По водным ступеням

Инж. А. БАУМГОЛЬЦ. Нач. энергомонтажного отдела Москва-Волгостроя.

Между Волгой и Москва-рекой лежит довольно большая возвышенность высотой почти в 40 м. Это так называемая Дмитровская гряда Валдайской возвышенности.

Преодолеть это природное препятствие можно, вообще говоря, двояко: или прорыть в этих местах очень глубокую выемку, или же разделить возвышенность на несколько ступеней и перекачивать воду с одной ступени на другую с помощью насосов. Оказалось, что выгоднее и удобнее делать канал ступенчатым. Поэтому северный склон канала разбит на пять восходящих водных ступеней. Каждая стоит выше другой, примерно, на восемь метров. Теперь, чтобы довести волжскую воду до Москвы, необходимо сначала постепенно поднять ее на высоту около 40 м, а затем с этой высшей точки — водораздельного бьефа — спустить в Москва-реку и водопроводный канал. Так волжская вода попадет в столицу.

*

Но как же поднять воду от Волги на эту восходящую лестницу? Для этого построены насосные станции, которые перекачивают воду с одной ступени на другую. Стало быть, таких станций должно быть пять — по одной у каждой ступени.

В XVII веке во Франции была построена насосная станции для фонтанов Версальского дворца. Водяные колеса приводили в движение 253 поршневых насоса. Вода поднималась вверх вдоль склона холма по большим трубам. Чтобы поднять воду на необходимую высоту, надо было установить 14 огромных водяных колес. Теперь все это громоздкое сооружение можно было бы заменишь небольшим электромоторчиком в 100 лош. сил.

В районе водораздельного бьефа, т. е. на высшей точке канала, образовались связанные между собой пять огромных водохранилищ — Пестовское, Пяловское, Клязьминское, Икшанское и Химкинское. Отсюда вода идет по склону к Москве уже самотеком.

Представьте себе светлое и красивое здание длиной до 50 м и шириной в 12 м. По высоте оно равно пятиэтажному дому. Это и есть насосная станция. Но ее видимая высота обманчива: насколько это здание возвышается над землей, примерно, настолько же оно уходит и под землю. Таким образом, общая высота насосной станции достигает десятиэтажного дома. Под землей находится исполинский бетонный массив, прорезанный галереями и трубами, подводящими воду. Эти трубы при входе имеют сложную четырехугольную форму, а затем переходят в круглую. Диаметр их отверстия равен 2,5 м.

Огромные водохранилища образуются плотинами на канале Москва — Волга. Посмотрите на этот снимок. Перед вами целое искусственное озеро. Это Клязьминское водохранилище.

*

Насосные станции расположены на каналах, которые соединяют в обход шлюзов нижний и верхний бьефы главного канала. Нижняя часть обводящего канала упирается в здание насосной станции.

Отсюда вода попадает в трубы и корпуса насосов, заложенные в подземной части насосной станции.

Затем с помощью вращающихся четырехлопастных пропеллеров вода поднимается на более высокую ступень.

Однако, этот подъем осуществляется постепенно. Насос гонит сначала воду в диффузор. Это огромная бетонная труба длиною в 25 м, постепенно расширяющаяся.

Труба эта плавно уменьшает скорость водяного потока, нагнетаемого насосом.

Из диффузоров вода полается в русло отводящего канала, который в свою очередь выходит в верхнюю ступень судоходного канала.

В конце каждого диффузора построено особое здание со специальными щитами, которые закрывают вход в диффузор. Такие щиты нужны для того, чтобы во время остановки работы насоса или в случае аварии преградить доступ воды в диффузор.

В самом деле, ведь насос перекачивает воду с нижней ступени на верхнюю. Если остановить насос и не закрыть входа в диффузоры, то из-за разницы в уровнях вода хлынет обратно с верхнего участка в нижний.

Щиты, закрывающие выходы из диффузоров, висят на мощных цепях Галля. Поднимаются эти щиты с помощью лебедок, которые расположены в самом верхнем этаже здания затворов.

Насосы, диффузоры и щиты, закрывающие выходы в верхний канал — все это расположено под землей.

В надземной части насосной станции видны лишь два здания: в одном располагаются моторы, которые вращают насосы, а в другом — лебедки для щитов диффузоров.

В светлом и высоком машинном зале установлены электрические моторы мощностью в 3 тыс. квт каждый.

