ШУГОСБРОСНОЕ УСТРОЙСТВО ВОДОЗАБОРНОГО СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ДЕРИВАЦИОННЫХ ГЭС

Полезная модель относится к гидротехническому строительству, а именно, к шугопропускным сооружениям, предназначенным для сброса шуги и льда через створ водозаборного сооружения в нижний бьеф.
Известно устройство защиты водозаборов от попадания шуги (Патент RU №2182619, МПК Е02В 5/08, Е02В 9/04, опубл. 20.05.2002), содержащее объемную фильтрующую кассету, представляющую собой металлическую прямоугольную контурную раму с пазами на внутренней стороне, в которые плотно установлены водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы. Рама установлена в направляющую пазовую конструкцию входных окон затопленного водоприемного оголовка водозабора. Водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы могут размещаться в объемной фильтрующей кассете вертикально.
Недостатками данного устройства являются перерывы в работе, связанные с очисткой фильтрующей кассеты от попавшей в нее шуги.
Известен шугосброс, (Малхазян Р.С., Новый тип шугосброса// Гидротехническое строительство. - 1949. - Т.3. - С.21-24), который состоит из передвижной рамы с подвешенными направляющими для сброса шуги, отводящего канала и сегментного затвора. Работа шугосброса основана на принципе поворота под углом 90° насыщенного шугой поверхностного слоя от основного потока и отвода этого слоя к сбросному боковому отверстию канала.
Недостатком данной конструкции является высокая металлоемкость, а также необходимость дополнительного устройства отводящего канала.
Наиболее близким по технической сущности является шугосбросное устройство водозаборного сооружения для деривационных ГЭС (патент KG №607, МПК Е02В 13/00, 31.11.2003 г.), состоящее из катастрофического водослива, наносозащитного порога, на гребне которого установлены телескопические шандоры, промывного тракта, в концевой части которого расположено промывное отверстие со сдвоенным затвором. Частичный пропуск шуги и льда вниз по течению через створ водозаборного сооружения для деривационных ГЭС обеспечивается по промывному тракту через верховую грань сдвоенного затвора. Однако при высокой концентрации шуги в речном потоке пропускной способности этих элементов недостаточно, что приводит к скоплению шуги перед водоприемником, образованию затора в верхнем бьефе водозаборного сооружения, и попаданию шуги через отверстие зимнего водозабора в водоприемник и далее в деривационный канал к турбинам ГЭС.
Технической задачей полезной модели является создание шугосбросного устройства водозаборного сооружения для деривационных ГЭС, обеспечивающего повышение надежности водозабора в зимний период и предотвращающего попадание шуголедовых образований в водоприемную камеру без нарушения режима работы водозаборного сооружения за счет сброса шуги в нижний бьеф водозаборного сооружения.
2
1
Поставленная задача достигается тем, что аналогично прототипу шугосбросное устройство водозаборного сооружения для деривационных ГЭС состоит из катастрофического водослива, наносозащитного порога, на гребне которого установлены телескопические шандоры, промывного тракта, в концевой части которого расположено промывное отверстие со сдвоенным затвором. В отличие от прототипа в концевой части гребня катастрофического водослива выполнен шугосбросный вырез, высотой не менее h=0,2H, и шириной не менее b=0,5H, а сдвоенный затвор промывного тракта имеет высоту, не превышающую величину h=0,8H, где Н - уровень воды в верхнем бьефе водозаборного сооружения.
В гребне катастрофического водослива по краям шугосбросного выреза выполнены пазы для установки плоских шандоров.
1
При выполнении сдвоенного затвора промывного тракта высотой не более h=0,8H, где Н - глубина воды в верхнем бьефе водозаборного сооружения, облегчается транспорт шуголедовых образований вместе с потоком воды через гребень сдвоенного затвора. Кроме того, создание достаточного слоя воды над отверстием зимнего водозабора препятствует образованию вертикальной воронки, увлекающей шугу из поверхностных слоев потока в водоприемник водозаборного сооружения. Истечения из-под сдвоенного затвора в зимний период нет, т.к. затвор ввиду отсутствия транспорта речных наносов в этот период закрыт.
2
Выполнение в концевой части гребня катастрофического водослива шугосбросного выреза позволяет осуществить сброс в нижний бьеф сооружения шуголедовых образований, накапливающихся у противоположного от промывного тракта берега реки. При этом, размеры указанного шугосбросного выреза имеют следующие соотношения: высота не менее h=0,2H и ширина не менее b=0,5Н, где Н - уровень воды в верхнем бьефе водозаборного сооружения. Эти соотношения получены в результате экспериментальных исследований на физической модели водозаборного сооружения. Суммарная ширина гребня сдвоенного затвора и шугосбросного выреза может уточняться расчетом пропускной способности этих элементов, исходя из расхода шуги в верхнем бьефе сооружения.
Перекрытие отверстия шугосбросного выреза в безморозный период года шандорами до уровня гребня катастрофического сбросного водослива позволяет не нарушать режим работы водозаборного сооружения в этот период. Тем самым полностью прекращается холостой сброс воды через шугосбросное устройство, т.к. сдвоенный затвор промывника поднимается и истечение воды происходит из-под полотнища этого затвора.
