Данная группа изобретений относится к гидроэнергетическому строительству и предназначена для получения электрической энергии путем преобразования потенциальной энергии мирового океана в глубинной гидроэлектростанции.
Известна гидроаккумулирующая электростанция, включающая гидроагрегатный блок, верхний и нижний бассейны, причем нижний бассейн выполнен в виде закрытого резервуара, жестко соединенного с гидроагрегатным блоком и закрепленного на дне верхнего бассейна (SU 484280 A, 26.12.75).
Также известна гидроаккумулирующая электростанция, содержащая размещенные на дне водоема гидроагрегатный блок, нижний бассейн с аэрационной шахтой, соединенный с гидроагрегатным блоком водоводом, рабочий затвор, размещенный в гидроагрегатном блоке, при этом гидроагрегатный блок и нижний бассейн размещены на участке дна водоема, имеющего уклон, причем нижний бассейн расположен выше гидроагрегатного блока (SU 1186730 A, 23.10.85).
Эти известные электростанции хотя и являются глубинными, но имеют периодическое действие и предназначены только для выработки электроэнергии в периоды ее дефицита.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является известная гидроэлектростанция, содержащая расположенный на дне водоема энергетический блок глубинной гидроэлектростанции, состоящий из последовательно установленных по направлению движения водяного потока: размещенного в водоеме заборника воды для гидротурбины, турбинного трубопровода, спиральной камеры с направляющим аппаратом, гидроагрегата, отсасывающей трубы и отводного канала, связанного с атмосферой (GB 2032008 A, 30.04.80).
Недостатком этой известной гидроэлектростанции является низкая эффективность ее работы, выражающаяся в низкой выработке электроэнергии.
Наиболее близким аналогом предлагаемого монтажно-установочного комплекса является известный монтажно-установочный комплекс, используемый в способе возведения глубинного гидротехнического сооружения на дне водоема и содержащий два несамоходных понтона, идентичных по конструкции (SU 1465471 A1, 15.03.89).
Недостаток этого известного монтажно-установочного комплекса заключается в том, что он не приспособлен для сборки на дне водоема энергетического блока глубинной гидроэлектростанции.
Предлагаемые выравниватель давления воды для энергетического блока глубинной гидроэлектростанции и испытательный стенд для проверки работоспособности выравнивателя давления воды аналогов не имеют.
Задачей настоящей группы изобретений является повышение эффективности работы глубинной гидроэлектростанции и увеличение выработки электроэнергии, а также расширение арсенала технических средств, предназначенных для производства электроэнергии.
Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для преобразования потенциальной энергии мирового океана в электрическую энергию, содержащее расположенный на дне водоема энергетический блок глубинной гидроэлектростанции, состоящий из последовательно установленных по направлению движения водяного потока: размещенного в водоеме заборника воды для гидротурбины, турбинного трубопровода, спиральной камеры с направляющим аппаратом, гидроагрегата, отсасывающей трубы и отводного канала, связанного с атмосферой, согласно изобретению снабжено выравнивателем давления воды, входящим в состав энергетического блока, соединенным с отводным каналом и обеспечивающим выравнивание давления воды в отводном канале с давлением воды в водоеме и непрерывную откачку воды из отводного канала обратно в водоем.
При этом выравниватель давления воды для энергетического блока глубинной гидроэлектростанции состоит из водоструйного и осевого насосов, объединенных в единый аппарат, и содержит, кроме того, последовательно соединенные: приемную камеру с рабочим соплом для подачи в нее воды непосредственно из водоема, камеру смешения, диффузор и напорный трубопровод, связанный с осевым насосом, отводящий трубопровод которого сообщен с водоемом, причем рабочее сопло соединено трубопроводом для перемещаемой жидкости с отводным каналом энергетического блока глубинной гидроэлектростанции.
В монтажно-установочном комплексе, преимущественно для сборки энергетического блока глубинной гидроэлектростанции на дне водоема, содержащем два несамоходных понтона, идентичных по конструкции, согласно изобретению понтоны имеют разное назначение и соответствующее оборудование: один из них, монтажный, предназначен и оборудован для сборки монтажных секций энергетического блока глубинной гидроэлектростанции, а второй, установочный, - для снятия собранной монтажной секции с монтажного понтона и ее установки в собираемый на дне водоема энергетический блок, причем каждый понтон выполнен с возможностью его опускания и подъема в водоеме со смонтированными на нем частями собираемого энергетического блока и содержит связанные с насосами резервуары для балластной воды, выполненные с боковыми стенками в виде гармошек и имеющие возможность изменять свой объем в зависимости от заполнения их балластной водой.
Испытательный стенд для проверки работоспособности выравнивателя давления воды для энергетического блока глубинной гидроэлектростанции в естественных условиях его работы представляет собой подводный катамаран, состоящий из двух атомных подводных лодок, соединенных между собой площадкой, на которой установлен испытуемый выравниватель давления воды и складывающийся напорный трубопровод с направляющим аппаратом гидротурбины для регулирования подачи воды в выравниватель давления воды.
