УРАВНИТЕЛЬНЫЙ РЕЗЕРВУАР НАПОРНОГО ДЕРИВАЦИОННОГО ВОДОВОДА ГЭС Российский патент 1995 года по МПК E02B9/06 

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано в конструкциях уравнительных резервуаров деривационных трактов гидроэлектростанций.

Изменение нагрузки гидроэлектростанции вызывает колебания водных масс в напорной деривации. При сбросе нагрузки станции движение воды в напорном трубопроводе замедляется, то в напорной деривации это движение по инерции некоторое время будет продолжаться и вода будет заполнять уравнительный резервуар. При резком увеличении нагрузки станции процессы происходят в обратном порядке. Любые изменения нагрузки станции вызывают определенные колебания уровня воды в уравнительном резервуаре, конструкция которого должна обеспечивать их эффективное затухание. В противном случае работа гидроэлектростанции может оказаться неустойчивой, привести к самопроизвольному отключению ГЭС от энергосистемы и выбросу воды из уравнительного резервуара.

Таким образом, уравнительный резервуар предохраняет деривационный тракт гидроэлектростанции от гидравлических ударов, уменьшает максимальное давление в турбинных трубопроводах и улучшает регулирование турбин. Это обусловлено то, что одним из основных параметров уравнительного резервуара является площадь его горизонтального сечения, обеспечивающая максимально эффективное затухание колебаний и снижение негативных последствий гидравлического удара. Площадь горизонтального резервуара должна быть больше так называемого критического сечения, определяемого по условиям устойчивой работы ГЭС.

Для оценки технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд объектов техники аналогичного назначения.

Известен уравнительный резервуар для напорного туннеля гидроэлектростанции, который выполнен в виде подземной камеры, в которой на уровне свода отводящего туннеля установлена горизонтальная диафрагма, см. а.с. N 275856, 84, а 9/06.

Такое решение требует большого объема подземных строительных работ.

Известен уравнительный резервуар турбинного водовода деривационной гидроэлектростанции, включающий вертикальную цилиндическую емкость, снабженную гидравлическим сопротивлением, см. а.с. N 1666635, Е 02 В 9/06.

Такое решение отличается сложностью конструктивного выполнения резервуара и не обеспечивает его эффективной работы.

Известен уравнительный резервуар напорного водорода, включающий открытую емкость, в котором в качестве нижнего регулирующего объема используются верхние зоны прилегающих участков водоводов, которые имеют подъем потолка в сторону узла сопряжения, см. а.с. N 1028767, Е 02 В 9/06.

Такое решение существенно усложняет конструкцию напорных водоводов, а также может в некоторых случаях приводить к образованию замкнутых воздушных полостей, которые будут вызывать нежелательные дополнительные динамические нагрузки.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является уравнительный резервуар деривационного тракта гидроэлектростанции, включающий открытый водоем (камеру), соединенный наклонной камерой (шахтой) с напорным водоводом, см. "Гидроэлектрические станции" под редакцией Ф.Ф.Губина, М.Энергия, 1980 г. с. 314.

Общими признаками с заявленным решением у данного устройства является водоем, соединенный наклонной камерой с напорным водоводом, поэтому данное решение выбрано нами в качестве прототипа.

Недостатком прототипа являются значительные объемы и стоимости работ, связанные с выполнением вертикальной шахты, которую по условиям компенсации гидравлических явлений, возникающих на многих деривационных гидроэлектростанциях приходится не только выполнять весьма внушительного диаметра, и кроме того снабжать ее одним или несколькими дополнительными регулирующими объемами, что значительно усложняет и удорожает конструкцию, снижает эффективность работы.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы уравнительного резервуара.

Согласно изобретению в уравнительном резервуаре напорного деривационного водорода гидроэлектростанции, включающего открытый водоем, соединенный наклонной камерой с напорным водоводом, камера расположена под углом к горизонту, меньшим 45^о.

В этом заключается совокупность существенных признаков заявленного технического решения, на которую испрашивается объем правовой охраны.