Графический материал, поясняющий сущность предлагаемой полезной модели, представлен на фигурах 1÷4:
Фиг.1 - Схема шугосбросного устройства для водозаборного сооружения деривационной ГЭС в плане;
Фиг.2 - продольный разрез А-А на фиг.1;
Фиг.3 - поперечный разрез Б-Б на фиг.1;
Фиг.4 - поперечный разрез В-В на фиг.1.
Шугосбросное устройство водозаборного сооружения для деривационной ГЭС включает (фиг.1) сдвоенный затвор 1 промывного тракта 2, размещенный перпендикулярно оси речного потока в верхнем бьефе ниже ломанного в плане наносозащитного порога 3, на гребне которого установлены подъемные телескопические шандоры 4. Шугосбросный вырез 5 выполнен в концевой части гребня 6 водосливной стенки катастрофического сбросного водослива 7, расположенного на противоположном от промывного тракта 2 берегу реки. По краям шугосбросного выреза 5 в гребне катастрофического водослива 7 выполнены боковые пазы 8 для установки плоских шандоров 9.
Шугосбросное устройство водозаборного сооружения для деривационной ГЭС работает следующим образом.
1
2
В период зимней межени на гребне ломанного в плане наносозащитного порога 3, устанавливаются телескопические шандоры 4, устройство которых предотвращает забор воды, шуги и льда из верхних горизонтов потока в водоприемную камеру (водоприемник) 10 водозаборного сооружения. После создания, таким образом, необходимого напора в верхнем бьефе сооружения, вода поступает в водоприемник 10 только (фиг.2) через донное отверстие 11 затвора 12 зимнего водозабора. В зимний период транспортирующая способность речного потока мала и к створу водозабора подходит чистая вода без речных наносов. Речной поток приносит только ледовошуговые образования, которые сбрасываются через Шугосбросное устройство. Сброс шуги и льда осуществляется по промывному тракту 2 через гребень опущенного до дна сдвоенного затвора 1, который (фиг.4) имеет высоту менее h=0,8H, где Н - уровень воды в верхнем бьефе водозаборного сооружения (фиг.2). Создание достаточного слоя воды над донным отверстием 11 зимнего водозабора препятствует образованию вертикальной воронки, увлекающей шугу в водоприемник 10 водозаборного сооружения из поверхностных слоев потока. Шугосбросный вырез 5 в концевой части гребня водосливной стенки катастрофического сбросного водослива 7, позволяет осуществить сброс в нижний бьеф сооружения шуголедовых образований, накапливающихся у противоположного от промывного тракта 2 берега реки. Указанные размеры шугосбросного выреза 5, имеющего высоту (фиг.3), не менее h=0,2H и ширину (фиг.1.), не менее b=0,5Н, где Н - уровень воды в верхнем бьефе водозаборного сооружения. Соблюдение указанных выше геометрических размеров позволяет уменьшить величины удельных расходов, сбрасываемых через гребень сдвоенного затвора 1 промывного тракта 2, повышает глубины впромывном тракте 2, что уменьшает вероятность возникновения гидравлической воронки перед придонным затвором 12 зимнего водозабора. Благодаря этому сбрасываемая в нижний бьеф сооружения шуга не попадает в нижние горизонты промывного тракта 2, что уменьшает ее захват в отверстие 11 придонного затвора 12 зимнего водозабора. Полезная модель обеспечивает увеличение объема сброса шуголедовых образований в нижний бьеф водозаборного сооружения для деривационных ГЭС за счет расширения фронта шугосброса и предотвращает образование зажора в верхнем бьефе водозаборного сооружения. В тоже время недопущение шуголедовых образований в деривацию позволит предотвратить остановку агрегатов и повысить выработку малых ГЭС.
1
2
Подъем сдвоенного затвора 1 промывного тракта 2 на высоту более h=0,8H, где Н - уровень воды в верхнем бьефе водозаборного сооружения, с выполнением шугосбросного выреза 5, высотой менее h=0,2H и шириной, менее b=0,5Н, где Н - уровень воды в верхнем бьефе водозаборного сооружения, приводит к уменьшению расходов шуги, транспортируемых в нижний бьеф сооружения, скоплению ее в верхнем бьефе и образованию зажора, что приводит к подъему уровня воды в верхнем бьефе, затоплению прилегающих территорий, и является аварийным режимом. При отсутствии шугосбросного выреза 5, в целях предотвращения образования зажора в верхнем бьефе сооружения необходимо чрезмерное открытие сдвоенного затвора 1 промывного тракта 2, что приводит к понижению глубины в промывном тракте 2, возникновению воронки перед отверстием 11 придонного затвора 12 зимнего водозабора, захвату туги в водоприемную камеру (водоприемник) 10 и ее дальнейшему транспорту в деривационный канал и к агрегатам ГЭС, что может привести как к образованию зажора в деривационном канале, так и к остановке агрегатов станции.
По окончанию морозного периода производится опускание телескопических шандоров 4 до уровня гребня наносозащитного порога 3, чтобы сделать возможным перелив воды в водоприемник 10 водозаборного сооружения. В боковые пазы 8 водосливной стенки катастрофического сбросного водослива 7, наоборот, устанавливаются плоские шандоры 9 до уровня гребня 6 этой стенки для предотвращения холостых сбросов воды через шугосбросной вырез 5 в теплое время года.
Суммарная ширина гребня сдвоенного затвора 1 и шугосбросного выреза 5 может уточняться расчетом пропускной способности этих элементов, как водосливов, исходя из расхода шуги в верхнем бьефе сооружения.