ГИДРОУЗЕЛ Российский патент 1997 года по МПК E02B9/00 

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано при комплексном водоиспользовании стоком малых рек и объемами водохранилищ с применением в водоподъемных агрегатах ветровых двигателей.

Известен гидроузел, содержащий низконапорную гидроэлектростанцию, сообщенную с русловым хранилищем, демпферный резервуар, водоподъемное устройство с приводом, соединенное с русловым водохранилищем и демпферным резервуаром, и низконапорную гидроэлектростанцию, соединенную с демпферным резервуаром.

Недостаток известного гидроузла заключается в том, что при его эксплуатации требуются значительные затраты электроэнергии на подачу воды из руслового водохранилища в демпферный резервуар и малоэффективно используется речной сток и объем водохранилища.

Цель изобретение повышение эффективности комплексного водопользования стоком реки и объемом водохранилища и снижение эксплуатационных затрат за счет использования энергии ветра.

Поставленная цель достигается тем, что гидроузел, содержащий низконапорную гидроэлектростанцию, сообщенную с русловым водохранилищем, демпферный резервуар, водоподъемное устройство с приводом, соединенное с русловым водохранилищем и демпферным резервуаром, и высоконапорную гидроэлектростанцию, соединенную с демпферным резервуаром, снабжен низконапорным аккумулирующим бассейном, соединенным с русловым водохранилищем и водоподъемным устройством, и высоконапорным аккумулирующим бассейном, соединенным с демпферным резервуаром, причем привод водоподъемного устройства выполнен в виде ветрового двигателя.

При этом низконапорная и высоконапорная гидроэлектростанции и подоподъемное устройство объединены в один блок, а водоподъемное устройство выполнено в виде башни с ковшевыми элеваторами, в верхней части которой расположены демпферный резервуар и ветровой двигатель, соединенный с ковшовыми элеваторами.

На фиг. 1 показаны в плане низконапорная и высоконапорная гидроэлектростанции и водоподъемное устройство, объединенные в один блок; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1 (по низконапорной гидроэлектростанции); на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1 (по высоконапорной гидроэлектростанции); на фиг. 4 - кинематическая схема привода ковшевых элеваторов; на фиг. 5 гидроузел в плане.

Гидроузел содержит общее здание гидроэлектростанций с низконапорным гидроагрегатом 1 и высоконапорными гидроагрегатами 2, водоподъемное устройство, имеющее привод в виде ветрового двигателя с ветроколесом 3, установленным на валу 4, и выполненное в виде железобетонной башки 5, внутри которой размещены два ковшевых элеватора 6, связанные системой конических зубчатых передач с валом 4 ветроколеса 3. Подподъемное устройство снабжено дозатором воды, содержащим подводную камеру 7 загрузки ковшей элеваторов 6, затвор 8, задвижку на сливной трубе 9, датчики 10 уровня воды в камере 7 и демпферном резервуаре 11.

В состав гидроузла входят (см. фиг. 5) низконапорная и высоконапорная гидроэлектростанции и водоподъемное устройство, объединенные в один блок 12, примыкающая к нему глухая плотина 13 с водосбросом 14, создающая низконапорное русловое водохранилище 15, а также два аккумулирующих бассейна: низконапорный 16 и высоконапорный 17, оборудованные водоприемниками 18. Находящиеся в блоке 12 водоподъемное устройство и демпферный резервуар 11 соединены трубопроводами 19, соответственно с низконапорным аккумулирующим бассейном 16 и высоконапорным аккумулирующим бассейном 17. Низконапорный аккумулирующий бассейн 16 сообщен посредством водоприемника 18 с русловым водохранилищем 15.

Работа гидроузла и реализуемый при этом способ регулирования стока реки осуществляют следующим образом.

Сочетание объемов низконапорного руслового водохранилища 15 и внерусловых аккумулирующих низконапорного бассейна 16 и высоконапорного бассейна 17 и работа гидроузла определяются величиной стока реки, наличием или отсутствием ветра и графиком потребления электроэнергии в системе или в данной местности
При отсутствии ветра или ветра недостаточной силы работа гидроузла возможна в двух вариантах.

Во-первых, на воде низконапорного руслового водохранилища 15, подпитываемого стоком реки и попусками из внеруслового низконапорного аккумулирующего бассейна 16. При этом работает низконапорный гидроагрегат 1, выработка электроэнергии определяется величиной стока реки и возможностями аккумуляции.