20 таких моторов установлены на станциях канала. Их общая мощность полностью исчерпала бы энергию Волховской гидроэлектростанции (мощностью в 60 тыс. ктв).

Эти электромоторы вращают рабочие колеса так называемых пропеллерных насосов, которые при своем вращении гонят воду по трубам вверх.

Такие большие насосные станции строятся впервые в истории. Они оборудованы наиболее совершенными пропеллерными насосами типа «Каплан».

Каждый такой насос должен перекачивать на канале 25 м³ воды в секунду. Это около 2 тыс. ведер, — так велика производительность пропеллерных насосов.

Если бы мы оборудовали наши насосные станции каким-либо из насосов, изготовлявшихся у нас до сих пор, то для перекачивания нужного количества воды понадобилось бы поставить, примерно, 250 насосов. А пропеллерных насосов для этого нужно всего 20.

Иначе говоря, новый насос в 12,5 раза мощнее самых крупных насосов, которые когда-либо производились в нашей стране.

Канал Москва—Волга пересекает подходы к красной столице — шоссейные дороги, железнодорожные пути. Они проходят теперь по новым мостам, перекинутым через канал. Вот один из этих мостов — Савеловской ж. д.

*

Передовая техника, которой оснащены наши насосные станции, позволяет регулировать работу всей системы сложнейших машин простым нажатием одной кнопки. После нажатия кнопки на центральном посту управления все агрегаты насосной станции начинают последовательно включаться. Это включение производится автоматически, до полного пуска станции. Совершенно также, одним нажимом кнопки, можно быстро остановить работу станции.

Помимо этого, особое автоматическое устройство позволит остановить или пустить в ход любую станцию и любой насос из Центральной диспетчерской, расположенной около ст. Яхрома Савеловской железной дороги.

Такое автоматическое устройство является одним из самых передовых в Европе.

Это один из проектов насосной станции.
Слева показана нижняя ступень шлюзовой лестницы. Отсюда берется вода, которая подводится к пропеллерным насосам. На первом плане показан разрез насоса. Рабочее колесо насоса приводится в движение электромотором и гонит воду вверх по большим бетонным трубам. Так вода перекачивается на верхнюю ступень шлюзовой лестницы.

Перекачивание воды по ступеням канала на высоту водораздельного бьефа требует затраты огромного количества электроэнергии — около 300 млн. квт-ч в год. Это примерно столько, сколько потребляла 12 лет назад вся Москва с ее промышленностью и коммунальным хозяйством.

Если бы нам пришлось получить эту энергию путем сжигания угля, то мы тратили бы в год 240 тыс. т. Это составляет пятнадцать тысяч вагонов угля.

Примерно половину всей этой энергии может дать сам канал, т. е. те перепады воды, которые образуются при постройке плотин и водохранилищ. Здесь стоят гидроэлектростанции. Две из них — довольно мощные станции в 30 тыс. квт. Первая расположена в районе Химкинского порта. Она будет работать водой, падающей из Химкинского водохранилища по особому отводящему (деривационному) каналу. Вторая станция находится в районе ныне перенесенной деревни Иваньково. Она будет работать водой Волжского водохранилища.

Две станции построены на Москва-реке (у деревень Карамышево и Перерва). Их общая мощность равна 5,4 тыс. квт.

Кроме того, будут работать и маленькие гидростанции общей мощностью в 1360 квт — это Листвянская, Акуловская и Пироговская станции.

*

Для современных масштабов советского гидроэлектростроительства электростанции канала Москва Волга представляют собой станции среднего типа. По своему же устройству они являются дальнейшим развитием гидроэлектротехники.

Например, Иваньковская гидростанция отличается интересной особенностью: в ней отсутствует машинный зал как отдельная часть сооружения.

Иваньковская гидростанции отличается интересной особенностью: в ней отсутствует машинный зал как отдельная часть сооружения. На снимке она показана на первом плане, справа.

Это первая в Союзе электростанция открытого типа. На крыше станции раскрываются особые колпаки. Через образующиеся отверстия с помощью портального крана монтируются турбины и генераторы.

Принцип автоматического регулирования проводится на всех гидроэлектростанциях канала. Особенно замечательны в этом отношении малые электростанции. На непосвященного наблюдателя их работа будет производить впечатление какого-то волшебства: механизмы этих станций будут работать в зданиях, «запертых на ключ». Ни одного человека не потребуется для их постоянного обслуживания. Регулирование подачи энергии, защита агрегатов от повреждений, обеспечение нормального режима работы, — все это возлагается на специальные автоматические приборы. Даже контроль действия всех машин и аппаратов будет производиться автоматически.

