Значительное количество узлов и агрегатов ГЭС в ходе эксплуатации подвергается интенсивному износу. Для восстановительных работ обычно применяются такие традиционные материалы, как сталь, алюминий и железобетон. Однако в последнее время для выполнения подобных задач все чаще используются альтернативные решения. И композитные материалы – одно из самых перспективных.
– Композитные материалы из-за их физико-химических свойств широко применяются ведущими мировыми компаниями гидроэнергетического сектора для строительства, ремонта и реконструкции объектов, – рассказывает главный эксперт Департамента инноваций РусГидро Игорь Николаев. – До недавнего времени главным ограничением была их высокая стоимость. Однако с развитием производства и технологий цена снизилась в разы, что позволяет говорить об экономической эффективности.
Так, одними из объектов, где востребованы углеродные материалы, являются металлические водоводы, по которым вода на станциях подается к турбинам. В процессе эксплуатации они постепенно исчерпывают свой ресурс. Эффективное решение – с точки зрения и сроков реализации проекта, и требуемых инвестиций – восстановление водоводов с помощью композитов. Тем более теперь в России есть собственная технология выполнения таких работ.
Инновационный метод внешнего армирования водовода композитной муфтой с применением углеродных лент разработан специалистами ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. Технология отрабатывалась на Эзминской ГЭС без вывода объекта из эксплуатации. В результате внешнего армирования металлического водовода композитной системой FibArm продлен срок службы объекта и улучшены его эксплуатационные характеристики.
Как это работает
1. Предварительно очищенная поверхность водовода в несколько слоев покрывается специальным полотном из углеволокна, пропитанного эпоксидным составом.
2. Образуется твердая и прочная композитная муфта, которая повышает прочность, несущую способность и сейсмостойкость водовода.
3. Технология позволяет избежать увеличения объема и массы объекта, что происходит, например, при его усилении железобетонной оболочкой.
4. Сам водовод получает дополнительную защиту от внешних воздействий, в первую очередь коррозии.
– Проведенные исследования показали, что усиление конструкций внешним армированием повышает прочность, снижает величину прогибов и трещин в 1,5–2 раза, причем этот эффект сохраняется при воздействии воды или холода, – отмечает Игорь Николаев. – А значит, технология весьма перспективна при реконструкции ГТС.
Такое армирование конструкций сокращает сроки ремонта и уменьшает трудозатраты почти вдвое по сравнению с традиционными способами. И, что важно, в ряде случаев работы можно проводить вообще без остановки производственного процесса.
Одним из ведущих производителей углепластика в России является компания UMATEX – композитный дивизион Госкорпорации «Росатом». Ее продукция использовалась при реализации пилотных проектов РусГидро.
Усиление конструкций водоводов – далеко не единственная сфера применения композитов в гидроэнергетике. В частности, в филиале «НИИЭС» рассматривается применение композитной арматуры при строительстве и ремонте ГТС. Арматурные стержни из углеродных материалов имеют высокую химическую стойкость, они в 2,5–3 раза прочнее и в 4 раза легче стальных. Более того, использование композитной арматуры, которая является диэлектриком, позволяет избежать проблемы наводящих токов, присущей стальной арматуре при работающих турбинах, генераторах и трансформаторах ГЭС.
Отметим, что композитные материалы стали одной из тем корпоративного кейс-чемпионата «РАЦЭНЕРДЖИ‑2020». Поступившие инженерные решения взяты в проработку с целью последующей реализации на объектах РусГидро.