БЕСПЛОТИННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ РЕЗЕРВУАРОМ Российский патент 2001 года по МПК E02B9/00 F03B13/00 

Описание патента на изобретение RU2162914C2

Изобретение относится к гидростроительству и может быть применено для получения электроэнергии реки без нарушения ее гидрологических характеристик и экологии как самой реки, так и прилегающей к ней местности.

Известны бесплотинные гидроэлектростанции, у которых основным сооружением является деривационный канал, выполненный открытого типа или в виде напорного водовода. В конце канала устанавливается реактивная турбина. Если водовод выполнен напорным, в конце него перед турбиной должен быть установлен уравнительный резервуар.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является проект Майской ГЭС в Республике "Горный Алтай". По этому проекту река перегорожена плотиной. Из образованного ею водохранилища берет начало напорный водовод, уложенный по берегу реки с уклоном, равным или несколько меньшим уклона дна реки. Через определенное расстояние, когда разность отметок заборной и конечной части водовода H достигла расчетной величины, установлены уравнительный резервуар и турбины. Турбины реактивные. Системы Каплана. Реактивные турбины - это турбины, в которых вал ее вращается не от прямого воздействия потока воды на лопатки рабочего колеса, а от реактивной составляющей давления этого потока. Такое техническое решение имеет ряд преимуществ, однако в турбине этого типа на один киловатт вырабатываемой ею электроэнергии расходуется в два раза больше воды, чем в турбинах активных, например ковшовых. Кроме того, БПС, разрабатываемые для локальных энергоисточников с использованием энергии потока малых рек, т.е. работающих с минимальными расходами и минимальными напорами, имеют свои особенности. Одна из них заключается в том, что не всегда удается транспортный водовод БПС выполнить открытым, используя для его прокладки складки местности, а прокладка открытого деривационного канала на эстакаде не всегда экономически оправдана. Напорный же водовод, как было отмечено выше, требует установки в его конце уравнительного резервуара. Увеличение габаритов резервуара удорожает строительство БПС.

Цель изобретения - уменьшить емкость промежуточного, уравнительного резервуара без нарушения процессов его наполнения и освобождения и повысить КПД активных ковшовых турбин при использовании их в БПС, работающих с малыми объемами по расходу и напорами.

Поставленная цель достигается тем, что в бесплотинной ГЭС с промежуточным резервуаром, включающей напорный водовод с водозабором в реке и затворами, имеющий уклон менее уклона дна реки и соединяющий водозабор с промежуточным резервуаром, из которого берет начало напорный водовод ковшовой активной турбины, по ободу рабочего колеса которой закреплены ковши специальной формы и которая через механизм редуцирования связана с валом генератора, в промежуточном резервуаре между вводом напорного водовода и входом в водовод турбины установлен успокоитель потока, например, в виде стенки определенной высоты с отверстиями, каждый ковш рабочего колеса турбины выполнен в виде двух расходящихся под углом гнутых желобов и закреплен на рабочем колесе с возможностью поворота вокруг оси своего крепления.

На фиг. 1 показана общая компоновка бесплотинной ГЭС /БПС/ с промежуточным резервуаром, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - конструкция ковша рабочего колеса турбины, на фиг. 4 - то же, вид сбоку.

В одном из плесов реки 1 с уклоном ее дна i строится водозабор 2 транспортного водовода 3 с затвором 4. Транспортный водород 3 выполнен на всем своем протяжении в виде трубы 5, например, из железобетона, закрытой теплоизолированным материалом 6 и уложенной по берегу реки на опорах 7. Таким образом, уклон транспортного водовода 3 на большем своем протяжении равен уклону дна реки и может меняться по длине водовода, копируя профиль берега.

