Устройство составного мобильного деривационного водовода и способ его возведения

Заявленная группа изобретений относится к гидротехническому и гидроэнергетическому строительству и может быть использована для создания напорных водоводов, гидроаккумулирующих и т.п. гидроэлектростанций, а также насосных станций. Составной мобильный деривационный водовод включает водопроводящие секции из двух- и однооболочечных водоводов, соединенных посредством компенсатора с гибким или жестким трубопроводом. Для изготовления одно- и двухоболочечных водоводов используют реберно-ячеистый каркас из повторяющихся систем перекрещивающихся спиралей из композитных наноматериалов, обладающих свойством восстановления и сохранения проектной формы за счет энергии активизации на восстановление. В водопроводящей оболочке водовода предусматриваются специальные обечайки-бандажи между внутренними и внешними ее слоями, в которых располагаются гибкие ребра жесткости, соединяющиеся между собой быстроразъемной связью-защелкой. В нижней части оболочки водовода предусмотрен компенсатор-амортизатор с камерой, имеющий клапан для подачи воздуха. По внешнему нижнему контуру устраиваются прижимные анкера, обеспечивающие устойчивость водовода по всей трассе. Вантовая система соединяется со специальными обечайками-бандажами в верхней части водовода. Способ возведения мобильного деривационного водовода заключается в том, что все его элементы выполняются из композитного наноматериала, обладающего памятью формы, отдельно и монтируются на монтажной площадке с помощью гибких связей. Изготовление обечаек-бандажей по внешней оболочке предусматривается их привариванием с последующей укладкой в них ребер жесткости с быстроразъемной связью. Вантовая система включает ванту-подбор и ванты-оттяжки, изготавливается на монтажной площадке согласно проектным данным. Изготовление однооболочечных и двухоболочечных протяженных элементов водовода ведется также на монтажной площадке с устройством в них компенсаторов-амортизаторов и прижимных анкеров, а по внешней однооболочечной части устраивается реберно-ячеистый каркас. Подготовленные элементы мобильного деривационного водовода возводятся по его трассе согласно проектной документации, включающей расчетную, изыскательскую, организационно-строительную работы, включая планировку трассы водовода, создание верхового и низового бассейнов, доставку и монтаж водопроводящих элементов, вантовой системы, анкерных опор, а затем ведут монтаж контейнерного типа здания микроГЭС с установленным в нем гидроагрегатом и системой мониторинга, устройством для гашения гидравлического удара, ведут монтаж диффузора и монтируют в нижнем бьефе грунтонаполняемые оболочки, обеспечивающие гашение энергии и препятствующие эрозийному процессу дна и его откосов. Применение данного изобретения снизит капитальные затраты и позволит увеличить технически возможный гидропотенциал малых рек в условиях сложного горного рельефа местности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к гидротехническому и гидроэнергетическому строительству и может быть использовано для создания напорных водоводов, гидроаккумулирующих и т.п. гидроэлектростанций, а также насосных станций.

Известен напорный водовод гидроаккумулирующей электростанции, включающий входной оголовок; переходной участок; водовод; анкерную опору; колено напорного водовода с напорной прокладкой; потоконаправляющий элемент в виде эластичной оболочки, причем присоединенный через потерну (Патент RU 2392378 C1, Е02В 9/02 (2006/01) «Напорный водовод гидроаккумулирующей электростанции». Опубл. 20.06.2010. бюл. №17).

Недостатками являются сложность выполнения монтажных работ по прокладке деривационного водовода в условиях скальных грунтов, а также ненадежность работы направляющего элемента при изменении режима работы водовода.

Известен уравнительный резервуар для гашения гидравлического удара в напорном водоводе деривационной ГЭС, включающий наклонную камеру уравнительного резервуара, воздуховод (Патент РФ №2049197 (С1). Е02В 9/06. «Уравнительный резервуар напорного деривационного водовода ГЭС». Опубл. 27.11.1995).

Недостатками являются значительная стоимость и трудоемкость работ по возведению наклонной камеры уравнительного резервуара вдоль трассы деривационного тоннеля, что препятствует его применению для гашения гидравлического удара в мобильном водоводе.

Известна оболочечная конструкция для изготовления оболочек, включающая реберно-ячеистый каркас из повторяющихся систем перекрещивающихся спиралей с образованием ребер жесткости с узлами из перекрестий и концентричный реберно-ячеистый каркас, внешний слой, а также и установленный слой с внутренней стороны реберно-ячеистого каркаса и концентрично ему, при этом внутренний и внешний слои выполнены из тонкостенного материала волнообразной формы с образованием полостей, в которых размещены ребра жесткости и узлы перекрестий ребер жесткости реберно-ячеистого каркаса (Патент РФ №2558506 В29С 53/56. «Оболочечная конструкция и способ изготовления ее». Опубл. 10.08.2015. бюл. №22).

