ВОДОПРИЕМНИК
WATER INTAKE

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в гидроэнергетических установках - гидравлических электростанциях, гидроаккумулирующих и насосных станциях, в частности в водоприемниках этих установок.
Известен водоприемник (Полонский Г.А. Глубинные затворы гидротехнических сооружений. - М.: Энергия, 1978, с.106) [1], включающий вертикальные стенки - бычки, порог и пазы ремонтного и быстродействующего затворов. Бычки и порог образуют водоприемную камеру водоприемника. При работе гидроэнергетической установки поток воды поступает из водоема в водоприемную камеру и далее на рабочее колесо установки. В случае угрозы аварийной ситуации поступление воды прекращается за счет опускания затворов непосредственно в водоприемной камере. При этом пазы используются как направляющие для опускания и подъема плоских затворов. Конструктивно пазы представляют собой углубления в стенках водоприемной камеры. Из-за их наличия при движении потока воды в водоприемной камере образуются вихри, что приводит к потерям части энергии потока. Эти потери, в свою очередь, являются причиной снижения мощности гидроэнергетической установки. Вследствие этого на гидроэлектростанциях уменьшается выработка электроэнергии, а на насосных станциях увеличивается потребляемый расход электроэнергии. Все это снижает эффективность гидроэнергетических установок. Для устранения такого негативного проявления пазов и уменьшения потерь энергии потока в известном устройстве используется специальная рама. Ее опускают в пазы водоприемной камеры и, тем самым, закрывают их.
Недостатком известного технического решения является низкая надежность работы гидроэнергетической установки. Этот недостаток обусловлен тем, что значительно увеличивается время для установки быстродействующего затвора. При угрозе аварийной ситуации с помощью этого затвора должна перекрываться водоприемная камера. Время закрытия должно составлять не более 1-2 мин. Вместе с тем, при наличии специальной рамы, установленной в пазах, сначала при помощи подъемного механизма необходимо будет поднять раму и освободить пазы и только затем подъемно-транспортным механизмом привести быстродействующий затвор и опустить в пазы. Время на эти операции будет затрачено не менее 30 мин. За это время может произойти авария турбинного оборудования с тяжелыми последствиями. Таким образом, надежность гидроэнергетической установки снизится.
Другим недостатком известного устройства является сложность его эксплуатации, так как требуется выполнить большое число операций: подъезд подъемно-транспортного механизма к водоприемной камере, захват специальной рамы этим механизмом, подъем рамы, перемещение рамы на место складирования, подъезд подъемно-транспортного механизма к месту хранения затвора, захват затвора, подъезд подъемно-транспортного механизма к месту установки затвора, опускание затвора, отъезд подъемно-транспортного механизма.
Недостатками известного устройства являются также его большая материалоемкость и стоимость, обусловленная необходимостью изготовления специальной рамы из дорогостоящего металла.
Известен также водоприемник (Авторское свидетельство 1260437 СССР, МКИ Е02В 9/04. Водоприемник гидроаккумулирующей электростанции / Ленинградский ордена Ленина политехнический институт.- Опубл. 30.09.86, бюл. №36 - прототип) [2], включающий вертикальные стенки - бычки и порог, образующие водоприемную камеру, паз ремонтного затвора, паз быстродействующего затвора, сами затворы, а также потоконаправляющие пластины, расположенные в пазах затворов. Это известное устройство обеспечивает упрощение эксплуатации, поскольку потоконаправляющие пластины включаются в работу автоматически. При опускании затвора пластины за счет винтообразной верхней части разворачиваются и открывают паз, а при подъеме затвора - закрывают паз.
Недостатками этого известного устройства являются его низкая надежность работы и большая материалоемкость. Низкая надежность водоприемника обусловлена тем, что возможен отказ в работе потоконаправляющих пластин из-за их заклинивания. Заклинивание может произойти из-за попадания сора и плавающих предметов в пространство между стенками паза и потоконаправляющей пластиной. В этом случае пластина не повернется и затвор невозможно будет опустить на порог. Большая материалоемкость устройства обусловлена тем, что потоконаправляющие пластины должны быть изготовлены из прочного дорогостоящего металла.