Сущность изобретений, входящих в данную группу, поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показана схема устройства для преобразования потенциальной энергии мирового океана в электрическую энергию;
на фиг. 2 - эскиз выравнивателя давления воды для энергетического блока глубинной гидроэлектростанции;
на фиг. 3 - энергетический блок глубинной гидроэлектростанции;
на фиг. 4 - то же, разрез А-А на фиг. 3;
на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 4;
на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 4;
на фиг. 7 - план расположения энергетических блоков глубинной гидроэлектростанции;
на фиг. 8 - эстакада для сборки монтажных секций, поперечный разрез;
на фиг. 9 - то же, план;
на фиг. 10 - монтажный (установочный) понтон, вид сверху;
на фиг. 11 - то же, вид сбоку;
на фиг. 12 - разрез Г-Г на фиг. 10;
на фиг. 13 - вид Д на фиг. 10;
на фиг. 14 - разрез Е-Е на фиг. 10;
на фиг. 15 - вид Ж на фиг. 13;
на фиг. 16 - узлы I, II, III и IV на фиг. 10;
на фиг. 17 - разрез 3-3 на фиг. 16;
на фиг. 18 - узел У на фиг. 13;
на фиг. 19 - схема последовательного заполнения балластного резервуара водой;
на фиг. 20 - испытательный стенд для проверки работоспособности выравнивателя давления воды, продольный разрез;
на фиг. 21 - то же, план;
на фиг. 22 - то же, вид сбоку;
на фиг. 23 - складывающийся напорный трубопровод;
на фиг. 24 - разрез И-И на фиг. 23;
на фиг. 25 - разрез К-К на фиг. 23;
на фиг. 26 - схема выпрямления напорного трубопровода.
Устройство для преобразования потенциальной энергии мирового океана в электрическую энергию содержит (фиг. 1) размещенную под уровнем 1 водоема глубинную гидроэлектростанцию (ГГЭС) 2 с отводным каналом 3, связанным с атмосферой трубопроводом 4. С отводным каналом 3 при помощи трубопровода 5 для перемещаемой жидкости соединен выравниватель давления 6 воды, имеющий рабочее сопло 7. Все устройство размещено на дне 8 водоема.
Выравниватель давления 6 воды для энергетического блока ГГЭС (фиг. 2) содержит приемную камеру 9, рабочее сопло 7, камеру смешения 10, диффузор 11, напорный трубопровод 12, насос 13, отводящий трубопровод 14, электродвигатель 15 в герметической капсуле, трубопровод 5 для перемещаемой жидкости (воды), обратный клапан 16, трубу 17, подводящую водяной поток к выравнивателям давления 6, площадку 18 для установки выравнивателей давления 6.
Выравниватель давления 6 представляет собой конструкцию водоструйного и осевого насосов, объединенных в единый аппарат с новым принципом работы по сравнению с принципом работы водоструйного насоса.
Основным назначением выравнивателя 6 давления является непрерывная откачка воды из отводного канала 3 при минимальной затрате электрической энергии на работу осевого насоса 13. Это можно осуществить тогда, когда в выравнивателе давления 6 перед входом воды в насос 13 созданы условия P1 = P2, где: P1 - давление воды в пространстве всасывания; P2 - давление воды в пространстве нагнетания.
Особо следует подчеркнуть, что выравнивание давления воды в указанном процессе равнозначно восстановлению потенциальной энергии воды, вошедшей в выравниватель давления 6, до величины потенциальной энергии воды в водоеме, так как P1 = P2, а при этих условиях величина потенциальной энергии в пространстве всасывания (P1) равна величине потенциальной энергии в пространстве нагнетания (P2), что и создает неиссякаемость потенциальной энергии в водоеме при работе ГГЭС.
Условия вхождения потоков перемещаемой и рабочей жидкостей в выравниватель давления определяются уравнением неразрывности (сплошности) потока
ρ1•S1•C1= ρ2•S2•C2,
где S1 и S2 - площади входного и выходного сечений, м2;
ρ1 и ρ2 плотность жидкости, кг/м3;
C1 и C2 - скорости потока, м/с.
Это уравнение еще называется уравнением постоянства расхода, из которого следует, что при установившемся движении жидкости, полностью заполняющей трубопровод, через каждое его поперечное сечение проходит в единицу времени одно и то же количество жидкости.
Отсюда следует, что если из выравнивателя давления 6 осевым насосом 13 откачивается n-ое количество воды, то это же n-ое количество воды войдет и в выравниватель давления 6 по трубопроводу 5 для перемещаемой жидкости и через рабочее сопло 7. Причем расчет внутренних диаметров концевой части подводящего трубопровода 5 и рабочего сопла 7 делается таким образом, чтобы через подводящий трубопровод 5 и рабочее сопло 7 за единицу времени должно проходить равное количество воды, т.е. n/2.
Исходя из условий вхождения потоков перемещаемой и рабочей жидкостей с помощью насоса 13 (фиг. 2) в выравниватель давления 6 всасывается два водяных потока: первый поток - из отводного канала 3 по трубопроводу 5 в приемную камеру 9 поступает перемещаемая жидкость (вода) с малой энергией, малой скоростью, малым давлением в потоке; второй поток - рабочая жидкость (вода) с большой энергией, с большой скоростью и с большим давлением в потоке поступает через рабочее сопло 7 в приемную камеру 9 непосредственно из водоема.
