ВОДОПРИЕМНИК Российский патент 1996 года по МПК E02B9/04 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к водоприемникам гидроэлектрических станций, а также может использоваться в водоприемниках-водовыпусках ГАЭС и водовыпусках насосных станций.

Известен водоприемник, включающий водоприемную камеру, паз сороудерживающей решетки и ремонтного затвора, паз для быстродействующего затвора, забральную стенку и водовод (1).

Недостатком такой конструкции является большая материалоемкость, обусловленная применением металлических затворов и козлового крана большей грузоподъемности, а также значительные потери напора в ней из-за наличия пазов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является водоприемник, имеющий водоприемную камеру, паз сороудерживающей решетки и ремонтного затвора, быстродействующий затвор, забральную стенку, байпаз, аэрационную трубу, подъемный механизм и водовод (2).

Недостатком такой конструкции является его значительная материалоемкость, обусловленная большим расходом металла для рамы, и значительные трудозатраты по ее изготовлению, а также существенная грузоподъемность подъемного механизма и большой его вес. Кроме этого, при полном опускании рамы для закрытия водоприемного отверстия имеет место удар рамы о фундаментную плиту водоприемника. Такое динамическое воздействие приводит к ухудшению условий эксплуатации бетонных сооружений водоприемника.

Цель изобретения снижение материалоемкости водоприемника и уменьшение трудозатрат за счет выполнения быстродействующего затвора из более дешевого материала эластичной оболочки, а также за счет снижения грузоподъемности подъемного крана и, следовательно, его веса и снижение потерь напора в водоприемнике, а также снижение динамического воздействия потока при закрытии быстродействующего затвора, а следовательно, повышение надежности и долговечности бетонных сооружений водоприемника.

Указанная цель достигается тем, что в водоприемник, включающий водоприемную камеру, паз сороудерживающей решетки и ремонтного затвора, быстродействующий затвор, забральную стенку, напорный водовод, аэрационную трубу, байпаз и подъемный механизм для обслуживания затворов и решетки, затвор выполнен в виде гибкой эластичной оболочки, снабжен лебедкой, дополнительной обводной трубой, фиксатором положения оболочки и гибкими водоводом и воздуховодами, причем большая часть гибкой оболочки заполнена водой и частично воздухом и снабжена в своей нижней части балластом, а в верхней регулирующим устройством, соединенным посредством троса с лебедкой, а также при помощи воздуховода с компрессором и гибкого водовода с поплавком, кроме того, компрессор и лебедка установлены на верхней площадке водоприемника, дополнительная обводная труба размещена в бетонном массиве ниже кромки напорного водовода, а фиксатор положения оболочки во входном сечении напорного водовода.

Для уменьшения потерь напора фиксатор положения оболочки выполнен в виде крупноячеистой решетки, нижняя грань которой соединена тягой с балластом, а верхняя снабжена шарниром, соединенным с верхней кромкой напорного водовода.

Регулирующее устройство выполнено в виде полого цилиндра, внутри которого размещен подвижный золотник, соединяющий и разъединяющий патрубки водовода и воздуховода с внутренней полостью гибкой оболочки.

Поплавок размещен в водоприемной камере, выполнен из материала с малым удельным весом (например, из пенопласта) и имеет отверстие, нижняя грань которого сообщена с водным пространством водоприемной камеры, а верхняя с гибким водоводом.

Положительный эффект от использования такой конструкции обеспечивается тем, что быстродействующий затвор выполняется из дешевого материала и, следовательно, снижает расход металла и трудозатраты на его изготовление. Кроме этого, вес такого затвора будет значительно меньше, что позволит применить менее грузоподъемный механизм для его обслуживания, а следовательно, вес этого механизма также уменьшится. Дополнительно к сказанному, применение подвижного фиксатора в виде крупноячеистой решетки, который устанавливается только при закрытии быстродействующего затвора, позволит сократить потери напора в водоприемнике. Использование затвора в виде гибкой оболочки позволит исключить динамическое воздействие на бетонные сооружения водоприемника.

На фиг. 1 схематически изображен продольный разрез водоприемника; на фиг. 2 план-разрез водоприемника; на фиг. 3 продольный разрез с затвором-оболочкой в рабочем положении; на фиг. 4 фрагмент затвора оболочки с регулирующим устройством; на фиг. 5 схема регулирующего устройства (положение один и два); на фиг. 6 схема регулирующего устройства (положение три и четыре); на фиг. 7 схема поплавка.

Водоприемник включает водоприемную камеру 1, паз сороудерживающей решетки и ремонтного затвора 2, обслуживаемый козловым краном 3, быстродействующий затвор 4, забральную стенку 5, водовод 6, аэрационную трубу 7, обводные трубы верхнего 8 и нижнего 9 ярусов.