Во-вторых, на воде внеруслового высоконапорного аккумулирующего бассейна 17. При этом работают высоконапорные гидроагрегаты 2, обеспечивая выработку электроэнергии на расходах, как минимум, в пределах санитарных попусков.

При наличии ветра достаточной силы работа гидроузла осуществляется в зависимости от величины стока реки.

В период весеннего и осеннего паводков работает низконапорный гидроагрегат 1 и производится через водоприемник 18 заполнение самотеком низконапорного аккумулирующего бассейна 16, высоконапорные гидроагрегаты 2, как правило, простаивают, водоподъемное устройство осуществляет подачу воды в аккумулирующие бассейны 16 и 17.

В меженный период в основном работают высоконапорные агрегаты 2 на воде низконапорного руслового водохранилища 15 и напоре, создаваемом водоподъемным устройством. При этом водоподъемное устройство работает следующим образом.

Ветроколесо 3, создавая крутящий момент на валу 4, через систему конических зубчатых передач сообщает вращательное движение приводному валу элеваторов 6, ковши которых, забирая воду на горизонтальном участке, разгружают ее в демпферный резервуар 11, из которого вода под высоким напором и с заданным расходом по трубопроводу подается на гидроагрегаты 2 для выработки электроэнергии. При высоких скоростях и силе ветра, а также при снижении уровня потребления электроэнергии, когда появляются излишки воды, она подается также и в аккумулирующие бассейны 16 и 17. Производительность водоподъемного устройства определяется скоростью ветра, а ее регулировка осуществляется за счет изменения числа оборотов ветроколеса 3 и объемов воды, подаваемой в подводную камеру 7 загрузки ковшей. Изменение числа оборотов ветроколеса 3 достигается поворотом его лопастей, а объем воды, подаваемой в камеру 7 загрузки, регулируется затвором 8 и задвижкой на сливной трубе 9, контроль уровня воды в камере 7 загрузки и в демпферном резервуаре 11 ведется с помощью датчиков 10. Установка ветроколеса 3 на ветер осуществляется при помощи хвоста и электромотора. Запуск ветроколеса 3 производится при незагруженных ковшевых элеваторах 6, т. е. при отсутствии воды в ковшах и в камере 7 загрузки.

Данный гидроузел позволяет:
повысить эффективность использования стока реки, так как при выработке электроэнергии на высоконапорных гидроагрегатах экономится значительная часть стока, которая аккумулируется и используется более эффективно в безветренный период;
исключить потребление электроэнергии при подаче воды в аккумулирующие бассейны за счет применения водоподъемного устройства с ветровым двигателем.

Использование: в гидротехнике, а именно при комплексном водопользовании стоком малых рек и объемами водохранилищ с применением в водоподъемных агрегатах ветровых двигателей. Сущность изобретения: гидроузел содержит низконапорную и высоконапорную гидроэлектростанции, объединенные в один блок 12, примыкающую к последнему глухую плотину 13 с водосбросом 14, образующую низконапорное русловое водохранилище 15, а также два аккумулирующих бассейна: низконапорный 16 и высоконапорный 17, оборудованные водоприемниками 18. Находящиеся в блоке 12 водоподъемное устройство и демпферный резервуар соединены трубопроводами 19 с аккумулирующими бассейнами, соответственно низконапорным 16 и высоконапорным 17. Низконапорный аккумулирующий бассейн 16 сообщен посредством водоприемника 18 с русловым водохранилищем 15. Водоподъемное устройство выполнено в виде башни с ковшевыми элеваторами, в верхней части которой расположены демпферный резервуар и ветровой двигатель, соединенный с ковшевыми элеваторами. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Гидроузел, содержащий низконапорную гидроэлектростанцию, сообщенную с русловым водохранилищем, демпферный резервуар, водоподъемное устройство с приводом, соединенное с русловым водохранилищем и демпферным резервуаром, и высоконапорную гидроэлектростанцию, соединенную с демпферным резервуаром, отличающийся тем, что он снабжен низконапорным аккумулирующим бассейном, соединенным с русловым водохранилищем и водоподъемным устройством, и высоконапорным аккумулирующим бассейном, соединенным с демферным резервуаром, причем привод водоподъемного устройства выполнен в виде ветрового двигателя. 2. Гидроузел по п. 1, отличающийся тем, что низконапорная и высоконапорная гидроэлектростанции и водоподъемное устройство объединены в один блок, а водоподъемное устройство выполнено в виде башни с ковшовыми элеваторами, в верхней части которой расположены демпферный резервуар и ветровой двигатель, соединенный с ковшовыми элеваторами.