Плоский высоконапорный затвор водопропускных сооружений ГЭС Советский патент 1985 года по МПК E02B7/26 E02B9/06 

Изобретение относится к гидроэнергостронтельству и может быть использовано в водопропускных сооружениях ГЭС.

Известен затвор, содержащий водонепроницаемую сегментную часть с опорами и элементами связи напорной части с опорами 1 .

Недостаток такого затвора связан с йысокой стоимостью оноры и с ограниченностью ее грузонесущей способности.

Известен также плоский высоконапорный .затвор водопропускных сооружений ГЭС, содержащий грузонесущие ригели, водонепроницаемую обшивку, уплотнения и механизмы маневрирования затвором 2.

Однако в зоне затвора потенциальпая энергия высоконапорн.ого потока в один прием преобразуется в кинетическую энергию высокоскоростного потока, В1з1брасываемо1О из-под затвора одной компактной струей, заключающей в себе энергпю в 10-40 млн кВт. Такой поток обладает громадной разрушающей силой, что вы)1уждает гидростроителей облицовывать затворное пространство дорогостоящей толстой броней. Разрушающая способность такого потока резко возрастает еще из-за образо вания в затворном пространстве глубокого вакуума, вызванного высокими скоро-1ями его течения равными 40-60 м/с,. что приводит к образовапию кавитационпых режимов, резко интенсифицирующих разрушение облицовки, пазов и затворно1Ч) у.зла в целом. Кроме того, в начальной стадии затворы удерживают иебольшие наиоры и поэтому из-за малых скоростей течения потока они должны иметь очень большую площадь рабочей поверхности. На последующих стадиях напоры а следовательно, и скорости резко возрастают, в результате чего для пропуска того же расчетного паводкового расхода требуются площади водопропускных отверстий в трипять раз меньшие. Вследствие этой особериюсти с увеличением напора нагрузк на затворы резко возрастают и грузонесущая способность затвора становится недостаточной, что вынуждает проектировЩ1п ов устраивать .многоярусные схемы, а стоимость каждого яруса составляет 10- 30 млн. ,руб. При увеличении напора на затворы большой ширины резко BO3paci;iiOT размеры нижнего ригеля, что делает гидравлику течения потока из-под затвора неудовлетворительной. К недостаткам относится также то, что даже при интенсивном подводе воздуха в зазатворное пространство пазы и облицовка при высоких напорах на затворе быстро разрущаются, че.м вызвана необходимость устройства дорогостоящих воздухоподводящих каналов .1ЛЯ снижения вакуума в затворном пространстве. .

Цель пзобретения - повышение .надежпости за счет многоступенчатой сработки напора непосредственно в элементах затвора.

f Указанная цель достигается тем, что в плоском высоконапорном затворе водопропускных сооружений ГЭС, содержащем грузонесущие ригели, водонепроницаемую обшивку, уплотнение и механизмы маневри,. рования затворо.м, затвор снабжен перфорированными экранами - гасителями энергии потока, расположенными между ригелями после.ювательно один за други.м в наиравлепии течепия потока, при этом водонепропицаемая обшивка снабжена до-.

5 гюлнительным слоем из антифрикционного материала, размещенным за пей с безнапорпой сторопы и свободно опертой через этот слой па первый по ходу течения потока перфорироваппый экран, причем уплотнение затвора расположено на водонепроницаемой общивке, связанной с механиз.мом маневрирования через направляющий паз.

При таком реп1ении напор срабатывается в несколько приемов, благодаря чему резко улучп аются режимы работы за счет

5 многократного снижения скоростей течения потока в преде.тах затвора и в зазатворпом простра1 стве, чем на порядок снижается силовое взаимодействие между потоком и конструктивными элементами, а также устраняются зоны вакуума, а следовательно, п зоны кавитации. Водонепро1ппи1е.мая обп1ивка яв.тяется подвижной и онирается на грузонесупи1е элементы затвора Bceii своей рабочей поверхностью, благодаря чему на два порядка уменьшаются величины контактных напряжений на антифрикционной оиоре обшивки, а это возможность для использования антифрикциоппого материала с существенно мень1ПИМИ коэффициентами трения скольжения, а следовательно, и возможность для .многократного уменьщения грузоподъемности механизмов.