Сущность изобретения состоит в повышении надежности работы водоприемника гидроэнергетической установки, снижении его материалоемкости и упрощении процесса эксплуатации.
Технический результат - обеспечение надежной работы потоконаправляющих устройств в пазах водоприемной камеры в условиях их автоматической работы и, тем самым, повышение надежности работы всего водоприемника, а также снижение материалоемкости автоматически закрывающих и открывающих пазы потоконаправляющих устройств за счет отказа от дорогостоящего металла и использования эластичных оболочек и гибких пластиковых пластин, а, следовательно, снижение материалоемкости всего водоприемника гидроэнергетической установки.
Указанный технический результат достигается тем, что в водоприемнике, включающем вертикальные стенки, порог, водоприемную камеру, паз ремонтного затвора, паз быстродействующего затвора, затворы и расположенные в пазах потоконаправляющие устройства, снабженные дополнительно нишами в пазах, затворы снабжены отжимными катками, а потоконаправляющие устройства, выполненные в виде удлиненных по высоте эластичных оболочек из водопропускающего материала, снабжены гибкими пластинами и пружинными элементами, причем гибкие пластины потоконаправляющих устройств выполнены плоскими длиной, соответствующей длине ниш, и шириной, обеспечивающей закрытие паза, и закреплены к внешней стороне эластичных оболочек со стороны водоприемной камеры, а пружинные элементы размещены внутри эластичных оболочек с возможностью удлинения к внешней грани паза за счет пружинного эффекта и сокращения своей длины за счет давления со стороны опускаемого затвора, при этом внутренние концевые части пружинных элементов закреплены в стенах ниш с помощью шпилек, а их внешние концевые части прикреплены к внешней стороне эластичных оболочек и гибким пластинам, и, кроме того, верхние части эластичных оболочек закреплены вместе с верхними частями гибких пластин в нишах с помощью фиксирующих шпилек без возможности перемещения к внешним граням паза.
Предлагаемая конструкция может эффективно применяться в водоприемниках и водовыпусках гидроэнергетических установок разного типа - гидроэлектростанций, гидроаккумулирующих и насосных станций.
Эффект от использования предлагаемого устройства заключается в том, что обеспечивается надежная автоматическая работа потоконаправляющих устройств, размещенных в пазах, а именно при опускании затвора потоконаправляющие устройства автоматически под действием веса затвора перемещаются в ниши пазов, а при подъеме затвора пружинными элементами возвращаются в рабочее состояние и закрывают пазы, устраняя тем самым образование вихревых зон в потоке и снижая потери энергии потока. При этом наличие эластичных оболочек предотвращает попадание сора в пространство паза и исключает опасность заклинивания потоконаправляющих устройств и зависания затвора. Кроме этого, снизится стоимость потоконаправляющих устройств за счет снижения их материалоемкости.
Все вышесказанное позволит повысить надежность работы всей гидроэнергетической установки, а, следовательно, для гидроэлектростанции - обеспечить гарантированное энергоснабжение потребителей, а для насосной станции - гарантированное водоснабжение.
На фиг.1 изображен поперечный разрез водоприемника, где приняты следующие обозначения: вертикальная стенка 1, порог 2, водоприемная камера 3, паз ремонтного затвора 4, паз быстродействующего затвора 5, затворы 6.
На фиг.2 - план-разрез паза водоприемника с размещением потоконаправляющего устройства в нише паза, где приняты следующие обозначения: паз ремонтного затвора 4, паз быстродействующего затвора 5, потоконаправляющие устройство 7, ниша 8, эластичная оболочка 10, гибкие пластины 11, пружинные элементы 12, шпилька 13.
