ВОДОПРИЕМНИК ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО ЗАБОРА ВОДЫ ИЗ ВОДОХРАНИЛИЩА ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 1997 года по МПК E02B9/04 

Изобретение относится к гидротехнике и может использоваться в высоко- и средненапорных плотинах для забора воды из поверхностных слоев водохранилища.

Известен водоприемник для селективного забора воды из водохранилища гидроэлектростанции, включающий расположенную перед входными отверстиями напорных водоводов аванкамеру, выдвинутую в сторону верхнего бьефа за напорную грань плотины и расположенную на защемленной в плотине консоли, и водопереливное устройство, состоящее из отдельных съемных щитов (см. авт. св. СССР N 417574, кл. Е 02 В 9/04, 1974).

Недостатком такого водоприемника является то, что он не может быть осуществлен на действующей электростанции.

Известен водоприемник, водопереливное устройство которого выдвинуто в водохранилище и выполнено в виде забральной стенки из эластичного полотнища, верхняя часть которого подвешена к поверхностным поплавкам, а нижняя прикреплена к дну водохранилища (см. авт. св. СССP N 1065526, кл. Е 02 В 9/04, 1984).

Недостатком такого водоприемника является то, что в процессе отбора воды из поверхностных слоев водохранилища по разные стороны от стенки на одинаковой глубине вода приобретает разную температуру, а следовательно, и разную плотность. В результате с разных сторон на стенку действуют разные по величине гидростатические давления, которые обуславливают как высокие нагрузки на стенки, так и переток воды через стенку по ее неплотностям, особенно у ее основания, водонепроницаемое сопряжение стенки с которым при наполненном водохранилище осуществить затруднительно.

Известен водоприемник, включающий водопереливное устройство с поплавками, установленное перед входом, в напорный водовод и прикрепленное шарнирно к напорной грани плотины ниже входа в водовод, снабженного сороудерживающей решеткой и затворами (см. авт. св. СССР N 1158668, кл. Е 02 В 9/04, 1985).

Недостатками такого водоприемника являются сложность устройства шарнирного прикрепления в условиях действующей электростанции; сложность устройства сопряжения боковых (торцевых) водопереливных стенок с вращающейся фронтальной водопереливной стенкой; высокие потери напора на сороудерживающих решетках, расположенных в зоне высоких скоростей, и невозможность очистки решеток независимо от работы агрегатов.

Наиболее близким к предлагаемому является водоприемник для селективного забора воды из водохранилища гидроэлектростанции, включающий аванкамеру, выполненную в виде короба, сопряженного открытой стороной со станционной частью плотины и установленного с возможностью вертикального перемещения, при этом короб имеет грузоподъемное устройство, расположенное на обслуживающем судне, и состоит из каркаса с регулируемой плавучестью, выполненного из полых П-образных в плане элементов, закрытого в нижней части водонепроницаемой оболочкой и имеющего в верхней части водопереливной проем, состоящий из водоприемных окон и перекрытой сороудерживающими решетками (см. авт.св. СССР N 1700136, кл. Е 02 В 9/04, 1991).

Однако такой известный водоприемник из-за недостаточной жесткости и высокой материалоемкости П-образных элементов, ослабленных непроизводительными водоприемными окнами, может быть выполнен только на один агрегатный блок. При этом такие водоприемники не могут устанавливаться на рядом расположенные агрегатные блоки из-за "помех", создаваемых водоприемниками друг другу. Высокие материалоемкость и затратность водоприемника обуславливаются также большепролетностью (без промежуточных опор) днища и судном с грузоподъемным механизмом для каждого агрегатного блока. Дополнительно напорный водовод не защищен от попадания в него посторонних предметов через верх аванкамеры, а при засорении сороудерживающих решеток возникают высокие нагрузки на короб.

