Способ регулирования температурного режима воды в нижнем бьефе плотины и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для уменьшения отрицательного влияния гидроэлектростанции на температурный режим реки в нижнем бьефе. Цель изобретения - повышение эффективности регулирования температурного режима воды в нижнем бьефе плотины. Отбор воды из водохранилища 3 осуществляют одновременно глубинными водозаборами 9 и поверхностными 10 и перепускают в нижний бьеф по раздельным водоводам 8, а успокаивают без смешения, причем отобранную из поверхностного слоя воду перед выпуском ее в нижнем бьефе аэрируют путем распыления в ней воздуха и направляют ее в верхний слой реки между ее берегами 1 и 2 посредством успокоительно-направляющего сооружения 15, обеспечивающего успокоение и растекание потока аэрированной воды по верхнему слою нижнего бьефа плотины между его берегами. Водоаэрирующие приспособления 13 и 14 выполнены в виде эжектора и распылителя воздуха, сообщенного с источником сжатого воздуха, поверхностные водозаборы 10 отделены друг от друга в плане глубинными водозаборами 9, а каждое успокоительно-направляющее сооружение 15 выполнено в виде колодца 20, образованного водопереливной стенкой 21, дугообразной в плане и Г-образной в поперечном сечении формы и разделительными боковыми стенками 22. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для уменьшения отрицательного влияния образованного плотиной водохранилища на температурный режим реки в нижнем бьефе.

Известен [1] способ регулирования температурного режима воды в нижнем бьефе плотины, включающий отбор воды только из поверхностного слоя, образованного плотиной водохранилища, перепуск потока поверхностной воды под напором по водоводам в нижний бьеф плотины и его успокоение. Недостатком такого способа является его низкая эффективность в случае забора большого количества воды из поверхностного слоя вследствие "помех", создаваемых друг другу рядом расположенными водоприемниками водоводов, а также вследствие быстрой обработки воды поверхностного слоя и поступления в него из глубинного слоя воды, менее качественной по температуре. При этом снабжение всех водоводов только поверхностными водозаборами связано с высокими затратами и дополнительными потерями напора.

Известен [2] способ регулирования температурного режима воды в нижнем бьефе плотины, включающий отбор воды как из глубинного, так и из поверхностного слоев образованного плотиной водохранилища, перепуск из водохранилища потоков глубинной и поверхностной воды под напором по водоводам с глубинными и поверхностными водоприемниками в нижний бьеф плотины и их успокоение. Недостатком такого способа является низкая эффективность из-за смещения потоков глубинных и поверхностных вод, происходящего как в водоводе при перепуске, так и в нижнем бьефе плотины после перепуска потоков.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении эффективности регулирования температурного режима воды в нижнем бьефе плотины за счет предотвращения смешивания потока воды, отобранного из поверхностного слоя водохранилища, с потоком воды, отобранного из глубинного слоя водохранилища.

Этот технический результат достигается за счет того, что в способе регулирования температурного режима воды в нижнем бьефе плотины, включающем отвод воды из глубинного и поверхностного слоев, образованного плотиной водохранилища, перепуск потоков глубинной и поверхностной воды под напором по водоводам в нижний бьеф плотины и их успокоение, отбор глубинной и поверхностной вод осуществляют одновременно, а перепуск их потоков в нижний бьеф производят по раздельным водоводам, причем поток поверхностной воды или его часть перед выпуском в нижний бьеф аэрируют путем распыления в нем воздуха, а успокоение потоков поверхностной воды осуществляют успокоительно-направляющим сооружением путем растекания потока аэрированной воды по верхнему слою нижнего бьефа плотины между его берегами.

