием конструктивных схем и параметров, наличием вспомогательных подъемных устройств, применяе­мого навесного оборудования.

Краны водосбросов и водоприемников многофункциональны, имеют несколько механизмов подъема (не менее двух), отличающихся грузоподъемностью, диапазоном высот, скоростями, расстоянием между точками подвеса. Например, кран, обслуживающий водоприемник и глубинный водосброс Шульбинской ГЭС в Казахстане, имеет шесть механизмов подъема                        2х350/2х175/2х80/2х16/5/2 т с диапазонами высот 53;78;84;78;26;12м соответственно.

По проектам СПКТБ изготовлены и эксплуатируются достаточно уникальные в своём роде козловые и мостовые краны для объектов энергетики: например, мостовой кран г.п. 180+2х70т Запорожской АЭС (рис.3); козловой кран грузоподъемностью 420 +420 + 16т машзала самой мощной в Европе Днестровской ГАЭС (рис.4); козловой кран грузоподъемностью 500/250+10т Богучанской ГЭС (РФ) (рис.5), работающий при температурах до – 60 ⁰С ; козловой кран г.п. 2×75/3,2 т, предназначенный для опускания затворов в пазы под углом ~75⁰ к горизонту (рис.6); козловой кран грузоподъемностью 2х125т ГЭС Яли, Вьетнам (рис.7); монтажный кран грузоподъемностью 63/3,2т с глубиной опускания подвески 518 м, предназначенный для монтажа стальных облицовок напорных турбинных водоводов Зарамагской ГЭС на Северном Кавказе, оборудованный системой видеонаблюдения и позиционирования. Помимо этого, кран сертифицирован на подъем людей из шахты водовода в экстремальных ситуациях.

Механическое оборудование гидротехнических сооружений выполняет целый ряд важных функций при эксплуатации гидроузлов. Оно обеспечивает необходимое регулирование уровней воды в водохранилище, регулирование расходов воды через водосбросы и перекрытие водопроводящих трактов в аварийных ситуациях, т.е. обеспечивает безопасность сооружения и окружающей среды. В мировой практике известно немало случаев, когда отказы в маневриро­ва­нии затворами приводили к разрушениям сооружений, человеческим жертвам и другим тяжелым последствиям.

Так, в 1976 г на плотине Дель Монте в Колумбии во время паводка не смогли поднять затворы глубинного водосброса, в результате чего погибли 80 человек, причинён значительный ущерб региону.

В октябре 1982 г на гидроузле Тоуз в Испании не смогли поднять затворы водосброса. В результате аварии 40 человек погибло, ущерб составил 355 млн. долларов. Ну, и последняя из серьезных аварий – это авария на Саяно-Шушенской ГЭС в РФ, последствия которой всем нам известны.

Даже этих примеров достаточно, чтобы понять одно: требования к надежности и безотказности грузоподъемного оборудования гидротехнических сооружений значительно выше чем к общепромышленному оборудованию. Поломка, к примеру, общепромышленного крана или даже металлургического крана может привести к аварии, остановке производства, даже к человеческим жертвам, в то же время поломка грузоподъемного оборудования ГЭС может стать причиной техногенной катастрофы регионального масштаба.

Таким образом, грузоподъемное оборудование гидросооружений, с одной стороны, работает в легком режиме работы, а с другой стороны, должно быть способно даже после длительного периода простоя надежно выполнять возложенные на него функции, в т.ч. в чрезвычайных ситуациях.

Это достигается:

- особым порядком регламентных работ по поддержанию оборудования в работоспособном состоянии, что предусмотрено соответствующими инструкциями по эксплуатации для каждой конкретной единицы оборудования;

- особенностями конструкции узлов подъемного оборудования гидротехнических кранов. Вот некоторые из этих особенностей:

Двигатели комплектуются в обязательном порядке антиконденсатным подогревом обмоток и температурными датчиками.

Муфты механизмов подъема не имеют упругих элементов из резины или полимеров вследствие подверженности этих материалов повышенному износу и старению. Как правило, для передачи крутящего момента, используются зубчатые (МЗ) либо роликовые муфты (ТСВ).

Для изготовления ответственных валов и осей используются поковки не ниже четвертой группы. К листовому металлу предъявляются дополнительные требования по контролю сплошности и по ударной вязкости.

Авария17.08.2009 на Саяно-Шушенской ГЭС (Россия)показала недостаточность мер безопасности на ГЭС, построенных в 50-70 годы прошлого столетия.

В частности, на многих станциях, а в Украине – практически на всех станциях кроме ДнепроГЭС-1 и Киевской ГАЭС, аварийно – ремонтные затворы водоприемников не имеют индивидуальных приводов и обслуживаются кранами.

Вместе с тем, перекрытие водовода лимитируется разгонным временем гидроагрегата, которое находится в пределах 2 – 6 минут. При этом, по требованию Заказчика и это время может быть уменьшено. Так, для ГЭС Эль Кахон в Мексике потребовалось разработать проект гидропривода г.п. 200 т (рис.8), который перекрывает затвором турбинный водовод высотой 7,95 м под напором свыше 70 м за 30 секунд.

