РУСЛОВАЯ БЕСПЛОТИННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 1999 года по МПК F03B13/00 

Изобретение относится к энергетике, в частности к гидроэнергетике и может быть использовано при строительстве гидроэлектростанций (ГЭС) без подъема воды в реке плотинами, а также без какого-либо ущерба судоходству и рыбоводству.

Известны энергетические устройства, преобразующие кинетическую энергию потока реки в электрическую. Например, "Гидроэлектростанция В.В.Соловьева", по описанию изобретения к авторскому свидетельству СССР N 1652640, кл. F 03 В 13/08, опубликовано в БИ N 20, 30.05.91. [1]. Сущность данного изобретения заключается в следующем.

Гидроэлектростанция содержит установленный в потоке вдоль берега водозаборный канал, выполненный в виде открытого сверху короба. Поперечное сечение короба уменьшается вниз по потоку. По меньшей мере две прямоточные рабочие камеры с гидроагрегатами подключены к коробу. Входные участки рабочих камер выполнены в виде лотков с наклонными по потоку верхними стенками.

Это изобретение можно принять в качестве близкого аналога предлагаемому изобретению.

Вместе с тем, данный аналог обладает рядом недостатков, а именно:
- возможно попадание в трубопроводы для подвода воды крупных предметов и образование в гидроагрегатах заторов и аварий;
- не предусмотрено регулирование расхода подводимого потока воды.

Целью предлагаемого изобретения "Русловая бесплотинная гидроэлектростанция" является устранение недостатков аналога, а также создание новой ГЭС, обладающей рядом существенных преимуществ перед плотинными ГЭС.

Эти преимущества перед плотинными ГЭС заключаются в следующем:
- исключается затопление значительных территорий плодородных пойменных лугов, а также лесов;
- отпадает необходимость в переносе из мест затопления под водохранилище коммуникаций, жилья, промышленных предприятий и т.п.;
- не возникает препятствий для свободного судоходства и рыбного хозяйства;
- не изменяются климатические условия данной местности;
- с применением каскада русловых бесплотинных ГЭС, объединенных в общую энергосистему, а также и с другими экологически чистыми производствами электроэнергии, появляется возможность экологического оздоровления местности за счет сокращения выработки электроэнергии на тепловых электростанциях;
- сооружение и использование русловых бесплотинных ГЭС возможно на любых реках: с малым, средним и большим расходом воды; при отсутствии хозяйственных и гидрологических противопоказаний на некоторых реках возможно использование всего объема водотока.

Недостатком русловой бесплотинной ГЭС является незначительная, по сравнению с плотинными ГЭС, мощность. Однако, применение каскада русловых бесплотинных ГЭС, объединенных в единую энергосистему, позволяет устранить этот недостаток.

Сущность предлагаемого изобретения "Русловая бесплотинная гидроэлектростанция" заключается в следующем. Эта ГЭС представляет собою гидротехническое сооружение в русле реки, расположенное у одного из берегов или между берегом и островом.

При этом река выше по течению от ГЭС разделяется на два потока вертикальной стенкой-разделителем высотой несколько выше максимального уровня воды в реке в половодье. Стенка-разделитель сооружается под некоторым углом, например 30-35^o, к направлению потока, и образует сужающееся русло, переходящее в канал (протоку), и в канале скорость потока существенно увеличивается, следовательно, увеличивается и кинетическая энергия потока, а у самого гидравлического колеса переходит в железобетонный канал, по которому вода устремляется к гидроагрегату.

Стенка-разделитель в самом начале разделения речного потока имеет шарнирно-поворотную створку, которая может устанавливаться под разными углами к направлению потока реки для отделения большего или меньшего потока воды на гидроагрегат и тем самым регулировать (оптимизировать) мощность ГЭС в периоды максимального и минимального уровней реки в разные времена года.

Гидроэнергетический агрегат устанавливают, располагая ось гидротурбины в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению течения потока воды с оптимально погруженной в воду гидротурбиной, при этом гидроэнергетический агрегат устанавливают неподвижно либо на металлическом понтоне, либо на двух противоположно расположенных бетонных основаниях, образующих открытый прямоугольный короб протоки для воды. Если межсезонные уровни воды в реке не имеют больших величин, то вполне приемлем вариант установки гидроэнергетического агрегата на двух бетонных основаниях, что не повлечет существенных колебаний мощности ГЭС.