На чертеже изображен затвор, разрез. Затвор содерж.ит грузонесущую решетку 1 (.риге.1п). водонепроницаемую об5 пи1вку 2, уплотнение 3, механизм 4 маневрирования, перфорированные экраны 5-8, второй с.юй 9 водонепроницаемой обшивки из антифрикциониого материала (например, маслепита), дополнительный механизм И) маневрирования и паз 11.

Затвор работает следующим образом.

На первом этапе строительства ГЭС

затвор пропускает бытовые расходы реки

при низких напорах, что требует больших

сечений водопропускных .отверстий и достигается подъемом механизмами 4 маневрирования грузонесущей рещетки (ригелей) затвора сов.местно с водонепроницаемой общивкой, находящейся по отнощению

к решетке 1 неподвижно. Поток пропускается при низких напорах с небольшими скоростями, а следовательно, и с безопасными режимами течения потока в пределах затвора и в затворном пространстве.

На втором этапе строительства ГЭС напоры постепенно возрастают из-за заполнения водохранилиш,а. В этих режимах грузонесущая решетка 1 частично открыта для пропуска мусора, вовлекаемого в поток при заполнении водохранилища, а регулировка осуществляется перемещением водонепроницаемой обшивки относительно грузонесущей решетки 1 за счет открытия водонепроницаемой обшивки 2, скользящей своей антифрикционной частью 9 по перфорированному экрану 5. Низкие контактные напряжения на антифрикционной поверхности позволяют использовать материалы с уменьшенным коэффициентом трения, благодаря чему грузоподъемность механизмов 10 в два-три раза меньше, чем в известном затворе. При открытии обшивки 2 открывается перфорация экрана-гасителя 5 и вода, предварительно раздробившись на мелкие струи, попадает во внутренние отсеки 12 грузонесущей решетки затвора, в которых благодаря соударению мелких струй осуществляется второй экран гашения энергии потока. Из отсеков 12 вода проходит через следующий перфорированный экран 6, теряет на нем следующую часть энергии за счет дробления на мелкие струи, которые попадают далее в отсеки 13, где вновь соударяются, за счет этого теряют следующую часть своей энергии и при более низких давлениях взаимодействуют со следующим перфорированным экраном 7, фильтруя через его перфорацию и т. д. до истечения из отверстий

последней перфорированной- преграды - экрана 8 на пути течения потока. Таким образом обеспечивается многоступенчатая сработка напора, благодаря чему гашение

энергии потока осуществляется при многократно уменьшенных скоростях и избыточном давлении, чем полностью исключается возможность появления кавитации и чем на два-три порядка уменьшаются динамические воздействия на конструктивные элементы затвора. При этом интенсивность гашения энергии потока тем выше, чем мельче отверстия в экранах, поскольку с уменьшением сечений струй возрастает эффект самогашения энергии потока. В

5 результате поток вытекает в зазатворное пространство через отверстия в экране 8 с небольшими скоростями по всему сечению равномерно, чем также будет снято вихревое течение, а в сумме благодаря этим двум эффектам устраняется потреб0ность в подводе воздуха в зазатворное пространство, что в свою очередь дает два выигрыша - устранение воздухоподводящих шахт и снижение сечения отводящего туннеля из-за отсутствия воздуха в отво5 димом от затворов потоке.

Степень затенения экранов 5-8 онроде.чяется соотношением напоров строител.ного и эксплуатационного периодов работы затвора, а количество экранов определяется максимальными значениями напоров.

Низ обшивки 2, обращенный к экрану о, выполнен из режущего материала.

Основной экбномический эффект по сравнению с базовым объектом-затворами Нурекской ГЭС, связан с сокращением на

г два числа ярусов стоимостью в 25 млн. руб. и сокращением за счет этого срока строительства на два года.

ПЛОСКИЙ ВЫСОКОНАПОРНЫЙ ЗАТВОР ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГЭС, содержаший грузонесушие ригели, водонепроницаемую обшивку, уплотнение и механизмы маневрирования затвором, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет многоступенчатой сработки напора ГЭС, затвор снабжен перфорированными экранами - гасителями энергии потока, расположенными между ригелями последовательно один за другим в направлении течении потока, при этом водонепроницаемая обшивка снабжена дополнительным опоем из антифрикционного материала, размещенным за ней с безнапорной стороны и свободно опертой через этот слой на первый по ходу движения потока перфорированный экран, причем уплотнение затвора расположено на водонепроницаемой обшивке, связанной с механизмом маневрирования через направляющий паз. g (Л со со со оо ел