Быстродействующий затвор 4 выполнен в виде гибкой эластичной оболочки 10, причем большая часть гибкой оболочки наполнена водой 11 и частично воздухом 12. В верхней части эластичной оболочки 10 предусмотрено регулирующее устройство 13, состоящее из полого цилиндра 14, внутри которого размещен подвижный трехпоршневой золотник 15, соединяющий и разъединяющий патрубки водовода 16 и воздуховода 17 с внутренней полостью гибкой оболочки 10. Регулирующее устройство 13 может занимать четыре положения: первое, второе, третье, четвертое. Первое положение изображено на фиг. 5, где отверстие 28, соединяющее оболочку 10 с гибким водоводом 16, отверстие 19, соединяющее оболочку 19 с атмосферой, закрыты, а отверстие 21 и 22 открыты. Второе положение изображено на фиг. 5 пунктиром. Там золотник 15 сдвинут влево, отверстия 18 и 20 закрыты, отверстия 19 и 22 открыты и позволяют наполнить оболочку 10 воздухом. Третье положение изображено на фиг. 6, там золотник 15 сдвинут правее положения два, это позволяет открыть отверстия 20 и 21 и выпустить из оболочки 10 воду или воздух, оставляя закрытыми отверстия 19, 22 и 18. Четвертое положение изображено на фиг. 6 пунктиром, где все отверстия, кроме 18 и 21, закрыты и через них оболочка 10 наполняется водой. Золотник 15 приводится в действие тягой 23. В начальное положение золотник возвращается пружиной 24.

Нижняя часть гибкой оболочки 10 выполнена в виде утолщения 25, выполняющего роль балласта, соединенного тягой 26 с фиксатором 27, представляющим собой крупноячеистую решетку, которая в свою очередь шарниром 28 прикреплена к верхней кромке напорного водовода 6. Для наполнения оболочки 10 воздухом предусмотрен компрессор 29, который размещен на верхней площадке водоприемника и соединен с регулирующим устройством 13 посредством воздуховода 17, для наполнения оболочки 10 водой предусмотрен поплавок 30, выполненный из материала с малым удельным весом (например, из пенопласта), имеющий отверстие, нижняя грань которого сообщается с водой в водоприемной камере 1, а верхняя с гибким водоводом 16. Для подъема и опускания оболочки 10 водоприемник снабжен тросом 31 и лебедкой 32.

Устройство работает следующим образом. При работе ГЭС в турбинном режиме вода из верхнего бьефа поступает в водоприемную камеру 1 и далее через напорный водовод 6 к турбинам. Регулирующее устройство 13 затвора-оболочки 10 находится в положении один.

В случае необходимости быстрого перекрытия входного отверстия напорного водовода 6 трехпоршневой золотник перемещается вправо, занимая положение два, и из оболочки 10 воздух выпускается в атмосферу. После того как из отверстия 20 начнет вытекать вода, золотник 15 возвращается в положение один. Вместе с опускающейся затвором-оболочкой 10 опускается и фиксатор 27, разворачиваясь вокруг шарнира 28. Через некоторое время фиксатор 27 займет нижнее рабочее положение, показанное на фиг. 3. При этом затвор-оболочка 10 опустится, частично перекрывая входное отверстие водовода 6. Далее за счет силы подсоса и перепада давления воды в водоприемной камере 1 и водоводе 6 затвор-оболочку 10 быстро прижмет к входному отверстию водовода 6 и полностью его перекроет. Движение воды прекратится. При этом динамическое воздействие воспримет гибкая затвор-оболочка 10 и предохранит от него бетонные сооружения водоприемника.

После этого из паза 2 козловым краном 3 убирается сороудерживающая решетка и устанавливается ремонтный затвор, водоприемная камера 1 осушается. Для этой цели предусмотрена обводная труба нижнего яруса 9, через которую вода удаляется самотеком. После того как уровень воды в водоприемной камере 1 достигнет верхней части оболочки 10, срабатывает регулирующее устройство 13, поршень передвигается вправо и занимает положение три, вода начинает вытекать из оболочки 10, тем самым открывая отверстие напорного водовода 6.

После полного опорожнения водоприемной камеры 1 и затвора-оболочки пустая оболочка 10 поднимается на площадку тросом 31 лебедки 32. Оболочка 10 хранится в сложенном виде.

После устранения неполадок на трубопроводе пуск ГЭС в эксплуатацию производится в следующей последовательности. Закрываются лопатки направляющего аппарата турбины ГЭС, водовод 6 и водоприемная камера 1 наполняются водой через обводную трубу верхнего яруса 8. После выравнивания уровней воды в верхнем бьефе ГЭС и водоприемной камере 1 козловым краном 3 убирают ремонтные затворы из паза 2 и устанавливают сороудерживающую решетку. Далее открывают направляющий аппарат и ГЭС начинает работать.