Технический результат изобретения выражается в снижении материалоемкости и затрат при одновременном повышении эксплуатационной надежности, уменьшении потерь напора и обеспечении возможности устройства водоприемника общего для группы агрегатных блоков или на все станционную часть плотины.

Технический результат достигается тем, что в водоприемнике для селективного забора воды из водохранилища гидроэлектростанции, включающем аванкамеру, выполненную в виде короба, сопряженного открытой стороной со станционной частью плотины и установленного с возможностью вертикального перемещения, при этом короб имеет грузоподъемное устройство и состоит из каркаса с регулируемой плавучестью, выполненного из полых элементов, закрытого в нижней части водонепроницаемой оболочкой и имеющего в верхней части водопереливной проем, перекрытой сороудерживающими решетками, согласно изобретению водоприемник снабжен палубой, расположенной в верхней части короба над уровнем воды в водохранилище, каркас короба образован вертикально расположенными по его периметру трубами с герметизированными нижними торцами и объединен в единую объемную конструкцию тремя поярусно расположенными поясами, верхний из которых расположен по периметру палубы, а нижний пояс расположен по периметру днища короба, при этом нижний и средний пояса выполнены полыми, а сороудерживающие решетки расположены между средним и верхним поясами, причем короб снабжен по меньшей мере одной стойкой с крестовыми связями, верхний конец которой соединен с палубой, а нижний конец с днищем короба, при этом стойка посредством крестовых связей присоединена к четырем вертикальным трубам каркаса, каждая пара которых расположена на противоположных сторонах каркаса, а грузоподъемное устройство размещено на палубе. Дополнительно:
короб выполнен для одного агрегатного блока гидроэлектростанции, а стойка с крестовыми связями расположена перед входом в напорный водовод агрегатного блока;
короб выполнен общим для группы агрегатных блоков гидроэлектростанции или для всех ее агрегатных блоков, при этом стойки внутри короба расположены напротив соответствующих входов агрегатных блоков и образуют ряд, а грузоподъемное устройство выполнено в виде стрелового крана, установленного с возможностью перемещения по длине короба вдоль ряда стоек;
сороудерживающие решетки водопереливного проема сопряжены с вертикальными трубами короба, а их суммарная площадь превышает суммарную площадь входного сечения напорных водоводов агрегатных блоков;
стойки выполнены в виде труб с герметизированным нижним торцом;
водонепроницаемая оболочка выполнена из эластичного полотнища;
днище короба выполнено по меньшей мере с одним водоприемным отверстием, оборудованным сороудерживающей решеткой с затвором в виде шарнирной створки, расположенной над решеткой с возможностью открытия внутрь короба, при этом вес створки в закрытом положении удовлетворяет условию
Mg Mp,
где: Мg момент от веса створки относительно ее оси вращения;
Мр момент от нагрузки воды при расчетном перепаде уровней воды в водохранилище и аванкамере относительно оси вращения створки;
водоприемник снабжен разъемными кольцами, прикрепленными к плотине и образующими с прилегающими к плотине вертикальными трубами каркаса кинематические пары, посредством которых короб сопряжен с плотиной, при этом каждое разъемное кольцо опоясывает соответствующую трубу с возможностью обеспечения ее отклонения от вертикали;
водоприемник снабжен не менее чем двумя блоками с гибкими тягами, посредством которых короб сопряжен с плотиной, при этом каждая из тяг одним концом прикреплена к коробу и выполнена с грузом, установленным на другом ее конце с возможностью его вертикального перемещения;
короб снабжен направляющими элементами, прикрепленными к прилегающим к плотине вертикальным трубам каркаса и взаимодействующими с боковой поверхностью входа в напорный водовод или боковыми поверхностями входов в напорные водоводы агрегатных блоков;
каждая сороудерживающая решетка водопереливного проема в плане имеет вид арки, опертой на вертикальные трубы каркаса короба и обращенной выпуклой частью в сторону водохранилища.