Эти два потока, на основания закона сохранения количества движения, смешиваются и обмениваются импульсами энергия в приемной камере 9 и камере смешения 10, что приводят к усреднению энергии, давления и скоростей первого и второго потоков. Смешанный поток с усредненной энергией поступает в диффузор 11.
В диффузоре 11, на основании закона сохранения энергии и уравнения Бернулли применительно для трубопровода с переменным сечением, каковым и является диффузор 11, происходит переход части кинетической энергии смешанного потока в потенциальную энергию давления, т.е. происходит уменьшение скорости смешанного потока, но возрастает давление воды в потоке на выходе из диффузора 11.
За счет энергии насоса 13 вода из отводящего трубопровода 14 с небольшим избыточным напором, примерно 2 м, выталкивается обратно в водоем.
Давление воды в потоке на выходе из диффузора 11 и в напорном трубопроводе 12 становится равным давлению воды на уровне выхода воды из насоса 13 в водоем, т.е. P1 = P2.
Таким образом, в системе: напорный трубопровод 12 (пространство всасывания), насос 13, водоем (пространство нагнетания) созданы условия откачки воды, когда P1 = P2, что и требуется для нормальной работы ГГЭС, т.е. с минимальной затратой электрической энергии на работу насосов 13 выравнивателей давления 6, откачивающих воду из отводного канала 3 ГГЭС.
Из рассмотренного принципа работы выравнивателя давления 6 видно, что выравнивание давления воды до условия P1 = P2 происходит только за счет потенциальной энергии водоема. Другого вида энергии на проведение этого процесса в выравниватель давления 6 не поступает.
Энергетический блок глубинной гидроэлектростанции (фиг. 3 и 4) включает основание 19 ГГЭС с металлическими сваями, выравниватели давления 6, площадку 20 для установки выравнивателей давления 6, заборник 21 воды для гидротурбины 22, турбинный трубопровод 23, спиральную камеру 24, воздухозаборник 25, воздуховод 26, гидрогенератор 27, гидротурбины 22 с прямой отсасывающей трубой 28, напорный трубопровод 29, облицованный трубами для прочности конструкции, подпятник 30 напорного трубопровода 29, трубопровод 31 для связи с атмосферой, каркас опалубки 32, регулируемый по вертикали, гидравлический домкрат 33, трубу 34, подводящую водяной поток к выравнивателям давления 6, отсасывающую трубу 28, крышку 35 энергетической установки.
Энергетический блок представляет собой самостоятельную энергетическую установку, состоящую из двух систем A и B, соединенных между собой по вертикали и объединенных общим ритмом работы.
Система A представляет собой обычную ГЭС, но работающую под водой на заданной глубине водоема. Внутри системы A поддерживается атмосферное давление.
Основное назначение системы A - преобразование потенциальной энергии мирового океана в электрическую энергию.
Система B - выравниватель давления 6 воды для системы ГГЭС.
Назначение и принцип действия выравнивателя 6 давления писаны выше.
Энергетический блок собирается из восьми монтажных секций I-VIII (фиг. 4):
I монтажная секция - регулируемая по вертикали опалубка 32 под фундамент энергоблока ГГЭС;
II монтажная секция - основание 19 энергоблока, включая выравниватели давления 6;
III монтажная секция - напорный трубопровод 29 в сборе (он же отводной канал 3);
IV монтажная секция - прямая отсасывающая труба 28 в сборе;
V монтажная секция - спиральная камера 24 в сборе, включая гидротурбину 22;
VI монтажная секция - гидрогенератор 27 в сборе;
VII монтажная секция - крышка 35 энергетической установки;
VIII монтажная секция - воздуховод 26 в сборе.
Монтажная секция - это крупный блок инженерных конструкций, устанавливаемых на основание - металлический лист. Вес монтажной секции достигает десятки тысяч тонн.
Стыковка монтажных секций между собой по вертикали осуществляется с помощью стыковочных узлов, аналогичных стыковочным узлам космических кораблей, которые и обеспечат стыкующимся узлам механическую прочность и герметизацию.
Для упрощения схемы, показанной на фиг. 4, стыковочные узлы на местах соединения монтажных секций между собой на чертежах не показаны.
Энергетический блок работает следующим образом.
Вода из водоема с рабочим напором через заборник 21 воды для гидротурбины 22 по турбинному трубопроводу 23 поступает в спиральную камеру 24, где через направляющий аппарат направляется на лопатки гидротурбины 22. В гидроагрегате энергия водного потока превращается в электрическую энергию, которая направляется потребителю. Водяной поток, отдав свою энергию, направляется в прямую отсасывающую трубу 28 и из нее в напорный трубопровод 29 (он же отводной канал 3), работающий под атмосферным давлением. Связь напорного трубопровода 29 с атмосферой осуществляется через трубопровод 31, воздуховод 26 и через воздухозаборник 25. В напорном трубопроводе 29 поддерживается постоянный уровень воды, т.е. уровень, определяющий высоту столба перемещаемой жидкости, что непосредственно связано с работой выравнивателя давления 6. Из напорного трубопровода 29 водяной поток входит в подпятник 30 напорного трубопровода 29, где распределяется по четырем подводящим трубам 34. К каждой подводящей трубе 34 подсоединено несколько выравнивателей давления 6 воды. Водяной поток, прошедший через выравниватели давления 6, направляется в водоем.
