ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к гидроэнергетике и может использоваться при проектировании, строительстве и эксплуатации гидроэлектростанций, расположенных в нижнем бьефе плотин, и к которым рабочая жидкость - вода подводится по трубопроводам.
Известна гидроэлектростанция по патенту RU 100775, энергетический блок которой соединен сифонным трубопроводом с непроточным водоемом.
Недостатком известного аналога является невысокая надежность работы, так как он не решает вопроса обеспечения бесперебойной работы энергетического блока в зимнее время.
Известна гидроэлектростанция по патенту RU 72279, выбранная в качестве прототипа. Прототип содержит расположенный на уровне верхнего бьефа плотины водозаборный узел, подводящий водовод в виде открытого желоба и гидроагрегат, состоящий из гидротурбины и электрогенератора. Прототип также снабжен дополнительным U-образным сифонным водоводом. Торец короткой ветви дополнительного сифонного водовода погружен в воду верхнего бьефа, а торец длинной ветви расположен над верхней частью открытого желоба. Концевой участок длинной ветви снабжен создающим разряжение устройством и герметичной заслонкой.
Основным недостатком прототипа является его низкая надежность, объясняющаяся следующими причинами:
- нерешенность вопроса обеспечения бесперебойной работы гидроэлектростанции в зимнее время;
- нерешенность вопроса регулирования объема воды, подаваемой в подводящий водовод через дополнительный сифонный водовод, что делает невозможным плавное регулирование мощности электрического тока, вырабатываемого электрогенератором, в зависимости от нагрузки в электрических сетях;
- возможность полного прекращения работы гидроэлектростанции в засушливое время года, так как вследствие того, что водозаборный узел и торец короткой ветви дополнительного водовода расположены в верхнем бьефе плотины, они будут обезвожены при значительном понижении уровня воды в верхнем бьефе, что и приведет к прекращению работы гидроэлектростанции;
- отсутствие в конструкции плотины элементов своевременного регулирования водостока, что при значительных ливнях или при половодье вызовет перехлест воды за края водовода в виде открытого желоба и неконтролируемый разлив воды за границы нижнего бьефа.
Задачей и техническим результатом полезной модели является повышение надежности работы гидроэлектростанции.
Технический результат достигается тем, что в гидроэлектростанции, содержащей водоем, плотину, сифонный водовод, гидроагрегат, согласно полезной модели плотина снабжена регулируемым водосбросом, расположенным в уровне нижнего бьефа, в нижнем бьефе установлен железобетонный канал, сифонный водовод на виде сбоку плотины имеет конфигурацию -образного трубопровода, торец короткой ветви трубопровода погружен в воду верхнего бьефа на глубину, превышающую максимальную глубину промерзания водоема, торец длинной ветви трубопровода расположен над активными лопатками турбины гидроагрегата, на концевом участке длинной ветви трубопровода установлена шиберная заслонка с электромеханическим приводом.
Гидроагрегат установлен на эстакаде, опирающейся на дно железобетонного канала.
В торцовой части короткой ветви трубопровода установлен обратный клапан, а к торцу короткой ветви прикреплен цилиндр, выполненный из проволочной сетки.
В стенку верхней точки трубопровода врезан тройник, в торце верхнего патрубка которого смонтирован электроприводной обратный клапан, а к торцу среднего патрубка тройника присоединена задвижка.
Снабжение плотины регулируемым водосбросом, расположенным в уровне нижнего бьефа, позволяет заблаговременно снижать уровень воды в водоеме перед половодьем и перед прогнозируемыми сильными ливнями, предотвратить затопление местности, прилегающей к нижнему бьефу плотины, и наоборот, экономить запас воды в водоеме при засухах, полностью прекратив слив ее через водосброс, тем самым создать условия для круглогодичной бесперебойной работы гидроэлектростанции, что повышает ее надежность.
Установка в нижнем бьефе плотины железобетонного канала позволяет разместить на нем эстакаду для гидроагрегата на некотором расстоянии до конца канала. Это обеспечивает слив отработавшей воды на дно канала, что предотвращает размывание и размокание грунта, окружающего нижний бьеф, облегчает подъезд и подход обслуживающего персонала к производственной площадке и техническое обслуживание гидроагрегата, что способствует поддержанию надежности работы гидроэлектростанции.