Сущность настоящего технического решения заключается в том, что каркас короба по периметру содержит полые вертикальные элементы, которые одновременно являются как поплавками, плавучесть которых легко регулируется, так и промежуточными бычками, необходимыми для устройства сороудерживающих решеток. Палуба и стойки с крестовыми связями усиливают общую жесткость короба, при этом стойки посредством крестовых связей (тяжей) передают вертикальные нагрузки непосредственно на стенки короба, разгружая палубу и днище, что позволяет расположить механизм для очистки решеток на палубе без увеличения ее материалоемкости и таким образом обслуживающее судно заменить палубой, которая одновременно предотвращает попадание посторонних предметов (по неосторожности) в напорный водовод, в результате чего отпадает необходимость установки сороудерживающих решеток на входе в водовод, за счет чего существенно уменьшаются потери напора на водоприемнике вследствие большой площади решеток на водопереливном проеме. Устройство же водоприемных отверстий в днище короба, оборудованных затворами в виде створки, дополнительно повышает надежность водоприемника и упрощает его эксплуатацию за счет ограничения потери напора на решетках водопереливного устройства в автоматическом режиме. При этом короб может быть выполнен как на один агрегатный блок (например, когда воду, отобранную из поверхностных слоев, в нижнем бьефе направляют в береговую часть русла реки), так и на группу блоков или на всю станционную часть плотины.

На фиг. 1 изображен водоприемник, поперечный разрез по оси агрегатного блока; на фиг. 2 водоприемник с коробом на один агрегатный блок, план; на фиг. 3 водоприемник с коробом на группу агрегатных блоков, план; на фиг. 4 - схематично короб при изготовлении на стапеле, поперечный разрез.

Водоприемник станционной бетонной плотины 1 включает напорный водовод 2, снабженный затворами -аварийным 3 и ремонтным 4, а перед входом 5 в напорный водовод 2 расположена аванкамера 6, выполненная в виде короба 7, сопряженного открытой стороной с агрегатным блоком станционной части плотины 1. Каркас короба 7 образован вертикально расположенными по периметру короба трубами 8 с герметизированными нижними торцами и объединенными в единую объемную конструкцию тремя поярусно расположенными поясами, верхний 9 из которых расположен по периметру палубы 10 короба 7 и имеет вид пространственной решетчатой конструкции, а нижний пояс 11 расположен по периметру днища 12 короба 7 и выполнен из труб, при этом нижний 11 и средний 13 выполнены полыми, а между средним 13 и верхним 9 поясами перед вертикальными трубами 8 расположены сороудерживающие решетки 14 таким образом, что по периметру короба решетки 14 образуют сплошной фронт, при этом решетки 14 оперты на вертикальные трубы 8, а их суммарная площадь превышает площадь входного сечения 5 в напорный водовод 2 агрегатного блока, сопряженного с коробом 7. Полости нижнего 11 и среднего 13 поясов герметизированы, а вдоль стороны короба, обращенной в сторону водохранилища, пояса 11 и 13 выполнены в виде общей горизонтально расположенной трубы 15 (фиг.1) или в виде раздельных труб (фиг. 4). Внутри короба 7 напротив входа 5 в напорный водовод 2 расположена стойка 16 (фиг.2) с крестовыми связями 17, верхний конец которой соединен с палубой 10, а нижний конец с днищем 12 короба 7, при этом стойка 16 посредством крестовых связей 17 присоединена к четырем вертикальным трубам 8 каркаса короба 7, каждая пара которых расположена на противоположных сторонах каркаса, а над стойкой 16 на палубе 10 расположено грузовое устройство в виде крана 18 со стрелою 19. Каждая вертикальная труба 8 содержит надводную часть, возвышающуюся над палубой короба, которая образует регулируемую резервную плавучесть.