Связь энергоблоков между собой осуществляется через переходной тамбур с помощью глубоководного перехода (не показан).
Основным условием расположения энергоблоков ГГЭС является удобство их монтажа и демонтажа, не затрагивая соседние энергоблоки. На фиг. 7 показан план такого расположения 14 энергоблоков в единую ГГЭС.
На плане расположения энергоблоков ГГЭС (фиг. 7) изображены: энергоблоки 36, пульт управления 37 ГГЭС, подводный переход 38, установочный понтон 39, лазерный прицел 40, атомные подводные лодки 41.
Между энергоблоками 36 не показаны переходные тамбуры и подводные переходы, чтобы не затенять план.
При таком расположении энергоблоков 36 в водоеме можно производить как монтажные, так и демонтажные работы по замене монтажных секций в любом энергоблоке 36, используя установочный понтон 39 и две атомные подводные лодки 41.
Количество устанавливаемых энергоблоков 36 зависит от рельефа дна водоема, это и определит мощность ГГЭС.
Для сборки энергетического блока глубинной гидроэлектростанции крупногабаритными секциями большого веса предназначен монтажно-установочный комплекс.
При монтаже энергоблока 36 из монтажных секций I-VIII используют эстакаду, которая показана на фиг. 8 и 9, где изображены: уровень 1 водоема, левая монтажная площадка 42, монтажный понтон 43, правая монтажная площадка 44, насыпной песчаный грунт 45.
Строительство эстакады осуществляется в водоеме в районе судостроительного завода, где собираются основные крупногабаритные узлы энергоблока 36. Для эстакады выбирают площадку на глубине и на ней возводят эстакаду, которая состоит из двух монтажных площадок 42 и 44.
Для сооружения ГГЭС в морских глубинах используются два несамоходных понтона: монтажный 43 и установочный 39.
Передвижение монтажного и установочного понтонов 43 и 39 в водоеме осуществляется с помощью вспомогательных судов (четыре судна, из них два - буксируют, два - страхуют понтоны, придерживая их тросами).
Монтажный и установочный понтоны 43 и 39 по своей конструкции, в основном, идентичны и отличаются друг от друга только дополнительным оборудованием.
Понтон монтажный 43 или установочный 39 содержит (фиг. 10-19) металлический лист, выполняющий роль верхней палубы 46, узел стыковки 47 с атомной подводной лодкой 41, резервуары 48 для балластной воды, входные (выходные) щели 49 для входа воды в резервуары 48, задвижки 50 в герметических капсулах, осевые насосы 51 (электродвигатель каждого насоса 51 помещен в герметическую капсулу), трубы 52, составляющие каркас понтона 43 или 39 и определяющие его водоизмещение, входной люк 53 стыковочного узла для подхода водолазов к пульту управления 54 понтоном 39 или 43, трубы 55, подводящие балластную воду к резервуарам 48, конические трубы 56 для подвода (отвода) балластной воды, входные (выходные) патрубки 57, двутавровые балки 58, захваты 59 на полках двутавровых балок 58, тросы 60, наконечники 61 тросов 60, металлический лист, выполняющий роль нижней палубы 62, лазерные прицелы 63, отверстия 64 в металлических листах для прохода воды из водоема в понтон 43 или 39 и обратно, боковые металлические листы 65 понтона 43 или 39. Кроме того, на фиг. 10, 16 и 17 в узлах I-IV показаны насосные блоки, а на фиг. 19 - различные состояния резервуара 48 для балластной воды: а) сжатый резервуар 48 для балластной волы; б) частично заполненный балластной водой резервуар 48; в) полностью заполненный балластной водой резервуар 48.
Монтажный или установочный несамоходный понтон 43 или 39 представляет собой прямоугольный параллелепипед.
Основой понтона 43 или 39 является каркас, собираемый из труб 52. Поперечное сечение трубы 52 показано на фиг. 14.
Сверху каркас монтажного понтона 43 накрывается толстым металлическим листом, на котором идет сборка монтажных секций (I-VIII). Металлический лист приваривается ко всем продольным и поперечным трубам 52 каркаса по всей их длине, что обеспечивает прочность верхней части конструкций понтона 43.
К нижней части понтона 43 или 39 перпендикулярно продольным трубам 52 привариваются двутавровые балки 58. Для установочного понтона 39 к двутавровым балкам 58 дополнительно подсоединяются передвижные захваты 59 и тросы 60 для соединения установочного понтона 39 с монтажной секцией, которая, в свою очередь, находится в собранном состоянии на монтажном понтоне 39.