На расстоянии Lвод., обеспечивающем заданный напор Hполн., установлен промежуточный резервуар 8, к которому присоединен напорный водород 3 и из которого берет свое начало водовод 10 турбины 13. В том месте, где транспортный водовод 3 присоединяется к резервуару 8, выполнен отстойник 9. На фиг. 1 отстойник показан в виде отрезка той же трубы, из которой выполнен транспортный водород 3. Верх резервуара 8 выполнен в виде кольцевого водослива 11, с которым, в свою очередь, соединен отстойник 9. Водослив 11 резервуара 8 и водослив 12 рабочего колеса турбины 13 соединены с рекой 1. Напорный водовод 10 турбины 13 оканчивается соплом 14, заслонка которого управляется приводом 15. К ободу рабочего колеса шарнирно прикреплены ковши специальной формы.

Конструкция ковша 16 показана на фиг. 2. Рабочее колесо турбины 13, водослив 12, привод генераторов и генератор /не показаны/ размещены в одном здании ГЭС 17. Промежуточный резервуар 8 - сложное инженерное сооружение. Увеличение его объема уменьшает динамику тех процессов, которые происходят в нем во время работы турбины, однако резко увеличивают объемы строительных работ по ГЭС и увеличивают цену вырабатываемого БПС киловатта электроэнергии. Во время работы турбины 13 происходит интенсивное наполнение водой резервуара 8 и освобождение его от нее. Турбулентные и вихревые потоки, возникающие в резервуаре, негативно отражаются на работе напорного водовода 10 турбины 13. С тем, чтобы уменьшить объем резервуара до минимума и одновременно исключить негативное влияние процесса заполнения резервуара на работу напорного водорода 10 турбины 13, в нем установлен успокоитель 18, выполненный, например, в виде стенки, разделяющей резервуар на две части. К одной части резервуара подсоединен напорный водовод 3, к другой - водовод 10 турбины 13.

Ковш 16 /фиг. 2/ рабочего колеса турбины БПС с промежуточным резервуаром выполнен в виде 2-х расположенных под углом β желобов 19, имеющих внешние стенки 20 и разделительную диафрагму 21. Днище ковша 16 имеет заборную часть 22. Заборная часть располагается под углом α к потоку воды 23, выходящему из сопла 14, в момент их соприкосновения. Лобовая часть 24 ковша 16 располагается выше границы тени от следом идущего ковша. Ковш 16 к ободу рабочего колеса крепится с помощью шарнира 25. С тем чтобы иметь возможность менять мощность турбины в процессе ее эксплуатации без изменения параметров потока, каждый ковш колеса опирается на толкатель 26, имеющий возможность изменять траекторию движения ковша с Rmin до Rmax и наоборот.

Работает бесплотинная ГЭС с промежуточным резервуаром следующим образом:
С открытием затвора 4 водовода 3 начинает заполняться промежуточный резервуар 8. После того, как уровень воды в резервуаре достигнет максимальной отметки Hполн., кольцевой водослив 11 сбросит излишек воды обратно в реку. Затем открываются затворы сопла 14 /вручную или с помощью привода 15/, вода начинает поступать в ковш рабочего колеса. Колесо турбины начинает вращаться, вращая через механизм редуцирования вал генератора. Для БПС такого типа применяются генераторы общего назначения типа "ОС". Скорость вращения рабочего колеса и величина крутящего момента на его оси регулируются автоматически заслонкой /фиг. 2/ сопла 14 и толкателями, связанными системами автоматики с генератором станции.

