ШАХТНАЯ ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к гидротехнике, в частности к низконапорным и средненапорным гидроаккумулирующим электростанциям [ГАЭС], сооружаемым как в нескальных, так и в скальных грунтах, с шахтным (полуподземным) расположением вертикальных обратимых гидроагрегатов.
Известна конструкция гидроаккумулирующей электростанции, предложенной в 70-х г.г. прошлого века, состоящей из соосных, размещенных в грунте железобетонных цилиндров, пространство между которыми образует кольцевой водовод; в нем по винтовой линии расположены ребра для закручивания потока воды вместо отсутствующей спиральной камеры насоса-гидротурбины.
Внешний цилиндр является облицовкой шахты, а внутренний цилиндр - транспортной полостью для опускания и монтажа оборудования. В полости внутреннего цилиндра установлен вертикальный гидроагрегат с обратимой насос-гидротурбиной и с обратимым гидрогенератором-электродвигателем. Ребра, расположенные по винтовой линии перед обратимым рабочим колесом насоса-гидротурбины имеют подвижную концевую часть для регулирования расхода воды в обоих направлениях потока воды, который в турбинном режиме после рабочего колеса проходит в отсасывающую-всасывающую трубу и далее через сопряженный с ней железобетонный напорный тоннель - к водовыпуску-водоприемнику нижнего бассейна гидроаккумулирующей электростанции.
В насосном режиме рабочее колесо, вращаясь в противоположном направлении, направляет поток воды через спиральные ребра кольцевого промежутка к водоприемнику-водовыпуску верхнего бассейна, SU 589320.
Такая конструкция гидроаккумулирующей установки потенциально имеет несомненные преимущества перед конструкцией гидроаккумулирующей электростанции в одинарном опускном железобетонном колодце большого диаметра с сильно изогнутой отсасывающей-всасывающей трубой, а также перед вариантами традиционной (типовой) конструкции средненапорной гидроаккумулирующей электростанции с расположением стальных или сталежелезобетонных водоводов на уположенном склоне между зданием электростанции, возведенном в глубоком котловане нижнего бассейна, и водоприемником-водовыпуском, расположенным в акватории верхнего бассейна и перед традиционной конструкцией русловой низконапорной гидроаккумулирующей электростанции в нескальных грунтах, также требующей разработки глубокого котлована для здания электростанции с водоприемником-водовыпуском.
Основное преимущество устройства по SU 589320 заключается в потенциально значительном сокращении объема строительных работ и сокращении срока возведения пускового комплекса гидроаккумулирующей электростанции.
Однако такая конструкция нигде в мире до сих пор ни в скальных, ни в мягких грунтах не осуществлена. Основными причинами являются технические и технологические сложности при возведении соосных железобетонных колодцев со спиральными ребрами между ними, особенно в нескальных грунтах, а также необходимость радикального изменения конструкции обратимой насос-гидротурбины для обеспечения управления подвижными концевыми частями спиральных ребер.
Известна шахтная гидроаккумулирующая электростанция,
включающая верхний бассейн, в котором расположен вертикальный шахтный водоприемник-водовыпуск верхнего бассейна, обратимый гидроагрегат, содержащий обратимую гидротурбину со статором, снабженную подводящим-отводящим воду органом, вертикальный шахтный кольцевой водовод, образованный соосными внутренним и наружным железобетонными колодцами, причем обратимая гидротурбина размещена в гидротурбинном блоке, расположенном в нижней части наружного железобетонного колодца, отсасывающую-всасывающую трубу гидротурбинного блока, соединенную с напорным тоннелем, выведенным в нижний бассейн, снабженным на конце вертикальным шахтным водовыпуском-водоприемником, связанным посредством радиально установленных бычков с напорным туннелем, подводящий-отводящий воду орган обратимой гидротурбины выполнен в виде совокупности вертикальных колонн с поперечным сечением каждой колонны в виде обтекаемого гидродинамического профиля, установленных равномерно по периметру вокруг статора гидротурбины обратимого гидроагрегата и встроенных консольно во внутренний колодец, при этом отсасывающая-всасывающая труба выведена через отверстие в стенке наружного колодца в напорный тоннель с водовыпуском-водоприемником нижнего бассейна, а водоприемник-водовыпуск верхнего бассейна включает радиально установленные между внутренним и наружным железобетонными колодцами бычки, RU 54379 U1. Данное техническое решение имеет значительно более простую конструкцию, а также позволяет упростить возведение ГАЭС.
Устройство согласно RU 54379 U1 принято в качестве прототипа настоящей полезной модели. Недостатком его является большая материалоемкость и сложность конструкции, что обусловлено большой высотой шахтного кольцевого водовода, образованного двумя высокими железобетонными колодцами - внутренним и наружным, а также наличием
массивной отсасывающей-всасывающей трубы. Кроме того, сопряжение напорного туннеля, соединяющего в прототипе отсасывающую трубу с шахтой водовыпуска-водоприемника нижнего бьефа, весьма сложное, поскольку необходимо выполнение напорного туннеля с переходом от прямоугольного сечения к круглому.