Короб 7 по длине выполнен для одного агрегатного блока (фиг.2) или общим для группы агрегатных блоков гидроэлектростанции или для всех ее агрегатных блоков (фиг.3). В первом случае короб 7 содержит одну стойку 16, выполненную из трубы с герметизированным нижним концом, над которой установлен стационарный стреловой кран 18. Во втором и третьем случаях количество стоек 16 равно соответствующему количеству агрегатных блоков, стойки 16 расположены напротив соответствующих входов 6 в напорные водоводы 2 в один ряд, в котором между стойками 16 расположены дополнительные стойки 20, при этом стреловой кран 18 выполнен с возможностью перемещения по длине короба вдоль ряда стоек 16 и 20, а суммарная площадь решеток 14 превышает суммарную площадь входных сечений 5 напорных водоводов 2 соответствующих агрегатных блоков, сопряженных с коробом 7.

Днище 12 короба 7 выполнено по меньшей мере с одним водоприемным отверстием 21, оборудованным сороудерживающей решеткой 22 и затвором в виде шарнирной створки 23, расположенной над решеткой 22 с возможностью открытия внутрь короба 7, посредством гибкой тяги 24 соединенной с механизмом 25, при этом вес створки в закрытом положении удовлетворяет условию:
Mg Mp
где Мg момент от веса створки относительно ее оси вращения;
Мр момент от нагрузки воды на створку при расчетном перепаде уровней воды в водохранилище и в аванкамере относительно оси вращения створки.

Короб 7 снабжен разъемными кольцами 26, прикрепленными к плотине 1 и образующими с прилегающими к плотине вертикальными трубами 8 каркаса короба 7 кинематические пары, посредством которых короб сопряжен с плотиной, при этом каждое разъемное кольцо 26 опоясывает соответствующую вертикальную трубу 8 с возможностью обеспечения ее отклонения от вертикали. Дополнительно короб 7 снабжен направляющими элементами 27 (фиг.1), прикрепленными к прилегающим к плотине 1 вертикальным трубам 8 каркаса короба 7 и взаимодействующими с боковой поверхностью входа в напорный водовод агрегатного блока или с боковыми поверхностями входов 5 в напорные водоводы 2 агрегатных блоков.

Короб 7 может быть снабжен не менее чем двумя блоками 31 с гибкими тягами 28, посредством которых короб сопряжен с плотиной, при этом каждая из тяг 28 одним концом прикреплена к коробу 7 и выполнена с грузом 29, установленным на другом ее конце над ловушкой 30 с возможностью его вертикального перемещения.

Суммарная длина сороудерживающих решеток 14 водопереливного проема может быть увеличена путем придания каждой решетке 14 в плане вида арки, опертой на вертикальные трубы 8 каркаса короба 7 и обращенной выпуклой частью в сторону водохранилища -такой вид решетки на чертеже не показан.

Жесткость короба 7 может быть повышена установкой жестких и/или гибких парных связей (на чертеже не показаны) между дополнительными стойками 20 и вертикальными трубами 8, расположенными на разных боковых сторонах короба 7. В этом случае водонепроницаемая оболочка, расположенная в нижней части короба 7 ниже среднего пояса 13 и состоящая из днища 12 и боковых стенок (на чертеже не обозначены), может быть выполнена из эластичного полотнища.

Элементы каркаса короба 7, его палубы 10 и днища 12 выполняются с использованием легких материалов алюминиевые сплавы, дерево.

Работа водоприемника осуществляется следующим образом.