Все малые гидроэлектростанции на канале Москва— Волга полностью автоматизированы. Ил обслуживание не требует специального персонала. Только автоматическая аппаратура на диспетчерском пункте сообщает дежурному о режиме работы. На снимке: плотина и автоматическая гидроэлектростанция им. Куйбышева на реке Истре.

На расстоянии нескольких километров от такой станции будет находиться диспетчер. О малейшей неполадке его извещают автоматические сигналы. Ему достаточно будет нажать кнопку, чтобы получить все необходимые сведения о том, как работает гидростанция.

Все гидростанции канала включены в систему Мосэнерго. Центральный диспетчер Мосэнерго будет регулировать подачу, потребление и отдачу энергии всего канала. Расходование энергии на работу насосных станций и на другие нужды будет регулироваться специальными суточными графиками. Такой график является законом энергетической жизни нашего канала на каждый день.

*

Несмотря на то, что канал расходует огромное количество энергии, эта энергия почти ничего не будет стоить государству.

Канал будет получать всю энергию из системы Мосэнерго. В эту же систему он будет отдавать энергию, получаемую на наших гидроэлектростанциях. При этом канал будет получать вдвое более энергии, чем отдавать. И тем не менее общая стоимость получаемой энергии почти не будет превышать стоимости отдаваемой.

Чем же объяснить этот кажущийся парадокс?

Дело в том, что потребители Мосэнерго (московская промышленность и коммунальное хозяйство) потребуют в разное время дня и ночи разные количества энергии. Утром и вечером, когда, кроме того, что работают заводы, горит еще и электрическое освещение, спрос на электроэнергию особенно велик. Это так называемые часы «пик».

Чтобы удовлетворить всех потребителей в часы «пик», приходится разжигать на московских электростанциях добавочные котлы и приводить в действие добавочные машины. Так как эти котлы и машины используются не в течение круглых суток, то энергия, получаемая с их помощью, обходится, примерно, в три раза дороже, чем энергия, вырабатываемая в остальное время суток.

Так вот, в эти часы «пик» наши гидроэлектростанции и будут отдавать системе Мосэнерго всю свою энергию. Пуск и остановку гидростанций на канале можно производить буквально в три-четыре минуты. Потерь при этом не будет почти никаких, так как здесь не нужно разжигать котлы, разогревать паропроводы и т. п.

Энергия, которую дают тепловые электростанции в часы «пик», обходится в 8 копеек за киловатт-час. А энергия, вырабатываемая в часы ослабления спроса на нее, стоит 2,5 копейки за киловатт-час.

Именно в эти часы наименьшего спроса на электроэнергию и будут работать насосные станции на канале. Следовательно, они будут потреблять самую дешевую энергию, а гидростанции будут отдавать самую дорогую.

Но естественно возникает вопрос: если гидростанции канала будут в часы «пик» отдавать всю энергию для нужд города Москвы, то как же будут работать в это время насосные станции?

Вот как это разрешили строители канала. В верхней точке водораздельного бьефа, на который перекачивается волжская вода, устроены водохранилища общей полезной емкостью в 135 млн. кбм. Этого запаса вполне достаточно для того, чтобы в течение ряда дней наполнять шлюзы по обе стороны водораздельного участка и питать водой Москва-реку и городской водопровод. Поэтому ежедневная остановка насосных станций на шесть часов никаких осложнений в водоснабжении канала и Москвы вызвать не может.

Пароходы, идущие по каналу Москва—Волга, будут переходить с одной водной ступени на другую. Это осуществляется с помощью шлюзов. Один из таких шлюзов — Перервинский — вы видите на этом снимке.

Таким образом, канал пользуется электроэнергией Мосэнерго в те часы, когда она обходится дешево. А отдает он свою электроэнергию городской системе именно в часы «пик», когда производство добавочной энергии на топливных электростанциях Мосэнерго обходится чрезвычайно дорого. Благодаря такой системе взаимообмена у Мосэнерго освобождается мощность в 120 тыс. квт. Это мощность двух Волховских гидростанций. Так чрезвычайно остроумно и просто разрешается энергетическая система канала Москва— Волга.