СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА ОРТОГОНАЛЬНОЙ ПОРОГОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (ОПЭС), СОВМЕЩЕННОЙ С СУДОПРОПУСКНЫМ КАНАЛОМ (СПК) Российский патент 2015 года по МПК F03B13/00 E02B9/00 

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к строительству низконапорных гидроэлектростанций, использующих поперечно-струйные (ортогональные) турбины (далее ОТ), установленные в наплавных блоках.

Оно может быть использовано на разных по водности реках, обеспечивая бесшлюзовый проход судов, т.к. незначительный перепад уровней, создаваемый наплавными порогами, образованными из турбинных модулей в виде энергоблоков, причем их количество, как и количество судопропускных каналов (СПК), возводимых также наплавным способом, определяется в зависимости от энергоресурса реки.

Известен способ сборки ортогональных гидроагрегатов (ОГА) в заводских условиях в виде наплавных энергомодулей-блоков и их буксировка к месту эксплуатации на Кислогубской приливной эл. Станции (см. периодический научно-технический журнал «Малая энергетика», №4, 2008 г., стр.6). Недостатком этого способа является невозможность его внедрения при вертикальном расположении ортогонального гидроагрегата в условиях рек.

Технический результат изобретения заключается в том, чтобы показать один из способов технического решения строительства ГЭС на судоходных реках, где по местным условиям возводить плотины и шлюзы не представляется возможным.

Технический результат изобретения также заключается в том, что малозатратность и легкоосуществимость ОПЭС по сравнению с постройкой традиционных гидроэлектростанций (ГЭС) достигается отсутствием необходимости возведения плотин с неизбежным затоплением и подтоплением обширных территорий, что является главным сдерживающим фактором использования практически неограниченного потенциала равнинных рек. Внедрение предложенного способа открывает возможность строить ОПЭС независимо от ландшафтности без ограничения в количестве, где в них есть необходимость. Поскольку перепады в течениях отсутствуют, то отпадает необходимость в шлюзах, т.к. заменяющий их судопропускной канал (СПК), являющийся составной частью ОПЭС, позволит проходить судам почти безостановочно, при этом постройка таких судопропускников так же, как и ОПЭС, возможна наплавным методом, при этом в половодье и при ледоходе СПК, как и пороги ОПЭС, способны без задержки пропускать перепады уровней, не создавая ледяных заторов, при этом период половодья не отразится на работе ОПЭС, т.к. ее турбины находятся внутри пороговых блоков, а их генераторы могут находится на берегу в закрытых машинных отделениях.

Технический результат достигается в способе строительства ортогональной пороговой электростанции, совмещенной с судопропускным каналом (СПК), в котором согласно изобретению при его осуществлении все составляющие строящегося объекта в виде готовых железобетонных или металлических блоков от завода до места сборки доставляют наплавным способом, последовательность строительных работ начинают от ранее установленного опорно-ограничивающего барьера, состоящего из металлического, железобетонного или деревянного шпунта, выступающего в подводном положении на высоту, достаточную для фиксированного удержания затапливаемых пороговых блоков с ортогональными турбинами, в том числе и фундамент СПК, сборку которого начинают первым, состыковывая на плаву в единую конструкцию прямоугольной формы, запас плавучести которой достаточен для удержания стоек под закладку бортовых панелей, завершают сборку СПК установкой двухстворчатых ворот, их оставляют открытыми до окончания работ по установке пороговых блоков с ортогональными турбинами, присоединенными через трансмиссионную передачу к установленным на берегу генераторам, работа электростанции возможна при закрытых воротах СПК, чем обеспечивается его переход в состояние статичного водоема, при обтекании которого речное русло разделяется на два равных сужающихся потока, направленных к пороговым блокам с ортогональными турбинами; при прохождении судов по судопропускному каналу сквозного открытия его ворот не допускают.

Кроме того, судопропускной канал, находящийся посередине обтекаемого его речного русла, делит это русло на два потока, направленных к ортогональным турбинам по сужающему их каналу, увеличивающим их скоростной напор до значений, достаточных, чтобы обеспечить работу электростанции на не перекрытых плотиной реках.

Кроме того, трансмиссионная передача обеспечивает возможность выноса генераторов электростанции за пределы речного течения, что упрощает их техническое обслуживание.

Этот технический результат достигается еще и тем, что в способе все его составляющие согласуются с законом гидромеханики, например, СПК является не только судопропускником, но он же выполняет ряд и других важных функций, одна из главных - разделение речного течения на отдельные потоки, скорость течения в которых увеличивается в зависимости от того, какую объемную часть потока вытесняет СПК, если он составляет половину объема реки, скорость обтекаемых СПК потоков будет в два раза превышать течение реки, согласуясь с законами гидромеханики, когда происходит сужение канала, увеличивается скорость потока, при этом гидростатическое давление жидкости уменьшается, а потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию, следовательно, мощность потока зависит от количества воды, которое он пропустит через поперечное сечение в единицу времени, т.е. от расхода воды и от ее напора.

К примеру если скорость течения реки 0,3 м/с, тогда скорость W в обтекаемых СПК потока будет равна 0,6 м/с, проходя через пороговый энергоблок с конусообразным прямоугольного сечения водоводом, раструб у которого S=50 м², a S горловины с ортогональной турбиной = 15 м²,

согласно уравнению Бернулли $$\frac{p{w}^2}{2}+П+Р=const$$ следует

Q=W₁×S₁=W₂×S₂=0,6×50/15=2 м/с или 15×2=30 м³,

определяется мощность водного потока согласно формуле:

N=9,81QH кВт, где 9,81 = коэффициент округл. = 1,0; Q=hfc[jl=30 м³, Н = напор = 2 м/с; N=10×30×2=600 кВт.