В плавучем положении короб 7 удерживается положительной плавучестью, создаваемой полыми элементами каркаса: вертикальными трубами 8, поясами 11 и 13, стойками 16, а также полыми элементами сороудерживающих решеток 14. При колебаниях уровня воды в водохранилище короб 7 вертикально перемещается перед входом в напорный водовод 2 при постоянном пополнении аванкамеры 6 водою из поверхностных слоев водохранилища. В заданном плановом положении короб 7 удерживается кинематическими парами труба 8 кольцо 26 и направляющими элементами 27. Вода через решетки 14 поступает в аванкамеру 6 из поверхностного слоя водохранилища с малой скоростью, при этом в случае достижения перепада уровня воды на решетках 14 расчетной величины, под действием этого перепада естественным путем осуществляется приоткрытие створок 23, в результате чего в аванкамеру 6 через водоприемные отверстия 21 поступает дополнительная вода, которая предотвращает дальнейшее увеличение перепада уровней, а после устранения такого перепада, обычно путем очистки решеток 14 посредством механизма 32, расположенного на кране 18, происходит закрытие створок 23 естественным путем под действием их веса g. В период года, когда допускается забор воды из глубинных слоев (весною и осенью), увеличивают водоприемную площадь аванкамеры 6, а следовательно, и уменьшают потери напора воды на решетках 14, путем полного открытия створок 23 механизмом 25, а также путем увеличения в пределах высоты решеток 14, осадки короба 7 подачей балластной воды в вертикальные трубы 8 и/или стойки 16. При этом решетчатый верхний пояс 9 имеет высокую водопроницаемость и не создает в погруженном в воду состоянии существенных гидравлических сопротивлений. В случае же выполнения верхнего пояса 9 из герметизированных труб (фиг. 4) увеличивается запас плавучести короба 7, однако осложняется регулирование водоприемной площади аванкамеры 6 вследствие водонепроницаемости пояса 9. Палуба 10 предотвращает попадание посторонних предметов в напорный водовод, а стойки 16 посредством крестовых связей 17 передают вертикальные нагрузки с палубы 10 и днища 12 на стенки короба 7. В случае устройства короба 7 на всю станционную часть плотины 1 кран 18 перемещают по палубе только при нахождении палубы 10 в неподвижном горизонтальном положении, при этом при необходимости осуществляют балластировку короба 7.

При волнении в водохранилище, а также при резком закрытии аварийного затвора 3 происходят колебания короба 7 вокруг колец 26 без существенного изменения положения его палубы 10 и без нарушения сопряжения короба 7 с плотиной 1.

Изготовление и ремонт короба 7 осуществляется на стапельном месте 33, расположенном на берегу водохранилища в виде наклонной площадки, оборудованной для постройки и спуска короба 7 (фиг.4), причем на период ремонтных работ у входа в водовод 2 в пазы 34 устанавливают дополнительные сороудерживающие решетки (не показаны).

Использование изобретения позволяет снизить затраты на устройство водоприемника гидроэлектростанции при одновременных повышении эксплуатационной надежности и уменьшении потерь напора, а также позволяет устраивать водоприемник, общий для группы агрегатных блоков или на всю станционную часть плотины.

