Методи зміцнення спіральних камер
Напружений стан спіральних камер в гідротурбінах у значній мірі залежить від жорсткості статора і умов сполучення з бетоном. Залізобетон будівлі при безпосередньому контакті із спіральною камерою може сприймати значну частину навантаження і розвантажувати оболонку.
З метою усунення можливості утворення наскрізних тріщин у бетоні будівлі ГЕС запропонована конструкція, модель якої показана на рис. 3.6, а. У ній залізобетонний пояс, що оточує спіральну камеру, відокремлений від іншого масиву м'якою прокладкою, що локалізує тріщини. При застосуванні високоміцної арматури, оболонку камери в цьому поясі можна виконати у два рази меншої товщини, або із вуглецевої сталі замість легованої, економлячи дефіцитний метал.
Рис. 3.6. Методи зміцнення спіральних камер:
а – модель блока камери з пружною прокладкою в бетоні; б – двохпідвідна спіральна камера;
1 – кільцева арматура; 2 – войлочна прокладка
Метод часткового підкріплення камери в місці сполучення із верхнім поясом статора полягає у тому, що у зоні примикання ланок камери на ширині (0,12÷15)·D1 видаляють прокладку і встановлюють ребра 5, що створюють додаткову жорсткість у з'єднанні. Як показали натурні випробування, піки напруги при цьому зменшуються удвічі, і зміщуються до зовнішньої межі підкріпленого пояса. При використанні міцних сталей ця конструкція дозволила обмежити товщину ланок (зробити її рівною 35 мм).
Двохпідвідна спіральна камера, показана на рис. 3.6, б, також дає можливість зменшити товщину ланок оболонки або застосувати менш міцну сталь. Ця камера складається із двох напівспіралей, у яких діаметр вхідних перерізів, як показали дослідження, можна при збереженні однакових гідравлічних втрат ΔН прийняти рівними 0,77 від діаметру, прийнятого в аналогічних умовах для звичайної спіральної камери. Це дозволить в 1,3 рази зменшити товщину ланок і, коли це потрібно, в 1,3 рази збільшити напір. Проте маса оболонок в двохпідводній камері у 1,4 разу більша, ніж в звичайній, оскільки при меншій товщині ланок їх сумарна поверхня більша у 2,2 рази. Враховуючи усе це, застосовувати таку камеру доцільно там, де підведення води до турбіни викоеується двома трубами, оскільки перед нею доведеться встановлювати трійник, що ще більше збільшує масу і вартість водопідвідних пристроїв.
Застосовується метод зміцнення, при якому зібрану при монтажі спіральну камеру піддають навантаженню внутрішнім тиском, наприклад, рівним половині максимального, і в такому стані бетонують. Після зняття тиску і твердіння бетону, між ним і оболонкою залишається зазор, в межах якого при подальших навантаженнях камери, деформується спочатку тільки оболонка. Після того, як деформація оболонки перевершить значення зазора, оболонка сприйматиме навантаження і працюватиме спільно із бетоном. Перерозподіл навантажень між оболонкою і залізобетоном у цьому випадку залежить від значення зазора, а отже, від початкового тиску.
Існує метод зміцнення, при якому ланки камери приварюють не до козирків, а безпосередньо до поясів статора так, щоб момент у закладках був малий, і напруга напруга була близькою до напруги у безмоментному торі.