Погружение торца короткой ветви трубопровода в воду верхнего бьефа на глубину, превышающую максимальную глубину промерзания водоема, позволяет обеспечить бесперебойную работу гидроагрегата в зимнее время, а также в период засухи за счет расходования для производства электроэнергии слоя воды водоема, расположенного между верхним бьефом и уровнем расположения торца короткой ветви трубопровода. Это значительно повышает надежность работы гидроэлектростанции.
Расположение торца длинной ветви трубопровода над активными лопатками турбины гидроагрегата позволяет подавать рабочее тело - воду к гидроагрегату, минуя промежуточное звено в виде желоба, что устраняет возможность образования брызг на производственной площадке, улучшает условия эксплуатации гидроагрегата, повышая тем самым надежность его работы. Кроме того, снижаются затраты и расход материалов на сооружение гидроэлектростанции.
Установка на концевом участке длинной ветви трубопровода шиберной заслонки с электромеханическим приводом позволяет регулировать объем воды, подаваемой к активным лопаткам турбины, что позволяет регулировать в автоматическом режиме мощность вырабатываемого генератором электрического тока в зависимости от нагрузки в электрических сетях, и увеличивает ресурс электростанции, иначе - возможность ее надежной работы без ремонта более длительное время, чем по прототипу.
Сущность полезной модели поясняется принципиальной схемой.
Гидроэлектростанция содержит водоем 1 с плотиной 2. В плотине в уровне нижнего бьефа выполнен регулируемый водосброс 3 с затвором 4. В нижнем бьефе установлен железобетонный канал 5, примыкающий к плотине 2 на уровне водосброса 3. В железобетонном канале 5 на некотором расстоянии до конца канала установлена металлическая эстакада 6, на которой установлен гидроагрегат 7, состоящий из гидротурбины 8 и электрогенератора (на схеме не показан). Рабочее тело - вода подается к активным лопаткам гидротурбины 8 посредством сифонного водовода, имеющего конфигурацию -образного трубопровода 9. Трубопровод может быть выполнен из металла или из пластика. Торец короткой ветви трубопровода 9 погружен в воду верхнего бьефа на глубину, превышающую максимальную глубину водоема 1. В торцовой части короткой ветви трубопровода 9 установлен обратный клапан 10, а к торцу короткой ветви прикреплен цилиндр 11, выполненный из проволочной сетки, защищающий трубопровод от попадания в него мусора и являющийся препятствием от проникновения рыб в трубопровод. В стенку верхней точки трубопровода 9 врезан тройник 12, в торце верхнего патрубка которого смонтирован обратный клапан 13, а к торцу среднего патрубка тройника присоединена задвижка 14. На концевом участке длинной ветви трубопровода 9 установлена шиберная заслонка 15 с электромеханическим приводом 16.
Для подготовки электростанции к запуску закрывают шиберную заслонку 15 и открывают обратный клапан 13. К задвижке 14 присоединяют рукав водяного шланга и открывают задвижку. В трубопровод 9 заливают воду, обратный клапан 10 при этом закрыт. При начале истекания воды через обратный клапан 13 задвижку 14 закрывают, отсоединяют рукав водяного шланга. Закрывают обратный клапан 13.
Для пуска гидроэлектростанции в работу открывают шиберную заслонку 15. Вода в длинной ветви трубопровода 9 под действием силы тяжести устремляется вниз. В короткой ветви трубопровода 9 образуется разряжение, под действием которого вода из водоема 1 поступает в трубопровод 9. Изливающаяся из длинного конца трубопровода 9 вода вращает гидротурбину 8 и вал электрогенератора, связанный с валом гидротурбины. Электрогенератор вырабатывает электрический ток, который подается в электрические сети.
Автоматика гидроэлектростанции отслеживает величину мощности в электрических сетях и в зависимости от нагрузки в них электромеханический привод 16 приоткрывает или прикрывает шиберную заслонку 15, регулируя тем самым величину подачи воды на активные лопатки гидротурбины 8 гидроагрегата 7, а значит и величину вырабатываемой электрогенератором мощности электрического тока.
Для остановки гидроэлектростанции открывают обратный клапан 13. В трубопровод 9 начинает поступать воздух и эффект сифона в трубопроводе нарушается. Засасывание воды из водоема 1 в трубопровод 9 прекращается. Работа гидростанции так же прекращается.