Рисунок 8- Гидропривод водоприемника, ГЭС Эль Кахон, Мексика

Понятно, что на многоагрегатных ГЭС краном практически невозможно осуществить перекрытие водовода за лимитированное время.

Приказом МинТопЭнерго Украины №584 от 04.11.2009 г была создана межведомственная комиссия (в состав которой входило и СПКТБ «Запорожгидросталь»), с целью определения безопасности ГЭС Украины и разработки мероприятий по повышению этого уровня.

По результатам работы комиссии принято решение о внедрении автоматизированных систем контроля состояния ГЭС. На водоприемниках ГЭС предполагается установка быстродействующих аварийных затворов с индивидуальными приводами, запитанными от резервного источника. Это существенно повысит надежность защиты агрегатов ГЭС.

СПКТБ уже разработало требуемые проекты для Днестровской ГАЭС и выполняет предварительные проработки для Днепровской ГЭС-2.

В то же время, при разработке новых проектов для зарубежных объектов, СПКТБ «Запорожгидросталь» вот уже более 25 лет в соответствии с Техническими спецификациями предусматривает оснащение аварийно – ремонтных и других затворов индивидуальными приводами: стационарными механизмами (рис.9) или гидроприводами.

Затворы удерживаются механизмами в дежурном положении над входным отверстием водовода. Учитывая, что затвор находится в этом положении постоянно, требуется контроль просадки затвора с обеспечением автоматического возврата его в рабочее положение.

При необходимости аварийного опускания затвора канатным механизмом в условиях отключенного электропитания возникает необходимость контроля его скорости опускания с целью воспрепятствовать переходу затвора в свободное падение, так как, во-первых, при превышении скорости в 2-2,5 раза относительно номинальной может произойти разрушение ротора двигателя механизма подъема и во-вторых, может произойти повреждение затвора при его посадке на порог. Решаться эта задача может несколькими способами.

Классическим способом контроля опускания при обесточенном двигателе является установка центробежного тормоза в кинематической схеме механизма, который срабатывает при достижении критической скорости опускания и т.о. препятствует дальнейшему росту скорости опускания затвора. К недостаткам данного способа можно отнести сложность настройки центробежного тормоза.

Второй способ требует наличия источника бесперебойного питания – аккумуляторной батареи и т.п. При этом в механизме предусматривают два тормоза на магнитах постоянного тока – основной и аварийный. Аварийный тормоз задействуется при опускании затвора с обесточенным двигателем. Данный тормоз настроен на момент торможения меньший, чем требуется для удержания затвора и используется для постоянного его притормаживания. Кинематически соединенное с двигателем реле контроля скорости включает основной тормоз при достижении затвором критической скорости. Таким образом, основной тормоз при аварийном спуске работает в пульсирующем режиме, а аварийный тормоз - в постоянном. При этом, при приближении ножа затвора на расстояние ~100мм до порога, по сигналу командоаппарата, проводится обязательная полная кратковременная остановка затвора с целью уменьшения последующего ударного воздействия на порог.

Стационарные механизмы быстродействующих затворов водоприемников дополнительно комплектуются ручными приводами.

Для абсолютного большинства строящихся зарубежных ГЭС Техническими спецификациями предусматривается оснащение основных и аварийно – ремонтных затворов гидроприводами. Преимуществом такого решения является возможность дожима затвора при посадке его в поток, что в случае с канатным механизмом невозможно.

СПКТБ «Запорожгидросталь» разработало проекты различных гидроприводов для десятков объектов. На ГЭС Хоабинь во Вьетнаме работают гидроприводы грузоподъемностью 800 т и ходом штока 14,8 м; на Шульбинской ГЭС в Казахстане предусмотрены гидропривода грузоподъемностью 700 т и ходом штока 12,8 м и множество других (рис.10).

Применение гидроприводов позволяет включать их в автоматическую систему управления гидроагрегатами, созданную на базе программируемых логических контроллеров. Кроме этого, управление гидроприводом может осуществляться с местного пульта управления или дистанционно с центрального поста управления.

Каневский судоходный шлюз. Канатный механизм.

СПКТБ «Запорожгидросталь» успешно удерживает за собой нишу в части проектирования механического оборудования на мировом рынке гидроэнергетики. Подтверждением этого является тот факт, что в настоящее время СПКТБ разрабатывает проекты механического оборудования для ГЭС Сендже в Экваториальной Гвинее, гидроузла Тоачи-Пилатон в Эквадоре, ГЭС Мтквари в Грузии, ГЭС Да Ньим во Вьетнаме, и самой крупной в Африке ГЭС ГЕРДП в Эфиопии с высотой плотины 170 м и мощностью 6000 МВт, что на 30% больше суммарной мощности всех ГЭС Днепровского каскада. Ведутся предконтрактные работы по ГЭС Ла Фронтера (Чили), ГЭС Мограт (Судан) и ГЭС Торнелито (Гондурас).