АЭРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ГЭС

Полезная модель относится к области гидротехники и может быть использована для обеспечения безопасности эксплуатации ГЭС в нештатных ситуациях, в том числе при переходных процессах, возникающих в период работы гидроагрегатов.
Одним из компонентов комплексной системы обеспечения безопасности эксплуатации ГЭС являются аэрационные устройства, размещенные в бетонном массиве тела плотины ГЭС и содержащие аэрационные трубы -воздуховоды, связанные с атмосферой (см., например, отраслевой стандарт: СТО 17330282.27.140.013 - 2008. Механическое оборудование гидротехнических сооружений ГЭС, раздел 5 - Условия создания. Нормы и требования, подпункт 5.5.6). Аэрационные трубы необходимы для предотвращения (смягчения) ударной волны в подводящем напорном водоводе гидротурбины, подвода или отвода воздушного потока при эксплуатации ГЭС.
Количество и диаметр аэрационных труб назначаются исходя из расчетного обоснования максимально возможного расхода воды по турбинному водоводу, допустимой максимальной скорости засасываемого воздуха 60 м/с и колебания уровня. При этом должно быть исключено поступление воды в помещения ГЭС (перелив) через аэрационные трубы.
Прототипом заявляемой полезной модели выбрано аэрационное устройство ГЭС, содержащее аэрационные трубы, размещенные в бетонном массиве тела плотины и связанные с атмосферой (см. патент России на изобретение №1548329). В прототипе аэрационные трубы размещены в специальных помещениях. В общем случае месторасположение аэрационных труб выбирается за аварийно-ремонтным затвором на водоприемнике ГЭС. Как правило, они устанавливаются в следующих местах: в начале каждой нитки напорного турбинного водовода непосредственно за быстродействующим затвором; в местах расположения выпуклых колен, если линия понижения гидродинамического давления при наборах нагрузки и увеличении подачи проходит ниже отметки верхней точки колена; в самых высоких точках трассы водовода в случаях, если он проложен в виде арки, и на этом участке возможно образование разрежения при его опорожнении или скопление сжатого воздуха при заполнении.
Подобная рассредоточенность аэрационных устройств обусловливает сложность их конструкции и эксплуатации и не позволяет обеспечить высокую степень безопасности эксплуатации ГЭС. Это обстоятельство является основным недостатком прототипа, равно как и вышеназванных аналогов.
Настоящая полезная модель направлена на решение задачи создания аэрационного устройства напорного водовода ГЭС, обеспечивающего высокую степень безопасности эксплуатации ГЭС при простоте конструкции и эксплуатации указанного устройства.
Для достижения данного технического результата в аэрационном устройстве ГЭС, содержащем аэрационные трубы, размещенные в бетонном массиве тела плотины и связанные с атмосферой, в бетонном массиве тела плотины выполнен трубопровод, а аэрационные трубы размещены внутри указанного трубопровода.
Кроме того, заявленное техническое решение имеет ряд признаков, характеризующих предлагаемое устройство в частных случаях его выполнения, конкретных формах материального воплощения, а именно:
- трубопровод, выполненный в бетонном массиве тела плотины, может быть изготовлен из гофрированных металлических труб;
- трубопровод, выполненный в бетонном массиве тела плотины, может быть снабжен герметичной дверью;
что трубопровод, выполненный в бетонном массиве тела плотины, может иметь выход в первый пролет водосброса ГЭС.
Заявителю не известны какие-либо технические решения, обладающие такой же совокупностью признаков, что и заявляемое. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое устройство удовлетворяет условию «новизна».
Благодаря реализации отличительных признаков заявляемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта появляется новое свойство - устроенный в бетонном теле плотины трубопровод в сочетании с аэрационными трубами выполняет функцию единого аэрационного коллектора. Это значительно упрощает конструкцию и эксплуатацию аэрационного устройства, т.к. облегчает контроль за работой аэрационных труб в любых нештатных ситуациях, возникающих в период работы гидроагрегатов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 представлено предлагаемое устройство - продольный и поперечный разрезы соответственно.
Трубопровод 1 выполнен в бетонном массиве тела плотины 2. Внутри трубопровода 1 размещены аэрационные трубы 3, одним концом связанные с напорным турбинным водоводом (на чертеже не показан), другим - вмонтированные в трубопровод 1. Для обеспечения связи аэрационных труб 3 с атмосферой трубопровод 1 имеет выход в первый пролет 5 водосброса ГЭС. Конструктивное сочетание трубопровода 1 и аэрационных труб 3 образует единый аэрационный коллектор. Для удобства контроля за работой аэрационных труб 3 предусмотрена герметичная дверь 4. В приведенном примере трубопровод 1 изготовлен из металлических гофрированных труб. Такой трубопровод устанавливается в бетонный массив тела плотины в процессе возведения последнего. Трубопровод 1 может быть также проложен непосредственно в бетонном массиве тела плотины 2. Форма трубопровода 1 может быть любой (круглой, квадратной и т.д.) и выбирается (как и характер связи аэрационных труб с атмосферой), в том числе с учетом эргономичности конструкции. В данном конкретном примере коллектор имеет арочнообразную форму.
Устройство работает следующим образом.
В процессе эксплуатации ГЭС аэрационный коллектор через первый пролет 5 водосброса осуществляет соответственно подачу воздуха в проточный тракт гидротурбины при откачке воды из него и наоборот - выход воздуха в атмосферу при заполнении проточного тракта гидротурбины водой. В нештатных ситуациях, в том числе при переходных процессах, возникающих в период работы гидроагрегатов, аэрационный коллектор обеспечивает отвод воды из аэрационных труб 3 (при возможном подъеме уровня воды в них выше отметки выхода) в первый пролет 5 водосброса ГЭС. Тем самым предотвращается затопление ГЭС. Контроль за работой аэрационного коллектора осуществляется через герметичную дверь 4.
Таким образом, основные технико-экономические преимущества предлагаемого аэрационного устройства перед прототипом - простота конструкции и эксплуатации.
Указанные преимущества обусловливают высокую степень безопасности эксплуатации ГЭС.
Возможность реализации заявляемой полезной модели с помощью известных технических средств и технологий, свидетельствует, по мнению заявителя, о соответствии заявляемого объекта условию «промышленная применимость».