СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО ОТБОРА ВОДЫ Российский патент 1997 года по МПК F03B13/08 E02B9/04 

Изобретение относится к гидростроительству и может быть применено для выравнивания поверхностных температурных режимов нижнего и верхнего бьефов ГЭС.

В зависимости от конструкции плотин ГЭС существует несколько способов селективного отбора воды из верхнего бьефа плотины.

Один из самих распространенных способов это отбор донных слоев воды через донные отверстия в теле плотины или через водоводы турбин, горловина, которых располагается на определенной отметке относительно дна водохранилища, как например, в Красноярской ГЭС. При этих способах температурные режимы поверхностных слоев воды верхнего и нижнего бьефов плотины всегда будут различны. Описание способов приведено в (Справочник по гидравлическим расчетам под ред. П. Г. Киселева. Гл. 10 10 15 Энергия М. 1972).

Способ отбора воды из верхнего бьефа плотины с помощью аванкамер с водосливами различного конструктивного решения, в какой-то степени способствует выравниванию поверхностных режимов верхнего и нижнего бьефов, однако, в связи с тем, что порог водослива в этом случае устанавливается стационарно, изменение уровня воды в верхнем бьефе плотины автоматически изменяют расход воды через водослив, и тем самым изменяет температурный режим поверхностных слоев воды в нижнем бьефе.

Таким образом, и при этом способе желаемого выравнивания температурных режимов верхнего и нижнего бьефов ГЭС добиться не удается.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ отбора воды из верхнего бьефа плотины с помощью шахтного плавающего водоприемника (авт. св. N 1700136 Водоприемник для забора воды из поверхностных слоев водохранилища). Этот водоприемник наиболее полно, из всех существующих до этого технических решений, обеспечивает выравнивание температурных режимов верхнего и нижнего бьефов ГЭС, т. к. он обеспечивает постоянный, не зависимый от изменения уровня воды в верхнем бьефе плотины, расход воды через водослив не гарантирует полного выравнивания температурных режимов верхнего и нижнего бьефов ГЭС из-за того, что сама форма волны водослива способствует тому, что наряду с водой из слоев водохранилища расположенных выше уровня его порога поступает вода из слоев, расположенных ниже этого уровня, т. к. "донная вода". При водосливе через острую грань волна водослива (порог водослива) имеет форму и параметры (фиг. 1).

Из приведенной схемы видно, что перед порогом (гранью) водослива уровень воды понижается, изменяя тем самым гидростатическое давление в слоях воды перед водосливом. (Справочник по гидравлическим расчетам Гл. 6 6 2. Рис. 6 4). Разница давления в слоях до грани водослива (до 3-х Н) и у самой грани служит причиной возникновения силы, равной численно интегралу площади сектора "А" (фиг. 1), которая и "выжимает" донную воду через кромку водослива. Форма волны водослива (порога водослива) практически не меняется переливается вода через острую грань (фиг. 1) или грань выполнена в виде буквы "Г", т. е. водослив выполнен с горизонтальной полкой. При таком водосливе порог водослива (его волна) имеет только более сглаженный профиль и его подошва при этом сдвинута немного в сторону водослива. Форма волны водослива имеет вид показанный на фиг. 2.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы водоприемников с горизонтальной полкой водослива путем ограничения доступа воды на полку из слоев воды водохранилища лежащих ниже ее уровня.

Данный технический результат достигается тем, что с целью ограничения доступа воды на полку водослива из горизонтов воды, лежащих ниже ее уровня, образующуюся перед полкой волну (порог водослива) перемещают к центру водослива, путем понижения атмосферного давления над водосливом в зоне с периметром большим периметра волны.

Тем самым силы вовлекающие донные слои воды на полку водоприемника уменьшается до минимума и при этом достигается более четкое разделение слоев воды лежащих выше полки от слоев воды лежащих ниже ее.

Таким образом решение имеет ограничительные признаки от прототипа, следовательно оно соответствует критеpию "новизна".

Сравнение решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в них признаки отличающие заявляемое решение не только от прототипа, но и иных решений, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "существенная новизна".

На фиг. 1 показана форма волны водослива и ее параметры при водосливе через острую грань; на фиг. 2 показан поперечный разрез волны (порога) водослива при поступлении воды в водоприемник через горизонтальную полку; на фиг. 3 общая схема лабораторной установки для проверки предлагаемого способа. В этом случае форма волны водослива (порога водослива) в плане, как исключение, может иметь форму кольца.

В реальной жизни форма волны водослива в плане может иметь самые различные очертания, которые зависят от конструктивных особенностей плотины, водоприемников и многих иных факторов конструктивного плана.

На фиг. 3 обозначены: 1 резервуар, 2 труба для подачи воды в резервуар, 3 труба водослива, 4 запорный клапан, 5 порог водослива (фланец трубы водослива, может иметь форму кольца), 6 пустотелое кольцо, 7 - стеклянный колпак, 8 патрубок вакуумного насоса.

Работает установка следующим образом: фланец трубы водослива опускается на определенную глубину или уровень воды в емкости поднимается выше фланца. Труба водослива 3 с фланцем 5 имитирует шахтный водоприемник с горизонтальной полкой. При открытии запорного крана 4 вокруг горловины трубы водослива 3 на полке 5 образуется устойчивая волна водослива (порог водослива). Запуская в поток струйки темной краски можно убедиться, что перед кромкой горизонтальной полки на полку будет попадать "донная" вода, т. е. вода из слоев лежащих ниже уровня полки. Закрываем место слива стеклянным колпаком 7 опирающегося на пустотелое кольцо 6. Кольцо по периметру должно быть больше периметра в плане волны водослива, и иметь минимальную осадку с тем, чтобы не создавать помех потоку воды. При удалении из под колпака части воздуха, например при подключении патрубка 8 к пылесосу, кольцо волны водослива уменьшается в диаметре, т. е. волна "сдвигается" по полке к водосливу. Поступление "донной" воды на полку прекращается, т. е. обеспечивается качественный "селективный" сбор слоев воды лежащих по уровню выше полки водоприемника. Реализовать предлагаемый способ легко, т. к. конструктивные особенности Водоприемника для забора воды из поверхности слоев водохранилища (авт.св. N 1700136) позволяют создавать вакуум над водосливом, поддерживать его в автоматическом режиме длительное время и в заданных параметрах, причем без энергетических на это затрат.

Использование: изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к гидростроительству для выравнивания поверхностных температурных режимов нижнего и верхнего бьефов плотины ГЭС. Сущность изобретения: селективный отбор воды из верхнего бьефа плотины ГЭС осуществляют путем установки перед водоводом турбины водоприемника с водосливом, снабженным горизонтальной полкой, например, шахтного плавающего, при этом образующуюся над полкой водослива волну перемешивают к центру водослива, путем понижения атмосферного давления над водосливом в зоне с периметром большим периметра волны. 3 ил.

Способ селективного отбора воды, например, из верхнего бьефа плотины гидроэлектростанций путем установки перед водоводом турбины водоприемника с водосливом, снабженным горизонтальной полкой, например, шахтного плавающего, отличающийся тем, что образующуюся над полкой водослива волну перемещают к центру водослива путем понижения атмосферного давления над водосливом в зоне с периметром, большим периметра волны.