Если же межсезонные уровни воды в реке имеют значительную величину, более приемлемым является установка гидроэнергетического агрегата на понтоне, помещенном в бетонированной камере, созданной в основании здания ГЭС, а понтон имеет возможность вертикального перемещения вверх-вниз в этой камере одновременно с подъемом или понижением уровня воды в реке и тем самым обеспечивать оптимальную мощность ГЭС.

При этом между двумя опорами гидроэнергетического агрегата на понтоне образовано своеобразное русло прямоугольной формы, а на двух противоположных стенках бетонированной камеры, соответствующих направлению течения реки, образованы также прямоугольной формы открытые сверху проемы, равной по ширине своеобразной протоки на понтоне.

И, наконец, между двумя внутренними противоположными стенками бетонированной камеры и двумя соответствующими наружными противоположными стенками понтона, образующими своеобразный лоток протоки для воды устанавливают, например, пневматические амортизаторы-уплотнители, которые позволяют предотвратить непроизводительный расход воды через щели в канале, а также не допускать накопление песка и ила в бетонированной камере.

На больших реках с большим расходом воды можно отделять достаточно большой поток воды и направлять его по нескольким протокам, соответственно с таким же количеством гидроэнергетических агрегатов, чтобы не устанавливать какой-нибудь один агрегат, хотя бы даже и очень большой мощности (фиг.6).

Перечень фигур на чертежах.

На фиг. 1 изображена в плане схема русловой бесплотинной гидроэлектростанции - вариант отбора части объема водотока у одного из берегов реки.

На фиг. 2 изображена в плане схема русловой бесплотинной гидроэлектростанции - вариант использования речной протоки между островом и одним из берегов.

На фиг. 3 изображена в плане схема русловой бесплотинной гидроэлектростанции с заградительным устройством при ледоходе.

На фиг. 4 изображена панорама русловой бесплотинной гидроэлектростанции и судоходного фарватера реки.

На фиг. 5 изображена в частичном разрезе гидроэнергетическая установка на понтоне (вид по А фиг.1 повернуто на 90), а также вид в плане.

На фиг. 6 изображен вариант многопроточного канала с гидроэнергетическими агрегатами в плане.

Предлагаемая русловая бесплотинная гидроэлектростанция состоит из следующих агрегатов, узлов и сооружений.

На берегу реки, например левом, сооружают бетонную стенку 1, а в русле сооружают вторую бетонную стенку-разделитель 2 на определенном расстоянии от стенки 1 и направленную под определенным углом к направлению потока, например, 30-35^o (фиг. 1).

Вторую стенку можно соорудить и на острове (фиг.2).

Высота стенок 1 и 2 должна быть несколько выше максимального сезонного уровн я воды в реке.

Таким образом сооружают сужающийся канал, а в самом узком месте на бетонное основание 3, выполненное в виде лотка с прямоугольным основанием, образованное двумя бетонными стойками для крепления на них электрогенератора 4, через эластичную муфту 5 с лопастной гидротурбиной 6, вал которой имеет опору своим вторым концом на подшипник 7 (фиг.1).

Вариант сооружения предлагаемой ГЭС с использованием острова 8 приводится на фиг.2.

Бетонная стенка-разделитель 2 в дальней от гидроэнергетического агрегата части в русле реки имеет шарнирно-поворотную вокруг вертикальной оси створку 9, которая может быть установлена под разными углами к направлению потока реки для отделения большего или меньшего количества воды от общего потока реки и направления ее на гидроагрегат и тем самым регулировать (оптимизировать) мощность ГЭС в периоды максимального и минимального уровней реки в разные времена года.

Для предотвращения заторов льда в сужающемся канале и в протоке при ледоходе предлагаемая ГЭС имеет предохранительное ограждение, выполненное из бетонных свай 10 (фиг.3), забитых на дно реки и расположенных друг от друга на расстоянии, например, 2,5 - 3 метра по линии, начинающейся от конца поворотной металлической створки 9 и направленной под углом 150 - 155^o к береговой бетонированной стенке.

Во время ледохода уровень воды в реке, как правило, бывает близким к максимальному сезонному и поэтому створку 9 можно повернуть максимально в сторону прилегающего к ГЭС берега и использовать ее как дополнительную ограждающую от льдин стенку.

Гидроэнергетический агрегат ГЭС может быть установлен на понтоне 11 (фиг.5), который находится на плаву в бетонированной камере 12, образованной в основании здания ГЭС и имеет возможность перемещения вверх-вниз в этой камере одновременно с подъемом или понижением уровня воды в реке.

