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.

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 L_вод., обеспечивающем заданный напор H_полн., 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 R_min до R_max 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 H_полн., 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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4