Технический результат достигается также за счет того, что в устройстве для регулирования температурного режима воды в нижнем бьефе плотины, содержащем расположенные в плотине водоводы с глубинными и поверхностными водоприемниками, соединяющими образованное плотиной водохранилище с нижним бьефом плотины, по крайней мере, один водовод с поверхностным водоприемником выполнен с водоаэрирующим приспособлением, а водоводы с поверхностными водоприемниками снабжены успокоительно-направляющими сооружениями, размещенными в нижнем бьефе плотины между его берегами, причем успокоительно-направляющие сооружения выполнены с выпускными окнами, расположенными в верхних их частях и обращенными в сторону нижнего бьефа, а глубинные водоприемники выполнены смежными с поверхностными водоприемниками. Водоаэрирующее приспособление выполнено в виде водовоздушного эжектора и/или распылителя воздуха, сообщенного с источником сжатого воздуха. Каждый поверхностный водоприемник выполнен в виде водопереливной П- или Л-образной в плане стенки, обращенной открытой стороной к плотине и установленной с возможностью вертикального перемещения в зависимости от изменения уровня воды в водохранилище, а каждое успокоительно-направляющее сооружение выполнено в виде колодца с водопереливной дугообразной в плане передней стенкой, обращенной выпуклостью в сторону нижнего бьефа, и разделительными боковыми стенками, причем водопереливная стенка выполнена Г-образной в поперечном сечении с полкой, обращенной в сторону нижнего бьефа.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично изображен гидроузел, план; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1.

Гидротехническое сооружение, перегораживающее реку между ее берегами 1 и 2 и создающее водохранилище 3, включает бетонную плотину, состоящую по длине из частей: глухих 4 и 5, водосливной 6, и стационарной 7. В пределах стационарной части 7 расположены водоводы 8, каждый из которых снабжен на входе водоприемником глубинным 9 или поверхностным 10, а на выходе гидротурбиной 11. Два водовода 8 с поверхностными водоприемниками 10 распложены в средней части 12 реки и дополнительно снабжены каждый на выходе в нижнем бьефе плотины между его берегами водоаэрирующими приспособлениями 13 и 14 и ускокоительно-направляющим сооружением 15, а один водовод 8 с поверхностным водоприемником 10 расположен крайним у берега 1 реки и дополнительно снабжен на выходе в нижний бьеф разделительной стенкой 16, отделяющей береговую часть 17 реки от ее средней части 12. Все водоприемники, смежные в плане с поверхностными водоприемниками 10, выполнены глубинными.

Каждый поверхностный водоприемник 10 выполнен в виде водопереливной П- или Л-образной в плане стенки 8, обращенной открытой стороной к плотине и установленной с возможностью вертикального перемещения вместе с удерживающими ее поплавками 19 в зависимости от изменения уровня воды в водохранилище 3. Каждое успокоительно-направляющее сооружение выполнено в виде колодца 20 с водопереливной дугообразной в плане передней стенкой 21, обращенной выпуклостью в сторону нижнего бьефа, и разделительными боковыми стенками 22. При этом в верхней части успокоительно-направляющего сооружения над водопереливной стенкой 21 расположено выпускное окно, а сама водопереливная стенка 21 выполнена Г-образной в поперечном сечении с полкой, обращенной в сторону нижнего бьефа.

Водоаэрирующее устройство 13 расположено в днище 23 концевого участка водовода 8 (в отсасывающей трубе) и выполнено в виде водовоздушного эжектора, содержащего блок сопел 24, водотрубопровод 25, соединенный с атмосферой в нижнем бьефе, всасывающие патрубки 27, камеру смешения 28 и диффузор 29. Водоаэрирующее устройство 14 расположено в колодце 20 вдоль всей водопереливной стенки 21 и выполнено в виде распылителя воздуха (перфорированной трубы) 30, сообщенного с источником сжатого воздуха (не показан).

Способ осуществляют, а устройство работает следующим образом.

Глубинными водоприемниками 9 осуществляют отбор воды из глубинного слоя водохранилища 3 и по раздельным водоводам 8 через гидротурбины 11 перепускают поток глубинной воды под напором в нижний бьеф. Одновременно с этим поверхностными водоприемниками 10 осуществляют селективный отбор воды из поверхностного слоя водохранилища 3 и по раздельным водоводам 8 через гидротурбины 11 также перепускают поток поверхностной воды под напором в нижний бьеф. При этом вода, забранная двумя поверхностными водоприемниками 10 и перепускаемая по двум водоводам 8 в среднюю часть 12 реки, аэрируется путем распыления воздуха водоаэрирующими устройствами сначала 13, а затем 14, успокаивается в колодце 20 и, переливаясь через водопереливную стенку 21, направляется в верхний слой реки между ее берегами. Растеканию воды в нижнем бьефе плотины в виде поверхностного слоя способствуют уменьшенная за счет аэрирования плотность воды, выпуклость в плане водопереливной стенки 21 и ее Г-образное выполнение.