Из этого следует вывод, что небольшая река с энергоресурсом 180 м³/с при наличии СПК и шести энергоблоков (см. фиг.1) способна вырабатывать суммарную мощность 3600 кВт.

Если вместо порогов была возведена плотина высотой 10 м, мы бы получили 36000 кВт, но эту же мощность 36000 кВт можно получить и без возведения плотины при помощи одного СПК и каскада из десяти последовательно установленных вдоль бортов порогов, по шесть энергоблоков в каждом.

На фиг.1 показан в плане участок речного русла, разделенного закрытым судопропускным каналом (1) на два потока, направленных по сужающимся каналам (2) в сторону пороговых наплавных блоков (3) с горизонтально установленными ортогональными турбинами (4), их валы способны через трансмиссионную передачу (5) передать крутящий момент от турбин к установленным на берегу генераторам (6). Работа ГЭС, а также проводка судов возможна при одной паре закрытых понтонных ворот (7).

На фиг.2 в разрезе показан пороговый энергоблок (3), собранный из двух полых, верхней и нижней, заполненных водобалластом частей, образующих водовод, в узкой части которого установлена ортогональная турбина (4), пороговый блок удерживается сваями (8).

При осуществлении указанного способа все составляющие объекта в виде готовых ж/б или металлических блоков (конструкций), изготовленных в заводских условиях, доставляются до места стройки (к створу) наплавным способом. Последовательность строительных работ определяется в зависимости от состояния речного дна, при его зыбкости весь створ реки перекрывают сплошным укороченным шпунтом из металла, ж/бетона или дерева, образуя определенной высоты подводный опорный барьер, служащий одновременно для фиксации затапливаемых пороговых блоков с ОТ 4, в том числе и сам фундамент СПК, собирают из с закрытыми торцами ж/б или стальных труб большого диаметра или таких же закрытых коробов в виде прямоугольника первыми, а его плавучести при этом достаточно, чтобы удержать установленные вдоль его продольных сторон стойки для закладки бортовых панелей. Так как СПК, обладая статическим водоемом, по отношению к обтекающим его потокам, из-за возможной фильтрации со стороны СПК с возможным подмывом фундамента, с внутренней стороны фундамента устраивают защитные берды, используя рулонные водонепроницаемые материалы с последующей их присыпкой гравием или щебнем (см. «Малая энергетика», №4, 2008, стр.30).

Завершают работы по наращиванию бортов СПК (1) установкой двух пар понтонных двустворчатых ворот (7) до завершения работ по установке пороговых наплавных энергоблоков с ортогональными турбинами (4), установленными горизонтально или вертикально, работающих на общем секционированном валу трансмиссионной передачи (5) с выходом к генераторам (6), установленным на набережной, все ворота (7) оставляют отрытыми. Работа ОПЭС возможна при одной паре закрытых воротах (7), при прохождении судов по СПК (1) не допускается сквозное открытие ворот (7), при экстренной остановке электростанции открывают все ворота (7) СПК (1).

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к строительству низконапорных гидроэлектростанций. При осуществлении способа строительства ОПЭС, совмещенной с СПК 1, все составляющие строящегося объекта в виде готовых железобетонных или металлических блоков от завода до места сборки доставляют наплавным способом. Последовательность строительных работ начинают от ранее установленного опорно-ограничивающего барьера, состоящего из металлического, железобетонного или деревянного шпунта, выступающего в подводном положении на высоту, достаточную для фиксированного удержания затапливаемых пороговых блоков с ортогональными турбинами 4, в том числе и фундамент СПК 1. Сборку фундамента начинают первым, состыковывая на плаву в единую конструкцию прямоугольной формы, запас плавучести которой достаточен для удержания стоек под закладку бортовых панелей. Завершают сборку СПК 1 установкой двухстворчатых ворот 7. Ворота 7 оставляют открытыми до окончания работ по установке пороговых блоков с турбинами 4, присоединенными через трансмиссионную передачу 5 к установленным на берегу генераторам 6. Изобретение направлено на обеспечение строительства ГЭС на судоходных реках, где по местным условиям возводить плотины и шлюзы не представляется возможным. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ строительства ортогональной пороговой электростанции, совмещенной с судопропускным каналом (СПК), отличающийся тем, что при его осуществлении все составляющие строящегося объекта в виде готовых железобетонных или металлических блоков от завода до места сборки доставляют наплавным способом, последовательность строительных работ начинают от ранее установленного опорно-ограничивающего барьера, состоящего из металлического, железобетонного или деревянного шпунта, выступающего в подводном положении на высоту, достаточную для фиксированного удержания затапливаемых пороговых блоков с ортогональными турбинами, в том числе и фундамент СПК, сборку которого начинают первым, состыковывая на плаву в единую конструкцию прямоугольной формы, запас плавучести которой достаточен для удержания стоек под закладку бортовых панелей; завершают сборку СПК установкой двухстворчатых ворот, их оставляют открытыми до окончания работ по установке пороговых блоков с ортогональными турбинами, присоединенными через трансмиссионную передачу к установленным на берегу генераторам, работа электростанции возможна при закрытых воротах СПК, чем обеспечивается его переход в состояние статичного водоема, при обтекании которого речное русло разделяется на два равных сужающихся потока, направленных к пороговым блокам с ортогональными турбинами; при прохождении судов по судопропускному каналу сквозного открытия его ворот не допускают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что судопропускной канал, находящийся посередине обтекаемого его речного русла, делит это русло на два потока, направленных к ортогональным турбинам по сужающему их каналу, увеличивающим их скоростной напор до значений, достаточных, чтобы обеспечить работу электростанции на не перекрытых плотиной реках.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что трансмиссионная передача обеспечивает возможность выноса генераторов электростанции за пределы речного течения, что упрощает их техническое обслуживание.