Способ повышения коэффициента полезного действия гидротурбинной установки

Изобретение относится к области эксплуатации гидротурбинных установок и может быть использовано для повышения коэффициента полезного действия (к.п.д.) установок, отработавших длительный срок. Удаление наростов на поверхности, предварительная обработка и покрытие полимерным материалом, например эпоксидным или полиуретановым, толщиной от 30% максимальной глубины язвенных повреждений поверхности, при изолированном расположении язвы, до 60%, в случае примыкания язвин друг к другу, позволяет полностью устранить дополнительные потери энергии, так как качество поверхности с покрытием такой толщины будет ниже качества поверхностей новой гидротурбинной установки. При этом достигается повышение к.п.д. на величину от 1,5 до 2,5%. Технический результат состоит в повышении к.п.д. гидротурбинной установки, проработавшей длительный срок, до его первоначального проектного уровня. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области эксплуатации гидротурбинных установок и может быть использовано для повышения коэффициента полезного действия (к.п.д.) установок, отработавших длительный срок.

Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых наличием признаков, сходных с существенными признаками изобретения.

Из опубликованных и ставших общедоступными сведений следует отметить следующие аналоги изобретения.

Одним из эффективных способов повышения коэффициента полезного действия гидротурбинных установок, отработавших длительный срок, является замена рабочего колеса гидротурбины на новое колесо, рассчитанное, спроектированное и изготовленное с использованием новых прогрессивных технологий. Этот способ позволяет повысить к.п.д. гидротурбинных установок на величину от 1 до 6% в зависимости от срока службы рабочего колеса и степени износа его лопастей.

Известен также способ повышения к.п.д. гидротурбинной установки, заключающийся в замене направляющего аппарата гидротурбины. Он может обеспечить повышение к.п.д. гидротурбинной установки на величину от 0,5 до 1%.

Оба описанных способа при достаточно высокой эффективности требуют очень больших затрат на их реализацию. На 1 кВт дополнительной мощности, получаемой за счет повышения к.п.д. при реализации этих способов, требуются затраты, равные ˜10-50% от стоимости 1 кВт установленной мощности новой ГЭС.

Известно устройство для гидродинамической очистки поверхностей от отложений, см. а.с. СССР №1636072, содержащее насадку сопла-кавитатора, имеющую проточный центральный канал, образующий кавитирующую струю жидкости. Канал сопла-кавитатора создает ощутимое гидродинамическое сопротивление прокачиваемой по нему жидкости за счет турбулентного трения о его поверхность. Это снижает экономичность и производительность очистки поверхности ввиду непроизводительных потерь мощности насоса и кавитирующей струи жидкости.

Известен способ повышения к.п.д. гидротурбинной установки, заключающийся в дробеструйной или пескоструйной обработке поверхностей проточной части и последующем покрытии их лакокрасочными материалами, толщина пленки которых не превышает 100 мк. Этот способ может быть реализован с использованием известного способа обработки поверхности изделий, включающего операцию очистки поверхности от коррозионных и биологических наростов с последующей струйно-абразивной обработкой поверхности водовоздушной смесью, наполненной мелкодисперсными частицами, в результате чего удаляют дефектный слой металла и проводят финишную операцию травления или осветления с получением текстуры поверхности произвольного типа с заданной величиной шероховатости, см. патент РФ №2152865.

Сравнительный анализ потерь энергии, вызванных изменением качества поверхностей проточной части гидротурбинной установки с радиально-осевой гидротурбиной, проработавшей 40-50 лет, и установки, на которой выполнена пескоструйная обработка и покраска лакокрасочными материалами, показывает, что данный способ позволяет добиться увеличения к.п.д. на 0,8-1,0%, в то время как общее снижение к.п.д. за 30-50 лет эксплуатации составляет 1,5-2,5%. Таким образом, данный известный способ позволяет восстановить не более половины снижения к.п.д. гидротурбинной установки, обусловленного ухудшением качества поверхностей в процессе эксплуатации.

Решаемая изобретением техническая задача состоит в повышении к.п.д. гидротурбинной установки, проработавшей длительный срок, до его первоначального проектного уровня. Эта задача для современной энергетики является весьма актуальной, так как обеспечивает сохранение работоспособности гидроэлектростанций, восстановление физического износа основных фондов за счет совершенствования ремонтного обслуживания с восстановлением работоспособности элементов гидротехнических сооружений с продлением гарантированного срока их эксплуатации, снижение затрат на ремонт, техническое обслуживание и эксплуатацию.

Сущность изобретения как технического решения выражается следующей совокупностью существенных признаков, достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата.

Способ повышения коэффициента полезного действия гидротурбинной установки, включающий в себя очистку от коррозионных и биологических наростов, соответствующую предварительную обработку и покрытие защитным составом обтекаемых водой поверхностей гидротурбинной установки, характеризуется тем, что защитный состав представляет собой пленкообразующий полимерный материал, при этом нанесение этого материала осуществляют с обеспечением толщины пленки в пределах от 30 до 60% максимальной глубины язвенных повреждений на очищенной и подготовленной под покрытие поверхности.