Использование: в гидротехнике при заборе воды из верхнего бьефа гидроэлектростанции. Сущность изобретения: водоприемник включает напорный водовод 2, аванкамеру 6 в виде короба 7, каркас которого образован вертикально расположенными по периметру короба 7 трубами 8 с герметизированными нижними торцами и объединенными в единую объемную конструкцию тремя поярусно расположенными поясами, при этом каркас закрыт в нижней части водонепроницаемой оболочкой и имеет в верхней части водопереливной проем, перекрытый сороудерживающими решетками 14, расположенными между вертикальными трубами 8. Внутри короба 7 напротив входа 5 в водовод 2 расположена стойка 16 с крестовыми связями 17, которыми она присоединена к четырем вертикальным трубам 8 каркаса 7, а над стойкой 16 на палубе 10 расположен стреловой кран 18. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Водоприемник для селективного забора воды из водохранилища гидроэлектростанции, включающий аванкамеру, выполненную в виде короба, сопряженного открытой стороной со станционной частью плотины и установленного с возможностью вертикального перемещения, при этом короб имеет грузоподъемное устройство и состоит из каркаса с регулируемой плавучестью, выполненного из полых элементов, закрытого в нижней части водонепроницаемой оболочки и имеющего в верхней части водопереливной проем, перекрытый сороудерживающими решетками, отличающийся тем, что он снабжен палубой, расположенной в верхней части короба над уровнем воды в водохранилище, каркас короба образован вертикально расположенными по его периметру трубами с герметизированными нижними торцами и объединен в единую объемную конструкцию тремя поярусно расположенными поясами, верхний из которых расположен по периметру палубы, а нижний пояс расположен по периметру днища короба, при этом нижний и средний пояса выполнены полыми, а сороудерживающие решетки расположены между средним и верхним поясами, причем короб снабжен по меньшей мере одной стойкой с крестовыми связями, верхней конец которой соединен с палубой, а нижний конец - с днищем короба, при этом стойка посредством крестовых связей присоединена к четырем вертикальным трубам каркаса, каждая пара которых расположена на противоположных сторонах каркаса, а грузоподъемное устройство размещено на палубе. 2. Водоприемник по п. 1, отличающийся тем, что короб выполнен для одного агрегатного блока гидроэлектростанции, а стойка с крестовыми связями расположена перед входом в напорный водовод агрегатного блока. 3. Водоприемник по п. 1, отличающийся тем, что короб выполнен общим для группы агрегатных блоков гидроэлектростанции или для всех ее агрегатных блоков, при этом стойки внутри короба расположены напротив соответствующих входов в напорные водоводы агрегатных блоков и образуют ряд, а грузоподъемное устройство выполнено в виде стрелового крана, установленного с возможностью перемещения по длине короба вдоль ряда стоек. 4. Водоприемник по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что сороудерживающие решетки водопереливного проема сопряжены с вертикальными трубами короба, а их суммарная площадь превышает суммарную площадь входных сечений напорных водоводов агрегатных блоков. 5. Водоприемник по пп. 1 4, отличающийся тем, что стойки выполнены в виде труб с герметизированным нижним торцом. 6. Водоприемник по пп. 1 5, отличающийся тем, что водонепроницаемая оболочка выполнена из эластичного полотнища. 7. Водоприемник по пп. 1 6, отличающийся тем, что днище короба выполнено по меньшей мере с одним водоприемным отверстием, оборудованным сороудерживающей решеткой и затвором в виде шарнирной створки, расположенной над решеткой с возможностью открытия внутрь короба, при этом вес створки в закрытом положении удовлетворяет условию
M_g M_р,
где M_g момент от веса створки относительно ее оси вращения;
М_р момент от нагрузки воды при расчетном перепаде уровней воды в водохранилище и аванкамере относительно оси вращения створки. 8. Водоприемник по пп. 1 7, отличающийся тем, что он снабжен разъемными кольцами, прикрепленными к плотине и образующими с прилегающими к плотине вертикальными трубами каркаса кинематические пары, посредством которых короб сопряжен с плотиной, при этом каждое разъемное кольцо опоясывает соответствующую трубу с возможностью обеспечения ее отклонения от вертикали. 9. Водоприемник по пп. 1 7, отличающийся тем, что он снабжен не менее чем двумя блоками с гибкими тягами, посредством которых короб сопряжен с плотиной, при этом каждая из тяг одним концом прикреплена к коробу и выполнена с грузом, установленным на другом ее конце с возможностью его вертикального перемещения. 10. Водоприемник по пп. 2 9, отличающийся тем, что короб снабжен направляющими элементами, прикрепленными к прилегающим к плотине вертикальным трубам каркаса и взаимодействующими с боковой поверхностью входа в напорный водовод или боковыми поверхностями входов в напорные водоводы агрегатных блоков. 11. Водоприемник по пп. 1 10, отличающийся тем, что каждая сороудерживающая решетка водопереливного проема в плане имеет вид арки, опертой на вертикальные трубы каркаса короба и обращенной выпуклой частью в сторону водохранилища.