На верхнюю полку двутавровой балки 58 между продольными трубами 52 привариваются металлические листы, выполняющие роль нижней палубы 62. Нижняя палуба 62 обеспечивает прочность нижней части конструкции понтона 43 или 39. Боковые стенки каркаса обшиваются металлическим листом 65. В металлических листах, обшивающих каркас (сверху, снизу и по бокам), имеется достаточное количество отверстий 64, соединяющих водоем со свободным пространством внутри понтона 43 и 49. В результате этого на любой горизонтальной плоскости внутреннего свободного пространства понтона 43 и 39 величины давления воды как в водоеме, так и внутри понтона 43 или 39 одинаковые.
Следовательно, нет и значительного перепада давления воды между водоемом и резервуаром 48 по горизонтальной плоскости. Поэтому нет необходимости делать стенки резервуара 48 толстыми и особо прочными.
Материалом для резервуара 48 может служить парусина или СВАМ (стекловолокнистый анизотропный материал), которые должны быть прорезинены полиизобутиленом. Полиизобутилен устойчив к действию морской воды.
Для погружения понтона 39 или 43 в водоем или всплытия его на поверхность водоема используются четыре насосных блока I-IV. Насосные блоки объединены в рабочие пары: два блока I и III на подачу балластной воды в резервуар 48 и два блока II и IV на откачку воды из резервуара 48. Насосные блоки одного назначения располагаются в противоположных углах понтона 43 или 39 (по диагонали) и включаются в работу одновременно.
В статическом положении понтона 43 или 39 все задвижки 50 закрыты, и насосы 51 отключены от источника электрической энергии.
На понтонах 43 и 39 имеются два дублирующих друг друга пульта управления 54, с которых идет управление работой понтона. Кроме того, по технологическому процессу пульт управления 54 подсоединяется к центральным пультам управления, расположенным на эстакаде, вспомогательном судне и атомной подводной лодке.
Для погружения понтона 43 или 39 в водоем включаются оба насоса 51, и вода через задвижки 50, которые постепенно открываются, начинает поступать в две трубы 55 для балластной воды. Из двух труб 55 вода распределяется через двадцать конических труб 56 и двадцать входных (выходных) щелей 49 непосредственно в десять резервуаров 48 для балластной воды одновременно с двух сторон понтона 43 или 39 (правой и левой). Резервуар 48 для балластной воды представляет собой сосуд, нижней стенкой которого является нижняя палуба 62. Верхней стенкой резервуара 48 является пластина. Боковые стенки резервуара 48 сделаны в виде гармошки. Это позволяет резервуару 48, по мере поступления в него воды, изменять свой объем.
За счет поступления воды в резервуары 48 увеличивается масса понтона 39 или 43, и он начинает постепенно погружаться в водоем. Погружение понтона 39 или 43 в водоем можно медленно или быстро остановить путем закрытия задвижек 50 и отключения насосов 51.
Перед подъемом понтона 43 или 39 на поверхность водоема он должен находиться в статическом состоянии, т.е. находиться неподвижно и горизонтально в водоеме, должны быть все насосы 51 отключены от источника энергии и задвижки 50 закрыты.
Для всплытия понтона 39 и 43 используется вторая пара насосных блоков II и IV. При включении насосов 51 и постепенном открытии задвижек 50 вода из резервуаров 48 через щели 49 и конические трубы 56 поступает в подводящие балластную воду трубы 55. Далее вода входит в насосы 51 и через задвижки 50 и патрубки 57 выходят в водоем. При откачке воды из резервуаров 48 за счет давления внешней воды гармошка резервуара 48 сжимается, уменьшая его объем и сохраняя при этом давление воды в резервуаре 48, равное давлению воды в водоеме на рассматриваемой горизонтальной плоскости.
Откачиваемая из резервуаров 48 вода уменьшает массу понтона 39 или 43, и он начинает всплывать к поверхности водоема. Подъем понтона 39 или 43 останавливается путем перекрытия задвижек 50 и отключением насосов 51 от источника энергии.
Процесс строительства ГГЭС осуществляют последовательными этапами следующим образом.
Первый этап.
Для строительства ГГЭС в водоеме выбирают подходящую по размерам ровную площадку и дополнительно ее выравнивают. Выровненную площадку размечают по схеме, представленной на фиг. 7.
Второй этап.
В районе судостроительного завода собирают эстакаду (фиг. 8 и 9) для монтажа монтажных секций I-VIII энергоблока. Эстакада состоят из двух параллельно расположенных площадок 42 и 44, на которых расположено все технологическое оборудование для сборки монтажных секций и жилые помещения для обслуживающего персонала.
При массовом строительстве ГГЭС целесообразно строить восемь эстакад, чтобы на каждой эстакаде шла сборка монтажной секции одного типа.
С помощью буксиров между площадками 42 и 44 эстакады устанавливается монтажный понтон 43. Монтажный понтон 43 с помощью фиксаторов может свободно перемещаться по вертикали, но исключается его крен. В фиксированном положении монтажный понтон 43 швартуется с помощью канатов к стенкам площадок 42 и 44.