Между двумя внутренними противоположными стенками бетонированной камеры и двумя соответствующими наружными противоположными стенками понтона, расположенными по направлению потока воды, устанавливают, например, пневматические амортизаторы-уплотнители 13 (фиг. 5).

Предлагаемая русловая бесплотинная ГЭС работает следующим образом.

Стенка 1 и стенка-разделитель 2 образуют сужающийся канал, по которому вся масса воды, ограниченная двумя этими стенками, в самом широком месте под напором течения реки по закону Бернулли, стремясь пройти по сужающемуся каналу, приобретает ускорение и кинетическая энергия потока воды значительно возрастает и у гидротурбины имеет наибольшее значение.

Для создания оптимального режима работы гидроэнергетического агрегата, массу воды, пропускаемой по сужающемуся каналу регулируют за счет установления под разными углами к направлению потока реки створки 9 для отделения от речного потока оптимального количества воды в сужающийся канал ГЭС.

Таким образом, предлагаемая ГЭС может обеспечить оптимальный режим работы гидроэнергетического агрегата при различных сезонных уровнях воды в реке и стабильно обеспечивать электроэнергией потребителей.

Литература
1. Гидроэлектростанция В.В.Соловьева, описание изобретения к а. с. СССР N 1652640, кл. F 03 В 13/08, опубликовано в БИ N 20, 30.05.91.

Гидроэлектростанция предназначена для преобразования энергии речного потока в электроэнергию. Река разделяется на два потока вертикальной стенкой-разделителем высотой несколько выше максимального уровня воды в реке в половодье. Стенка-разделитель сооружается под некоторым углом, например 30-35^o, к направлению потока и образует сужающееся русло, переходящее в канал (потоку), по которому вода устремляется к гидроагрегату. Стенка-разделитель в самом начале разделения речного потока имеет шарнирно-поворотную створку, которая может устанавливаться под разными углами к направлению потока реки для отделения большего или меньшего потока воды на гидроагрегат. Последний устанавливают, располагая ось гидротурбины горизонтально, перпендикулярно направлению потока. Гидроэнергетический агрегат устанавливают неподвижно либо на металлическом понтоне, либо на двух противоложно расположенных бетонных основаниях, образующих открытый прямоугольный короб протоки для воды. Понтон имеет возможность вертикального перемещения вверх-вниз в этой камере одновременно с подъемом или понижением уровня воды в реке. Гидроэлектростанция позволяет обеспечить оптимальный режим работы гидроэнергетического агрегата при различных уровнях воды в реке. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Русловая бесплотинная гидроэлектростанция, содержащая установленный в потоке вдоль берега реки водозаборный канал, выполненный в виде открытого сверху короба с уменьшающимся по потоку поперечным сечением в виде бетонированных береговой стенки и второй стенки в потоке, размещенную в канале гидроэнергетическую установку в виде лопастной гидротурбины, расположенной на горизонтальной оси, муфту и электрогенератор, отличающаяся тем, что содержит вторую бетонированную стенку-разделитель в потоке (или на острове), расположенную под углом, например, 30 - 35^o к направлению потока, поворотную вокруг вертикальной оси дополнительную, например, металлическую створку для регулирования расхода воды в канале, шарнирно укрепленную на конце второй бетонированной стенки-разделителя, стационарный гидроэнергетический агрегат с осью гидротурбины, расположенной в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению потока воды с оптимально погруженной в воду гидротурбиной, при этом гидроэнергетический агрегат установлен неподвижно, например, на двух противоположно расположенных бетонных основаниях, образующих открытый прямоугольный лоток для воды, или на понтоне, имеющем возможность вертикального перемещения вверх-вниз в бетонированной камере, созданной в основании гидроэлектростанции, и предохранительное ограждение, предотвращающее возникновение заторов льда в протоке при ледоходе, выполненное, например, из бетонных свай, забитых на дно реки и расположенных друг от друга на расстоянии, например, 2,5 - 3,0 м по линии, начинающейся от конца поворотной металлической створки и направленной под углом 150 - 155^o к береговой бетонированной стенке. 2. Гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что водозаборный канал в суженной водопропускной части содержит несколько протоков для воды с соответствующим количеством гидроэнергетических агрегатов. 3. Гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что между внутренними противоположными стенками бетонированной камеры, созданной в основании гидроэлектростанции, и двумя соответствующими наружными противоположными стенками понтона, расположенными по направлению потока воды и образующими своеобразный лоток для воды, установлены, например, пневматические амортизаторы-уплотнители.