Чтобы привести оболочку 10 в рабочее положение, ее расправляют, накачивая компрессором 28 через гибкий воздуховод 17 сжатый воздух. Ее опускают в воду в водоприемную камеру 1, под действием балласта 18 она опускается на некоторую глубину, оставляя регулирующее устройство 13 на поверхности воды, и удерживается на ней тросом 31 лебедки 32. Затем трехпоршневой золотник 15 перемещается правее положения три, занимая положение четыре, и оболочка 10 начнет наполняться водой. После того как оболочка 10 наполнится нужным количеством воды, поршень золотника 15 перемещается в положение два, позволяющее наполнить оставшийся объем в оболочке 10 сжатым воздухом 12. Затем золотник 15 возвращается в исходное положение один.

Экономический эффект предлагаемой конструкции следующий. При уменьшении металла, расходуемого на изготовление одного затвора, в количестве 50 т и стоимости 1 тонны металла, равной 100 тыс. руб. получим экономию в размере 5 млн. руб. Для ГЭС, имеющей шесть водоводов, соответственно эффект возрастет до 30 млн. руб.

Кроме того, снизятся грузоподъемность и вес козлового крана, а также сократятся амортизационные отчисления за счет увеличения срока службы бетонных сооружений. Таким образом, общий эффект для ГЭС мощностью 500 МВт может достигнуть 40 млн. руб.

///1 Использование: гидротехническое строительство, в частности водоприемники гидротехнических станций, водоприемники-водовыпуски ГАЭС и водовыпуски насосных станций. Сущность изобретения: в водоприемнике, включающем водоприемную камеру 1, паз сороудерживающей решетки и ремонтного затвора 2, быстродействующий затвор 4, забральную стенку 5, напорный водовод 6, аэрационную трубу 7, байпаз 8 и подъемный механизм 3 для обслуживания затворов и решетки, затвор выполнен в виде гибкой эластичной оболочки 10, снабжен лебедкой 32, дополнительной обводной трубой 9, фиксатором положения оболочки 27 и гибким водоводом 16 и воздуховодами 17. Причем большая часть гибкой оболочки 10 заполнена водой и частично воздухом и снабжена в своей нижней части балластом 25, а в верхней - регулирующим устройством 13, соединенным посредством троса 31 с лебедкой 32, а также при помощи воздуховода 17 с компрессором 29 и гибкого водовода 16 с поплавком 30. Кроме того, компрессор 29 и лебедка 31 установлены на верхней площадке водоприемника, дополнительная обводная труба 9 размещена в бетонном массиве ниже кромки напорного водовода 6, а фиксатор 27 положения оболочки 10 - во входном сечении напорного водовода 6. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Водоприемник, включающий водоприемную камеру с пазом для сороудерживающей решетки и ремонтного затвора, быстродействующий затвор, забральную стенку, напорный водовод, аэрационную трубу, обводную трубу и подъемный механизм для обслуживания затворов и решетки, отличающийся тем, что быстродействующий затвор выполнен в виде гибкой оболочки, в нижней части которой размещен балласт, большая часть объема которой заполнена водой, а остальная часть воздухом, при этом быстродействующий затвор снабжен лебедкой, дополнительной обводной трубой, фиксатором положения оболочки и гибкими водоводом и воздуховодом, кроме того, сверху к оболочке прикреплено регулирующее ее заполнение водой и воздухом устройство, соединенное с тросом лебедки и с концом водовода, к другому концу которого прикреплен поплавок, а также при помощи воздуховода с компрессором, причем компрессор и лебедка установлены на верхней площадке водоприемника, дополнительная обводная труба размещена в бетонном массиве ниже верхней кромки напорного водовода, а фиксатор положения оболочки во входном сечении напорного водовода. 2. Водоприемник по п.1, отличающийся тем, что фиксатор положения оболочки выполнен в виде крупноячеистой решетки, одна грань которой соединена тягой с балластом оболочки, а противоположная ей грань шарнирно присоединена к верхней кромке напорного водовода. 3. Водоприемник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что регулирующее заполнение оболочки водой и воздухом устройство выполнено в виде полого цилиндра, внутри которого размещен подвижный золотник, соединяющий и разъединяющий патрубки водовода и воздуховода с внутренней полостью оболочки. 4. Водоприемник по пп.1 3, отличающийся тем, что поплавок размещен в водоприемной камере, выполнен из плавучего материала и имеет вертикальный сквозной канал, нижнее отверстие которого сообщено с водным пространством водоприемной камеры, а верхнее с гибким водоводом.