По ходу монтажа идет увеличение веса монтажного понтона 43, и он углубляется в водоем, соответственно отпускаются швартовые канаты. С помощью барж и грузовых вертолетов на эстакаду доставляются и устанавливаются четыре автомобильных крана (по одному на каждую площадку 42 и 44). Два автокрана устанавливаются на монтажный понтон 43.
Эстакада готова к монтажу монтажных секций I-VIII энергоблока.
Третий этап.
Самоходные баржой подвозят к эстакаде крупногабаритные узлы монтажной секции I, которые подаются на монтажный понтон 43 с помощью автокранов.
Сборка монтажной секции I ведется от центра к периферии одновременно четырьмя автокранами (два на площадках 42 и 44 и два на монтажном понтоне 43).
После полной сборки монтажной секции I с монтажного понтона 43 снимают автокраны, которые устанавливают на площадках 42 и 44 эстакады, и затем в резервуары 48 балластной воды монтажного понтона 43 подают воду из водоема (скорость подачи воды и количество регулируется с пульта управления эстакады). Монтажный понтон 43 вместе с монтажной секцией I опускается на песчаный грунт водоема. Воды в резервуары 48 монтажного понтона 43 запускается столько, чтобы после снятия монтажной секции I с монтажного понтона 43 он оставался бы на дне водоема.
Четвертый этап.
С помощью четырех буксиров установочный понтон 39 заводят на эстакаду и с помощью лазерных прицелов 63 по реперным точкам устанавливают понтон 39 точно над монтажным понтоном 43, который лежит на дне водоема. Включают подачу воды в резервуары 48 установочного понтона 39 и опускают его постепенно в водоем. Одновременно с этим отпускаются троса с буксиров.
Опускание установочного понтона 39 производят до уровня в водоеме, когда наконечники 61 тросов 60 можно будет закрепить за крюки, приваренные к основанию монтажной секции I. Количество крюков определяется расчетом и соблюдением центра тяжести монтажной секции I. Водолазы закрепляют наконечники 61 тросов 60 на крюках, открывают замки, фиксирующие положение монтажной секция I на монтажном понтоне 43, и покидают место стыковки двух понтонов 43 и 39. Постепенно откачивают воду из резервуаров 48 балластной воды установочного понтона 39. В результате этого установочный понтон 39 вместе с монтажной секцией 1, держащейся на тросах, поднимается к поверхности водоема и, не доходя до поверхности водоема, останавливается.
Отключается пульт управления, и установочный понтон 39 вместе с монтажной секцией I, висящей под дном понтона 39, отбуксировывается за пределы эстакады. Отсоединяются буксиры, и на их место встают более мощные вспомогательные суда (два буксирующих и два страхующих), которые буксируют установочный понтон 39 под водой к месту строительства ГГЭС.
После ухода установочного понтона 39 от эстакады откачивают воду из резервуаров 48. Понтон 43 поднимается на поверхность водоема и швартуется к стенке эстакады. Вертолетами снимаются с площадок 42 и 44 два автокрана и ставятся обратно на монтажный понтон 43. Эстакада готова к монтажу монтажной секции II.
Пятый этап.
Доставленный на место строительства ГГЭС установочный понтон 39 с присоединенной к нему монтажной секцией I устанавливается на дно водоема, согласно разметке (фиг. 7), в два приема:
- с приближенной точностью установочный понтон 39 с прикрепленной к нему монтажной секцией I устанавливают на определенной высоте над реперными точками, расположенными на дне водоема. Этот прием делается с помощью четырех вспомогательных судов, доставивших установочный понтон 39;
- для точной установки монтажной секции I на дне водоема по реперным точкам необходимо будет производить определенные смещения установочного понтона 39 по горизонтальной плоскости.
С помощью специального стыковочного узла, находящегося на каждой атомной подводной лодке 41, к установочному понтону 39 подсоединяются две атомные подводные лодки 41. После стыковки установочного понтона 39 с атомными подводными лодками 41 понемногу отпускаются страховочные тросы на вспомогательных судах, и начинает производиться с помощью походных лодок 41 нивелировка положения установочного понтона 39 по реперным точкам, расположенным на дне водоема и на установочном понтоне 39. При совпадении реперных точек начинают заливать воду в резервуары 48 установочного понтона 39 и балластные камеры атомных подводных лодок 41, что приводит к опусканию всей конструкции ко дну водоема. При опускании строго поддерживают нивелировку по реперным точкам.
При достижении дна 1 монтажной секцией запуск воды в резервуары 48 установочного понтона 39 продолжается до тех пор, пока не ослабнет напряжение нагрузки в тросах 60 и не произойдет автоматического отсоединения наконечников 61 тросов 60 от крюков 1 монтажной секции. После этого из резервуаров 48 установочного понтона 39 откачивают воду. Одновременно из балластных камер подводных лодок 41 выталкивают воду в водоем. В результате чего начинается подъем установочного понтона 39 и подводных лодок 41 к поверхности водоема. На определенной глубине водоема установочный понтон 39 расстыковывается с подводными лодками 41. Лодки 41 уходят в сторону, а вспомогательные суда, подтянув троса, начинают буксировку установочного понтона 39 обратно к эстакаде.