Недостатками являются значительные затраты на формирование реберно-ячеистого каркаса, а также увеличение его веса.

Известен наиболее близкий аналог гидроэнергетического сооружения рукавного типа, включающий водоподпорную оболочку, ванты-оттяжки, ванту-подбор, береговые анкерные опоры, русловые анкера, насадку с регулирующей задвижкой, гибкий рукав, устанавливаемый совместно с гидроагрегатом на водонаполняемую оболочку (Патент RU 2498009/ (С1), МПК Е02В 9/00, Е02В 7/02. «Мобильная микроГЭС рукавного типа с поперечно-струйной турбиной». Опубл. 10.11.2013, бюл. №31).

Недостатком является невозможность его использования для горных рек без дополнительного закрепления и обеспечения условий, препятствующих скручиванию рукава при значительной протяженности.

Известен многопролетный вантовый трубопроводный переход, предназначенный для уменьшения изгибающих моментов над промежуточными опорами, включающий промежуточные опоры, трубопровод с компенсаторами, парные ванты и пилоны с роликами (А.С. SU №1691450 А1. МПК Е01Д 11/00 В. «Многопролетный вантовый трубопроводной переход». Опубл. 15.11.1991. бюл. №42).

Недостатками являются сложность конструкции, отсутствие связей, препятствующих воздействию ветровой нагрузки на боковую поверхность трубопровода, что может вызвать поперечные колебания в горизонтальной плоскости и снизить его эксплуатационную надежность в горных условиях.

Известен способ возведения строительства гидроузла, включающий проектно-изыскательную, проектно-техническую, проектно-организационную и строительную работы (Матвеев Е.С. «Архитектурное решение гидроэлектростанций». - М.: Энергия, 1975, с. 120-123).

Недостатками являются большие затраты на строительство и невозможность использования в горных условиях без применения тяжелой строительной техники.

Известен способ изготовления оболочечной конструкции, заключающийся в выполнении в форме цилиндра внутреннего и внешних слоев, изготавливаемых по отдельности, а затем вдвигающихся друг в друга (Патент РФ №2558506 В29С53/56. «Оболочечная конструкция и способ изготовления ее». Опубл. 10.08.2015. бюл. №22).

Недостатками являются сложность изготовления оболочек, а также вес их, что значительно оказывает влияние на использование их в горных условиях.

Известен проект организации строительства гидроузла, включающий его строительный план с расположением постоянных и временных сооружений, а также сложные виды работ (Использование водной энергии: учебник для вузов / Под ред. Ю.С. Васильева - 4-е издание, перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1995, с. 592-594).

Недостатком данного способа является значительный объем работ по устройству временных подземных путей и может быть использован при прокладке только традиционных деривационных водоводов.

Задачей изобретения является создание составного мобильного деривационного водовода для микроГЭС малых горных рек и способа его возведения без использования тяжелой строительной техники.

Предлагаемое изобретение позволит увеличить технически возможный гидропотенциал малых горных рек для мобильных микроГЭС сезонного действия за счет применения мобильного составного водовода.

Данный технический результат достигается за счет создания составного мобильного деривационного водовода 1, состоящего из гибких и мягких композитных наноматериалов, обладающих памятью формы, представляющих собой водопроводящие секции из сочетания двухоболочечных 2 и однооболочечных 3 водоводов, соединенные между собой гибкими связями 4. Однооболочечный водовод 3 создается длиной не более 30 м, что обеспечивает его надежность работы без скручивания. Двухоболочечный водовод 2 состоит из внутренних 5 и внешних 6 оболочек, соединенных между собой гибкой связью 7, и все они выполняются из композитных наноматериалов, обладающих восстановительными свойствами и использующих энергию активизации на восстановление, и в совокупности являющиеся потоконаправляющими элементами всего деривационного водовода 1, причем для сохранения их формы, вычисляемой численными методами, в водопроводящей оболочке водовода предусматриваются специальные обечайки-бандажи 8 с находящимися в них ребрами жесткости 9, которые расположены между внутренними 5 и внешними 6 оболочками, обладающими памятью формы и соединенных между собой гибкой быстроразъемной связью-защелкой 10, а в нижней части оболочки водовода предусмотрен компенсатор-амортизатор 11, имеющий клапан 12 для подачи воздуха в единую камеру 13, причем для обеспечения надежности всего водовода в целом в нижней части его предусматриваются прижимные анкера 14, причем все элементы мобильного деривационного водовода 1 выполняются из композитных наноматериалов с запланированными для данных условий свойствами, при этом на участках пересеченной местности он поддерживается вантовой системой 15, состоящей из ванты-подбора 16, вант-оттяжек 17 и нижних вант 18, крепящихся к анкерным опорам 19, причем ванты-оттяжки 17 и нижние ванты 18 крепятся к обечайкам-бандажам 8, обеспечивающим устойчивость водовода по всей трассе при динамических воздействиях, при этом он выполняется из внешнего реберно-ячеистого каркаса, а внутренняя поверхность его выполняется из тонкостенного композитного наноматериала (фиг. 1, 2).

