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

Изобретение относится к гидротехническому строительству и предназначено для использования 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 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. Этим 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 сечения резервуара должна быть больше так называемого критического сечения, определяемого по условиям устойчивости 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. N275856, 84 а9/06.

Существенным недостатком такого решения является большой объем подземных работ.

Известен уравнительный резервуар турбинного водовода деривационной гидроэлектростанции, включающий вертикальную цилиндрическую емкость, снабженную гидравлическим сопротивлением, см. а.с. N1666635, Е 02 В 9/06.

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

Известен уравнительный резервуар напорного водовода, 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 наклонную камеру (шахту), соединенную нижним концом с напорным водоводом, а верхним концом с атмосферой, см. "Гидроэлектрические станции" под редакцией Ф.Ф.Губина, М. Энергия, 1980 г.с. 314.

Общими признаками с заявленным решением у данного устройства являются соединенная с напорным водоводом камера и аэрационный канал, которым она сообщена с атмосферой, поэтому данное решение выбрано нами в качестве прототипа.

Недостатком прототипа являются значительные объемы и стоимости работ, связанных с выполнением камеры, как правило, подземной, которую по условиям компенсации гидравлических возмущений в деривационном тракте при изменениях нагрузки гидростанции приходится выполнять внушительных размеров и в ряде случаев снабжать ее дополнительными регулирующими объемами, что усложняет и удорожает конструкцию.

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

Согласно изобретению в уравнительном резервуаре напорного водовода гидроэлектростанции, включающем наклонную камеру, нижней частью соединенную с напорным водоводом, а верхней частью с атмосферой, камера расположена под углом меньшим 45^о и сообщена с атмосферой посредством воздуховода.

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

Кроме того, заявленное решение может быть охарактеризовано дополнительными факультативными признаками, сводящимися к тому, что наклонная 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 малые возмущения водных масс в деривационном тракте эффективно гасятся в наклонной камере, которая является рабочей зоной резервуара, за счет увеличенной площади ее горизонтального сечения, а при относительно больших возмущениях в работу вступает воздуховод, представляющий собой значительное сопротивление как для вытесняемого из водовода воздуха, так и для засасываемого в него воздуха. Совместная работа наклонной камеры и воздуховода создает улучшенные условия по восприятию всех возможных возмущений и обеспечивает их затухание.

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 верхней камеры, уменьшении объемов 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, свободный конец которой с помощью воздуховода 4 сообщен с атмосферой.

Устройство работает следующим образом.

При работе гидроэлектростанции горизонтальное сечение наклонной камеры 3, увеличенное за счет его наклона на угол менее 45^о, обеспечивает необходимую площадь поверхности воды для устойчивой работы станции. При сбросе нагрузки на агрегатах гидростанции уровень воды в наклонной камере 3 начинает подниматься и вытеснять воздух через воздуховод 4, который создает сопротивление выходу воздуха, что ведет к повышению давления воздуха в камере 3. В результате этого скорость и величина повышения уровня воды в камере 3 будет уменьшаться.

При обратной фазе колебаний воздуховод 4 препятствует засасыванию воздуха, в результате чего происходит понижение давления воздуха в камере 3 ниже атмосферного, что уменьшает скорость понижения воды и амплитуду колебаний, которые быстро затухают. При набросе нагрузки на гидростанции необходимый объем воды обеспечивается объемом наклонной камеры 3 уравнительного резервуара. По условиям производства проходческих работ при сооружении такой камеры в виде подземного туннеля, оптимальный угол его наклона находится в интервале 5-15^о, который также оптимален и с точки зрения устойчивости затухания колебаний масс воды в деривационном тракте в нормальных условиях работ ГЭС, т.е. при малых изменениях нагрузки на агрегат.

Использование заявленного технического решения обеспечивает следующие преимущества перед известными аналогами:
упрощение конструкции резервуара, уменьшение объема строительных работ;
повышение эффективности работы в условиях большого диапазона изменения отметок верхнего бьефа, а также в условиях пуска гидростанции 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, свободный конец которой с помощью воздуховода сообщен с атмосферой. Наклонная камера одновременно является соединительным элементом между воздуховодом и турбинным водоводом, а также рабочей зоной уравнительного резервуара при стационарных режимах работы гидроэлектростанции. При изменении давления в нижней части камеры уровень воды в ней изменяется, что обеспечивает гашение гидравлического удара в деривационном водоводе. 1 з. п. ф-лы. 1 ил.

1. УРАВНИТЕЛЬНЫЙ РЕЗЕРВУАР НАПОРНОГО ДЕРИВАЦИОННОГО ВОДОВОДА ГЭС, включающий наклонную камеру, нижней частью соединенную с напорным водоводом, а верхней частью с атмосферой, отличающийся тем, что камера расположена под углом к горизонту, меньшим 45^o, и сообщена с атмосферой посредством воздуховода. 2. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что камера выполнена в виде подземного туннеля и расположена к горизонту под углом 5 15^o.