Шестой этап.
Водолазы в скафандрах обеспечивают работу на больших глубинах водоема и с помощью гидравлических домкратов 33 (фиг.4) доводят верхнюю плоскость каркаса опалубки 32 (фиг. 4) по трубам каркаса до строго горизонтального положения, это обеспечит горизонтальную плоскость фундамента под энергоблок, а отсюда и вертикальное положение энергоблока в водоеме.
Седьмой этап.
В подготовленную опалубку 32 (фиг. 4) с плавучего бетонного завода непрерывно по пяти рукавам поступает бетонная смесь. Бетонная смесь в опалубке 32 утрамбовывается вибраторами. По мере заполнения опалубки 32 бетоном начинают выравнивать горизонтальную поверхность. После этого дают время на то, чтобы бетон затвердел.
Восьмой этап.
II монтажную секцию предварительно собирают в сборочном цехе судостроительного завода из отдельных узлов и деталей, но крепление между отдельными узлами энергоблока осуществляется разборное, т.е. временное.
После цеховой сборки II монтажной секции и проверки соответствия ее технологическим условиям она разбирается на узлы и детали. Все грузится на самоходные баржи, которые направляются к эстакаде для окончательной сборки основания энергоблока на монтажном понтоне 43.
На палубе монтажного понтона 43 собирают основание энергоблока так же на разборных креплениях. Проверяют соответствие сборки техническим условиям. При положительной оценке, не снимая разборных креплений, производят сварку всех соединений. После этой операция снимают разборные крепления.
Основание энергоблока (II монтажная секция) готово к транспортировке на место строительства ГГЭС.
Дальнейшее передвижение смонтированного основания энергоблока осуществляется так, как описано в третьем, четвертом и пятом этапах.
Девятый этап.
К установленной на (фундаменте II монтажной секции (основание энергоблока) подходят две подводные буровые установки. От центра основания энергоблока к периферии начинают бурить скважины через отверстия в металлическом листе. В полученных скважинах оставляют обсадные трубы, вторые являются металлическими сваями. Таким образом, основание энергоблока ГГЭС через фундамент присоединяется к грунту водоема и тем самым исключается сдвиг энергоблока по горизонтали и вертикали. Количество и диаметр металлических свай определяется расчетом.
Десятый этап.
III монтажная секция - напорный трубопровод 29 (он же отводной канал 3) собирается на специальных грузовых тележках на стапеле судостроительного завода в горизонтальном положении. Собранный напорный трубопровод 29 спускается в водоем и отбуксировывается на место строительства ГГЭС. К нижней части напорного трубопровода 29 временно подсоединяются два дополнительных понтона. Пуском в них воды устанавливают напорный трубопровод 29 в вертикальное положение. При дальнейшем поступлении воды в понтоны напорный трубопровод 29 опускают на заданную глубину водоема в вертикальном положении.
К установочному понтону 39, находящемуся на строительной площадке ГГЭС, подсоединяют две атомные подводные лодки 41. С помощью атомных подводных лодок 41 установочный понтон 39 устанавливается над напорным трубопроводом 29. Далее установочный понтон 39 тросами соединяют с напорным трубопроводом 29.
Установка напорного трубопровода 29 на основание энергоблока осуществляется теми же способами, которые были описаны в пятом этапе.
С установленного напорного трубопровода 29 снимают оба дополнительных понтона и отводят их. Затем отсоединяются тросы и установочный понтон 39 вместе с атомными подводными лодками 41 отводят от энергоблока.
Одиннадцатый этап.
IV монтажная секция - прямая отсасывающая труба 28 в сборе на монтажном понтоне 43 монтируется согласно технологическим условиям сборки.
Двенадцатый этап.
V монтажная секция - спиральная камера 24 в сборе, включая гидротурбину 22, монтируется на монтажном понтоне 43 согласно технологическим условиям сборки.
Тринадцатый этап.
VI монтажная секция - гидрогенератор 27 в сборе монтируется на монтажном понтоне 43 согласно технологическим условиям сборки.
Четырнадцатый этап.
VIII монтажная секция - крышка 35 энергетической установки монтируется на монтажном понтоне 43 согласно технологическим условиям сборки.
Процесс монтажа и установки монтажных секций в энергоблок на одиннадцатом - четырнадцатом этапах происходит аналогично третьему - пятого этапам.
Пятнадцатый этап.
VIII монтажная секция - воздуховод 26 монтируется на специальных грузовых тележках на стапеле судостроительного завода в горизонтальном положении.
Дальнейший процесс монтажа и установки воздуховода 26 осуществляется по аналогии с десятым этапом, т.е. аналогично монтажу напорного трубопровода 29.
Аналогично пятнадцати этапам сборки первого энергоблока монтируются остальные энергоблоки.
После установки в водоеме всех энергоблоков сооружается платформа. На площадках платформы, расположенных выше уровня водоема, монтируется все оборудование, необходимое для работы ГГЭС, а именно: передачи электрической энергия на материк, жилые помещения для обслуживающего персонала и собирается пульт управления ГГЭС.