Водоаэрирующее устройство 13 работает как водовоздушный эжектор под действием высоконапорного потока воды, подаваемой из водохранилища или насосом к соплам 24, при этом затраченная на эжекцию энергия частично возвращается в виде разрежения на выходе из водовода (отсасывающей трубы), которое увеличивает напор на гидротурбину. Водоаэрирующее же устройство 14, как наиболее дорогостоящее, задействуют только в наиболее ответственные периоды: зимою в период образования ледяного покрова в пределах населенных пунктов, а летом в дни отдыха населения.

Дополнительно вода, забираемая поверхностным водоприемником 10 и перепускаемая по крайнему, расположенному у берега 1 реки, водоводу 8 в нижнем бьефе, успокаивается в пределах разделительной стенки 16 и направляется в береговую часть 17 реки, где она движется вдоль берега без смешения с русловым потоком реки. В результате осуществляется дополнительное регулирование температурного режима воды в нижнем бьефе в береговой части реки без аэрирования потока.

Аэрирование воды осуществляют летом теплым воздухом, а зимой холодным, при этом аэрированная вода, как менее плотная, растекается по всей поверхности реки между ее берегами, в том числе и над потоком у берега 1, и движется без смешения с водой нижнего слоя, что повышает эффективность нагрева воды верхнего слоя в летнее время года и охлаждение воды до образования ледяного покрова, в зимнее время года. При этом наличие в реке разнотемпературных потоков и потока, обогащенного воздухом, благоприятным образом влияет на многообразие ихтиофауны.

Формула изобретения

1. Способ регулирования температурного режима воды в нижнем бьефе плотины, включающий отбор воды из глубинного и поверхностного слоев образованного плотиной водохранилища, перепуски потоков глубинной и поверхностной вод под напором по водоводам в нижний бьеф плотины и их успокоение, отличающийся тем, что отбор глубинной и поверхностной вод осуществляют одновременно, а перепуск их потоков в нижний бьеф производят по раздельным водоводам, причем поток поверхностной воды или его часть перед выпуском в нижний бьеф аэрируют путем распыления в нем воздуха, а успокоение потока поверхностной воды осуществляют успокоительно-направляющим сооружением путем растекания потока аэрированной воды по верхнему слою нижнего бьефа плотины между его берегами.

2. Устройство для регулирования температурного режима воды в нижнем бьефе плотины, содержащее расположенные в плотине водоводы с глубинными и поверхностными водоприемниками, соединяющие образованное плотиной водохранилище с нижним бьефом плотины, отличающееся тем, что по крайней мере один водовод с поверхностным водоприемником выполнен с водоаэрирующим приспособлением, а водоводы с поверхностными водоприемниками снабжены успокоительно-направляющими сооружениями, размещенными в нижнем бьефе плотины между его берегами, причем успокоительно-направляющие сооружения выполнены с выпускными окнами, расположенными в верхних их частях и обращенными в сторону нижнего бьефа, а глубинные водоприемники выполнены смежными с поверхностными водоприемниками.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что водоаэрирующее приспособление выполнено в виде водовоздушного эжектора и/или распылителя воздуха, сообщенного с источником сжатого воздуха.

4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что каждый поверхностный водоприемник выполнен в виде водопереливной П- или Л-образной в плане стенки, обращенной открытой стороной к плотине и установленной с возможностью вертикального перемещения в зависимости от изменения уровня воды в водохранилище.

5. Устройство по пп. 2 4, отличающееся тем, что каждое успокоительно-направляющее сооружение выполнено в виде колодца с водопереливной дугообразной в плане передней стенкой, обращенной выпуклостью в сторону нижнего бьефа, и разделительными боковыми стенками, причем водопереливная стенка выполнена Г-образной в поперечном сечении с полкой, обращенной в сторону нижнего бьефа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2