Похожие патенты RU2162914C2

название год авторы номер документа
БЕСПЛОТИННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 1998
  • Ушаков Г.Г.
  • Болтухин Н.Я.
RU2173745C2
МАЛАЯ ГЭС С АКТИВНОЙ ТУРБИНОЙ 2005
  • Ушаков Григорий Германович
RU2305793C1
БЕСПЛОТИННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ДЛЯ МЕСТНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 2009
  • Мосалёв Сергей Михайлович
  • Сыса Виктор Павлович
RU2405883C1
СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА СЕЙСМОБЕЗОПАСНЫХ, СБЕРЕГАЮЩИХ РЕКИ И ЭКОЛОГИЮ, ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 2012
  • Ушаков Григорий Германович
RU2514640C1
ГИДРОСТАНЦИЯ С НАПОРНЫМ ВОДОВОДОМ И БОКОВЫМ ВОДОЗАБОРОМ 2008
  • Ушаков Григорий Германович
RU2448215C2
АКТИВНАЯ КОНУСНАЯ ТУРБИНА 2011
  • Ушаков Григорий Германович
RU2495278C2
ГИДРОТУРБИНА 2013
  • Кудинов Анатолий Александрович
  • Судаков Геннадий Владимирович
RU2544402C1
ДЕРИВАЦИОННАЯ БЕСПЛОТИННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С НАПОРНЫМ ВОДОВОДОМ 2012
  • Пациора Борис Юрьевич
  • Агнистов Валерий Анатольевич
RU2469148C1
БЕСПЛОТИННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ РЕЗЕРВУАРОМ 2008
  • Яковенко Александр Леонидович
  • Васильев Александр Иванович
RU2381329C2
ДОННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 2011
  • Ушаков Григорий Германович
RU2499909C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 162 914 C2

Реферат патента 2001 года БЕСПЛОТИННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ РЕЗЕРВУАРОМ

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для получения электроэнергии без нарушения гидрологических характеристик используемой реки и экологии реки и прилегающей к ней местности. Гидроэлектростанция включает напорный водовод с водозабором в реке и затвором. Напорный водовод имеет уклон, меньший уклона дна реки, и соединяет водозабор с промежуточным резервуаром, из которого берет начало напорный водовод активной ковшовой турбины, связанной с валом генератора. В промежуточном резервуаре между вводом напорного водовода и входом в водовод турбины установлен успокоитель потока, выполненный в виде стенки с отверстиями. Каждый ковш рабочего колеса турбины выполнен в виде двух расходящихся под углом гнутых желобов и закреплен на рабочем колесе с возможностью поворота вокруг оси своего крепления. Изобретение позволяет уменьшить емкость промежуточного уравнительного резервуара без нарушения процессов его наполнения и опорожнения и повысить эффективность активных ковшовых турбин при их использовании для получения электроэнергии от малых рек. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 162 914 C2

Бесплотинная гидроэлектростанция с промежуточным резервуаром, включающая напорный водовод с водозабором в реке и затвором, имеющий уклон менее уклона дна реки и соединяющий водозабор с промежуточным резервуаром, из которого берет начало напорный водовод ковшовой активной турбины, по ободу рабочего колеса которой закреплены ковши специальной формы и которая через механизм редуцирования связана с валом генератора, отличающаяся тем, что в промежуточном резервуаре между вводом напорного водовода и входом в водовод турбины установлен успокоитель потока, например в виде стенки определенной высоты с отверстиями, каждый ковш рабочего колеса турбины выполнен в виде двух расходящихся под углом гнутых желобов и закреплен на рабочем колесе с возможностью поворота вокруг оси своего крепления.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2162914C2

Гидроэнергетические установки /Под ред
Д.С.ЩАВЕЛЕВА - Л.: Энергия, 1972, с.16, рис.1 - 7, с.183 - 187, рис.10 - 2, с.241, рис.13 - 5, с.270
БЕСПЛОТИННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 1992
  • Сусанин Владимир Максимович
RU2057843C1
ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 1991
  • Керов Владимир Георгиевич
RU2023904C1
Бесплотинная всесезонная гидроэлектростанция Г.И.Озерова 1991
  • Озеров Григорий Иванович
SU1836586A3
SU 1728354 A1, 23.04.1992
Гидроузел 1985
  • Сирота Анатолий Васильевич
SU1423674A1
DE 4221657 A1, 05.01.1994.

RU 2 162 914 C2

Авторы

Ушаков Г.Г.

Болтухин Н.Я.

Даты

2001-02-10Публикация

1998-09-08Подача