Испытательный стенд для проверки работоспособности выравнивателя давления воды для энергетического блока глубинной гидроэлектростанции в естественных условиях его работы представляет собой (фиг. 20-26) подводный катамаран 66, состоящий из двух атомных подводных лодок 67, соединенных между собой площадкой 68, на которой установлен испытуемый выравниватель давления 6 и складывающийся напорный трубопровод 69 с заборником 70 воды, в качестве которого использован направляющий аппарат гидротурбины для регулирования подачи воды, и понтонами 71 для подъема (опускания) напорного трубопровода 69, который состоит из верхней секции 72, промежуточной секции 73 и нижней секции 74, которые стыковочными узлами 75 соединены между собой и с основанием 76 секций напорного трубопровода 69. Выравниватель давления 6 соединен трубой 77 с напорным трубопроводом 69, а каркас секций последнего составлен трубами 78. В расширительную часть 79 напорного трубопровода 69 введен входной трубопровод 80, а для связи напорного трубопровода 69 с атмосферой предусмотрен трубопровод 81. Катамаран 66 располагается под уровнем 82 водоема на его дне 83. Каждая подводная лодка 67 катамарана 66 имеет стыковочный узел 84 для соединения с установочным понтоном 39.
На фиг. 26 кроме того показаны:
а) напорный трубопровод 69 в походном положении;
б) частично выпрямленный напорный трубопровод 69;
в) напорный трубопровод 69 в рабочем положений.
Перед отправкой на место строительства ГГЭС на площадку 68 испытательного стенда устанавливают испытуемый выравниватель давления 6 и напорный трубопровод 69 (три секции 72, 73 и 74) в походном положении. Движение испытательного стенда к месту строительства ГГЭС может осуществляться как в надводном, так и в подводном положении.
Прибывший на место строительства ГГЭС испытательный стенд пуском воды в балластные камеры подводных лодок 67 опускается на дно 83 водоема в заданной точке. Путем соответствующих манипуляций - подачей воды или воздуха в балластные камеры подводных лодок 67 - устанавливают строго горизонтальное положение для площадки 68 (фиг. 20). Такое положение строго фиксируется с помощью гидравлических домкратов.
Пуском воздуха в понтоны 71 начинается подъем напорного трубопровода 69 с постепенным выпрямлением до строго вертикального положения относительно горизонтальной площадки 68 (см. фиг. 26, рисунки "б" и "в").
Каркас напорного трубопровода 69 и понтонов 71 сделан из труб 78 с таким расчетом, чтобы полный объем (вес) вытесненной воды был бы немного больше веса напорного трубопровода 69 в сборе. В этом случае вес напорного трубопровода 69 не давит на подводные лодки 67, а наоборот выталкивающая сила воды несколько поднимает напорный трубопровод 69 к поверхности водоема.
Напорный трубопровод 69 имеет специальные замки и стыковочные узлы 75, с помощью которых герметически соединяются секции 72, 73 и 74 напорного трубопровода 69, что обеспечивает его вертикальное положение, при котором испытательный стенд готов для проведения испытаний выравнивателя давления 6.
По завершении испытаний выравнивателя давления 6 открываются замки стыковочных узлов 75 напорного трубопровода 69 и запуском воды в понтоны 71 напорный трубопровод 69 складывается в первоначальное походное положение на катамаране 66. Испытательный стенд готов к возвращению на базу.
Изобретения относятся к гидроэнергетическому строительству и предназначены для получения электрической энергии путем преобразования потенциальной энергии мирового океана в глубинной гидроэлектростанции. Устройство для преобразования потенциальной энергии мирового океана в электрическую энергию содержит расположенный на дне водоема энергетический блок глубинной гидроэлектростанции, состоящий из последовательно установленных по направлению движения водяного потока размещенного в водоеме заборника воды для гидротурбины, турбинного трубопровода, спиральной камеры с направляющим аппаратом, гидроагрегата, отсасывающей трубы и отводного канала, связанного с атмосферой. Устройство снабжено выравнивателем давления воды, входящим в состав энергетического блока, соединенным с отводным каналом и обеспечивающим выравнивание давления воды в отводном канале с давлением воды в водоеме и непрерывную откачку воды из отводного канала обратно в водоем. Приведены конструкции выравнивателя давления воды для энергетического блока глубинной гидроэлектростанции, монтажно-установочного комплекса для сборки этого блока и испытательного стенда для проверки работоспособности выравнивателя давления воды. Данная группа изобретений обеспечивает повышение эффективности работы глубинной гидроэлектростанции и увеличение выработки электроэнергии, а также расширение арсенала технических средств, предназначенных для производства электроэнергии. 4 с..п. ф-лы, 26 ил.
| СПОСОБ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ СОРТИРОВКИ ДРЕВЕСНОЙ ЩЕПЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1989 |
|
RU2032008C1 |
| Гидроаккумулирующая электростанция | 1972 |
|
SU484280A1 |
| SU 1186730 A, 23.10.85 | |||
| РЕЧНАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ | 1991 |
|
RU2017885C1 |
| Способ возведения гидротехнического сооружения | 1986 |
|
SU1465471A1 |