Кроме того, заявленное решение может быть охарактеризовано рядом дополнительных факультативных признаков, раскрывающих конкретные формы его выполнения и сводящихся к тому, что камера выполнена в виде подземного туннеля и расположена к горизонту под углом 5-15^о.

Первичный технический результат, достигаемый при использовании существенных признаков заявленного решения заключается в том, что в наклонной камере, которая выполняет две функции, одновременно являясь соединительным элементом между открытым водоемом и напорным водоводом, а также и главным образом, являясь рабочей зоной уравнительного резервуара при относительно малых возмущениях в деривационном тракте за счет увеличенной площади ее горизонтального сечения создаются улучшенные условия по восприятию этих возмущений и обеспечению их затухания. Этот результат достижим только при реализации всех без исключения признаков заявленной нами совокупности, является свойством этой совокупности и обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряде новых полезных свойств, заключающихся в упрощении конструкции резервуара, отказе от дополнительных регулирующих объемов, уменьшении объемов подземных работ.

Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен разрез по деривационному тракту гидроэлектростанции в месте установки уравнительного резервуара.

К месту сопряжения напорного деривационного водовода 1 и турбинного водовода 2 подсоединена слабонаклонная камера 3 уравнительного резервуара, соединенная с открытым водоемом 4.

Устройство работает следующим образом. При работе гидроэлектростанции в стационарном режиме уровень воды в уравнительном резервуаре находится в пределах наклонной камеры 3, сечение и угол наклона которой создают необходимую для эффективной работы уравнительного резервуара площадь горизонтального сечения. При резком сбросе нагрузки гидроэлектростанции уровень воды в наклонной камере 3 уравнительного резервуара резко поднимается и вода заполняет открытый водоем 4, при этом повышение уровня резко замедляется, так как кинетическая энергия воды деривационного тракта переходит в потенциальную энергию воды в открытом водоеме 4.

При наборе нагрузки гидроэлектростанцией необходимый для сохранения достаточного пьезометрического уровня объем воды обеспечивается емкостью слабонаклонной камеры 3 уравнительного резервуара.

Эффект увеличения площади горизонтального сечения в слабонаклонной камере 3 практически может быть реализован при углах ее наклона к горизонту менее 45^о. По условиям производства проходческих работ при сооружении слабонаклонной камеры в виде подземного туннеля оптимальный угол ее наклона находится в интервале 5-15^о. Этот интервал является оптимальным также с точки зрения устойчивости колебаний масс воды в деривационном тракте в нормальных условиях работы ГЭС, т.е. при малых изменениях нагрузки на агрегат.

Использование заявленного технического решения обеспечивает следующие преимущества перед известными аналогами:
упрощение конструкции резервуара, уменьшение объема подземных строительных работ;
повышение эффективности работы в условиях большого диапазона изменения отметок верхнего бьефа, а также при пуске гидроэлектростанции при пониженных напорах.

Использование: в гидротехнике для гашения гидравлического удара в деривациях ГЭС. Сущность изобретения: к месту сопряжения напорного деривационного водовода и турбинного водовода подсоединена наклонная камера уравнительного резервуара, которая верхней частью соединена с его открытым водоемом. Угол наклона камеры по отношению к горизонту менее 45°. Наклонная камера одновременно является соединительным элементом между открытым водоемом уравнительного резервуара и напорным водоводом, а также рабочей зоной уравнительного резервуара при работе гидроэлектростанции в стационарных режимах. При изменении давления в нижней части камеры уровень воды в ней или в водоеме изменяется, что обеспечивает гашение гидравлического удара в деривационном водоводе. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. УРАВНИТЕЛЬНЫЙ РЕЗЕРВУАР НАПОРНОГО ДЕРИВАЦИОННОГО ВОДОВОДА ГЭС, включающий открытый водоем, соединенный наклонной камерой с напорным водоводом, отличающийся тем, что камера расположена под углом к горизонту, меньшим 45^o. 2. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что камера выполнена в виде подземного туннеля и расположена к горизонту под углом 5 15^o.