Задачей настоящей полезной модели является уменьшение материалоемкости гидроаккумулирующей электростанции, а также упрощение конструкции.
Согласно полезной модели в шахтной гидроаккумулирующей электростанции, включающей верхний бассейн, вертикальный шахтный водоприемник-водовыпуск верхнего бассейна, вертикальный шахтный водовод верхнего бассейна, обратимый гидроагрегат с обратимыми гидротурбиной и гидрогенератором, вертикальный шахтный кольцевой водовод, образованный внутренним и наружным железобетонными колодцами, при этом обратимая гидротурбина размещена в гидротурбинном блоке, расположенном в нижней части наружного железобетонного колодца, напорный туннель, нижний бассейн, вертикальный шахтный водоприемник-водовыпуск нижнего бассейна, вертикальный шахтный кольцевой водовод соединен с вертикальным шахтным водоприемником-водовыпуском нижнего бассейна и выполнен с поперечным сечением, расширяющимся в направлении снизу вверх, при этом вертикальный шахтный водовод верхнего бассейна соединен напорным туннелем с камерой рабочего колеса.
Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленной полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена шахтная гидроаккумулирующая электростанция в продольном разрезе.
Шахтная гидроаккумулирующая электростанция включает верхний
бассейн 1, в котором расположен вертикальный шахтный водоприемник-водовыпуск 2, вертикальный шахтный водовод 3 верхнего бассейна, обратимый гидроагрегат, содержащий обратимую гидротурбину 4 и обратимый гидрогенератор 5. Обратимая гидротурбина может быть пропеллерного типа, поворотнолопастная или радиальноосевая. Вертикальный шахтный кольцевой водовод 6 образован внутренними 7 и наружными 8 железобетонными колодцами. Обратимая гидротурбина размещена в гидротурбинном блоке 9, расположенном в нижней части наружного железобетонного колодца 8. Напорный туннель 10 имеет круглое сечение и соединяет шахтный кольцевой водовод 3 верхнего бьефа с камерой рабочего колеса 4. В нижнем бассейне 11 размещен вертикальный шахтный водоприемник-водовыпуск 12, соединенный с вертикальным шахтным кольцевым водоводом 6, который выполнен с поперечным сечением, расширяющимся в направлении снизу вверх.
Шахтная гидроаккумулирующая электростанция работает следующим образом. В турбинном режиме поток воды из верхнего бассейна 1 через вертикальный шахтный водоприемник-водовыпуск 2 поступает в вертикальный шахтный водовод 3 и через напорный туннель 10 поступает в камеру рабочего колеса гидротурбины 4. Гидротурбина 4 приводит в действие обратимый гидрогенератор 5. Затем вода поступает в вертикальный шахтный кольцевой водовод 6, который при этом выполняет также функцию отсасывающей трубы благодаря тому, что поперечные сечения водовода 6 увеличиваются в направлении снизу вверх. Таким образом шахтный кольцевой водовод представляет собой диффузор. Из водовода 6 вода поступает в вертикальный шахтный водоприемник-водовыпуск 12 и выходит в нижний бассейн 11.
В насосном режиме гидроаккумулирующая электростанция работает в обратном порядке, при этом обратимый гидрогенератор 5 работает в режиме электродвигателя, а обратимая гидротурбина 4 - в режиме насоса.
Благодаря тому, что вертикальный шахтный кольцевой водовод, образованный двумя колодцами - внешним и внутренним, соединен с вертикальным шахтным водоприемником-водовыпуском нижнего бьефа, уменьшается высота этого водовода и образующих его колодцев. То есть, сдвоенная материалоемкая конструкция располагается в зоне нижнего бассейна и имеет меньшую высоту, нежели в прототипе, где внутренний и внешний железобетонные колодцы размещены в зоне верхнего бассейна. Разница для низконапорной электростанции в равнинных условиях составляет по высоте 12-50 м, а для средненапорной электростанции - 60-130 м.
Диффузорная конструкция водовода 6 позволяет исключить необходимость выполнения отдельной материалоемкой отсасывающей трубы, упростить конструкцию в целом. Благодаря тому, что вертикальный шахтный водовод верхнего бьефа соединен напорным туннелем с камерой рабочего колеса, исключается переход от прямоугольного сечения к круглому, как это имеет место в прототипе. Сечения магистралей - круглые, что существенно упрощает конструкцию.
Настоящая шахтная гидроаккумулирующая электростанция может быть возведена как в нескальных, так и в скальных грунтах.