В этом заключается совокупность существенных признаков изобретения, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, заявленное решение имеет ряд признаков, характеризующих изобретение в частных случаях его выполнения, либо особых условиях его использования, а именно:

- в качестве пленкообразующего полимерного материала используют эпоксидный материал;

- в качестве пленкообразующего полимерного материала используют полиуретановый материал.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленного изобретения, что позволяет сделать вывод о их соответствии условию "новизна".

Отдельные отличительные признаки заявленного изобретения, такие как нанесение защитного состава, известны из уровня техники, однако заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии данных отличительных признаков изобретения на достигаемый изобретением вышеуказанный технический результат.

В связи с этим по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен разрез по гидротурбинной установке, на фиг.2 - характерный тип поврежденной поверхности в виде глубоких изолированных язвенных повреждений, на фиг.3 - характерный тип поврежденной поверхности в виде примыкающих друг к другу язвенных повреждений.

Обтекаемые водой поверхности напорного водовода 1, спиральной камеры 2, статора 3, направляющего аппарата 4, отсасывающей трубы 5 и обращенные к рабочему колесу 6 поверхности крышки турбины 7 и фундаментного кольца 8 после длительной эксплуатации в течение 30-50 лет имеют коррозионные повреждения и биологические наросты, образующие в совокупности рельеф с неровностями от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Способ реализуют следующим образом.

По сравнению с поверхностями новой гидротурбинной установки, неровности которых не превышают 0,03-0,05 мм, поверхности с коррозионными язвенными повреждениями и биологическими наростами обуславливают дополнительные потери энергии в гидротурбинной установке, составляющие от 1,5 до 2,5% энергии потока, и такое же снижение к.п.д. установки.

Обтекаемые водой поверхности гидротурбинной установки предварительно очищают от коррозионных и биологических наростов методом пескоструйной очистки, а в труднодоступных местах методом зачистки шлифовальной машинкой абразивным камнем.

После этого на подготовленные поверхности наносят защитный состав в виде пленкообразующего полимерного материала, например эпоксидного или полиуретанового.

В качестве пленкообразующего полимерного материала на эпоксидной основе могут быть использованы грунтовки Hempadur Fast Dry 15560, HEMPEL 1270, HEMPEL 12430, а также эмали Hempadur 15130, HEMPEL 60430. Для данных целей пригодны также винилово-эпоксидная грунтовка Виникор-061 с отвердителем АФ-2 или ДТФ-2 и эмаль ХС-436 или ЭП-46У с отвердителем на основе полиэтиленполиамина.

В качестве пленкообразующего полимерного материала на полиуретановой основе могут быть использованы составы фирмы «АГРО» (Австрия), представляющие собой холодновулканизирующиеся полимеры на базе полисульфитного каучука, влажно-вулканизирующийся силиконовый каучук и полиуретан, твердеющий при нормальной температуре. Для данных целей пригодны также полиуретановые составы «Металайн 580» фирмы «Smart Systems GmbH» (Германия).

Пленкообразующий полимерный материал позволяет получать пленку требуемой толщины, при этом нанесение этого материала осуществляют с обеспечением толщины пленки в пределах от 30 до 60% максимальной глубины язвенных повреждений на очищенной и подготовленной под покрытие поверхности

Удаление наростов на поверхности, предварительная обработка и покрытие полимерным материалом толщиной от 30% максимальной глубины язвенных повреждений поверхности, при изолированном расположении язвы, до 60%, в случае примыкания язвин друг к другу, позволяет полностью устранить дополнительные потери энергии, так как качество поверхности с покрытием такой толщины будет не ниже качества поверхностей новой гидротурбинной установки.

При этом достигается повышение к.п.д. на величину от 1,5 до 2,5%.

Предварительные расчеты показали, что затраты на 1 кВт увеличения мощности, получаемого за счет увеличения к.п.д. заявленным способом, составляют от 2 до 5% от стоимости 1 кВт установленной мощности новой ГЭС.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения. Заявленный способ может быть реализован с использованием известных технологий и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие условию «промышленная применимость».

С использованием заявленного способа возможно проведение работ по восстановлению поверхностей рабочего колеса гидротурбин, камеры рабочего колеса гидротурбин, лопаток направляющего аппарата и других элементов гидротурбинных установок.

1. Способ повышения коэффициента полезного действия гидротурбинной установки, включающий в себя очистку от коррозионных и биологических наростов, соответствующую предварительную обработку и покрытие защитным составом обтекаемых водой поверхностей гидротурбинной установки, отличающийся тем, что защитный состав представляет собой пленкообразующий полимерный материал, при этом нанесение этого материала осуществляют с обеспечением толщины пленки в пределах от 30 до 60% максимальной глубины язвенных повреждений на очищенной и подготовленной под покрытие поверхности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пленкообразующего полимерного материала используют эпоксидный материал.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пленкообразующего полимерного материала используют полиуретановый материал.