Способ возведения мобильного деривационного водовода осуществляется следующим образом.

На монтажной площадке организуются работы по изготовлению и монтажу деривационного водовода 1, включающие создание водопроводящих секций из однооболочечного водовода 2 и двухоболочечного водовода 3, к которым привариваются специальные обечайки-бандажи 8, вставляются в них ребра жесткости 11, затем устанавливают быстроразъемную связь-защелку 10, усиливается нижняя часть оболочек компенсаторами-амортизаторами 8, а вантовую систему 15, включая ванту-подбор 16 и ванты-оттяжки 17, устанавливают и монтируют согласно проектным данным к анкерным опорам 19.

При изготовлении деривационного водовода 1 из однооболочечных водоводов 3 и двухоболочечных водоводов 2, которые связаны между собой гибкими быстроразъемными связями 10, в нижней их части устраиваются компенсаторы-амортизаторы 11, а по внешней оболочке монтируются прижимные анкера 14. При этом элементы выполняются из гибких и жестких композитных наноматериалов. Подготовленные элементы мобильного деривационного водовода доставляются на его трассу, которую предварительно планируют, создают верховой и низовой бассейны согласно приведенным расчетным обоснованиям, учитывающим результаты изыскательных и строительных работ. После проведения подготовительных работ ведут монтаж деривационного водовода 1 к контейнерной станции микро ГЭС, в которой установлен щит управления, а в нижнем бассейне устраивают грунтонаполняемые гасители энергии, обеспечивающие устойчивость и защиту от размыва дна и откосов нижнего бассейна (фиг. 1, 2).

1. Устройство составного мобильного деривационного водовода, включающее водопроводящие секции из двух- и однооболочечных водоводов, соединенных посредством компенсатора с гибким или жестким трубопроводом, отличающееся тем, что для изготовления одно- и двухоболочечных водоводов используют реберно-ячеистый каркас из повторяющихся систем перекрещивающихся спиралей из композитных наноматериалов, обладающих свойством восстановления и сохранения проектной формы за счет энергии активизации на восстановление, причем в водопроводящей оболочке водовода предусматриваются специальные обечайки-бандажи между внутренними и внешними ее слоями, в которых располагаются гибкие ребра жесткости, соединяющиеся между собой быстроразъемной связью-защелкой, а в нижней части оболочки водовода предусмотрен компенсатор-амортизатор с камерой, имеющий клапан для подачи воздуха, а по внешнему нижнему контуру устраиваются прижимные анкера, обеспечивающие устойчивость водовода по всей трассе, а вантовая система соединяется со специальными обечайками-бандажами в верхней части водовода.

2. Способ возведения мобильного деривационного водовода, заключающийся в том, что все его элементы выполняются из композитного наноматериала, обладающего памятью формы, отдельно и монтируются на монтажной площадке с помощью гибких связей, причем изготовление обечаек-бандажей по внешней оболочке предусматривается их привариванием с последующей укладкой в них ребер жесткости с быстроразъемной связью, а вантовая система включает ванту-подбор и ванты-оттяжки, изготавливается на монтажной площадке согласно проектным данным, затем производится изготовление однооболочечных и двухоболочечных протяженных элементов водовода на монтажной площадке с устройством в них компенсаторов-амортизаторов и прижимных анкеров, а по внешней однооболочечной части устраивается реберно-ячеистый каркас, подготовленные элементы мобильного деривационного водовода возводятся по его трассе согласно проектной документации, включающей расчетную, изыскательскую, организационно-строительную работы, включая планировку трассы водовода, создание верхового и низового бассейнов, доставку и монтаж водопроводящих элементов, вантовой системы, анкерных опор, а затем ведут монтаж контейнерного типа здания микроГЭС с установленным в нем гидроагрегатом и системой мониторинга, устройством для гашения гидравлического удара, ведут монтаж диффузора и монтируют в нижнем бьефе грунтонаполняемые оболочки, обеспечивающие гашение энергии, устойчивость и защиту от размыва дна и откосов нижнего бассейна.