На фиг.3 - план-разрез паза водоприемника с размещением потоконаправляющего устройства в рабочем состоянии, где приняты следующие обозначения: паз ремонтного затвора 4, паз быстродействующего затвора 5, потоконаправляющие устройство 7, ниша 8, эластичная оболочка 10, гибкие пластины 11, пружинные элементы 12, шпилька 13.
На фиг.4 - вертикальный поперечный разрез паза водоприемника, где приняты следующие обозначения: ниша 8, отжимные катки 9, эластичная оболочка 10, гибкие пластины 11, пружинные элементы 12, шпилька 13.
Водоприемник включает вертикальные стенки 1, порог 2, водоприемную камеру 3, паз ремонтного затвора 4, паз быстродействующего затвора 5, затворы 6 и расположенные в пазе ремонтного затвора 4 и пазе быстродействующего затвора 5 потоконаправляющие устройства 7. Паз ремонтного затвора 4 и паз быстродействующего затвора 5 дополнительно снабжены нишами 8, затворы 6 снабжены отжимными катками 9, а потоконаправляющие устройства 7, выполненные в виде удлиненных по высоте эластичных оболочек 10 из водопропускающего материала, снабжены гибкими пластинами 11 и пружинными элементами 12, причем гибкие пластины 11 потоконаправляющих устройств 7 выполнены плоскими длиной, соответствующей длине ниш 8, и шириной, обеспечивающей закрытие паза ремонтного затвора 4 или паза быстродействующего затвора 5, и закреплены к внешней стороне эластичных оболочек 10 со стороны водоприемной камеры 3, а пружинные элементы 12 размещены внутри эластичных оболочек 10 с возможностью удлинения к внешней грани паза ремонтного затвора 4 или паза быстродействующего затвора 5 за счет пружинного эффекта и сокращения своей длины давлением со стороны опускаемого затвора 6, при этом внутренние концевые части пружинных элементов 12 закреплены в стенах ниш с помощью шпилек 13, а их внешние концевые части прикреплены к внешней стороне эластичных оболочек 10, и, кроме того, верхние части эластичных оболочек 10 закреплены вместе с верхними частями гибких пластин 11 в нишах 8 с помощью фиксирующих шпилек 13 без возможности перемещения к внешним граням паза ремонтного затвора 4 или паза быстродействующего затвора 5.
Устройство работает следующим образом.
Во время работы водоприемника расположенные в пазе ремонтного затвора 4 и пазе быстродействующего затвора 5 потоконаправляющие устройства 7 находятся в позиции, указанной на фиг.3, перекрывая паз ремонтного затвора 4 и паз быстродействующего затвора 5. При прохождении паза ремонтного затвора 4 и паза быстродействующего затвора 5 водный поток не встречает сопротивления движению, что исключает потери энергии, устраняя тем самым образование вихревых зон, а, следовательно, способно увеличить выработку электроэнергии в случае ГЭС или уменьшить потребление электрической энергии в случае применения водоприемника для НС. Потоконаправляющие устройства 7, выполненные в виде эластичных оболочек 10 из водопропускающего материала, удерживаются в положении фиг.3 пружинными элементами 12.
При опускании затворов 6 в паз ремонтного затвора 4 и паз быстродействующего затвора 5 потоконаправляющие устройства 7 автоматически, под действием веса затвора 6, отжимаемые катками 9, перемещаются в ниши 8 паза ремонтного затвора 4 и паза быстродействующего затвора 5 в положение, указанное на фиг.2. При подъеме затворов 6 потоконаправляющие устройства 7 пружинными элементами 12 возвращаются в рабочее состояние и закрывают паз ремонтного затвора 4 и паз быстродействующего затвора 5 водоприемника, тем самым снижая потери энергии потока.
Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет применения автоматически закрывающих и открывающих пазы потоконаправляющих устройств, выполненных в виде удлиненных по высоте оболочек из эластичного водопропускающего материала, снабженных гибкими пластинами и пружинными элементами, достигается существенное снижение материалоемкости за счет отказа от дорогостоящего металла, что снижает стоимость всего устройства, уменьшаются потери в водопроводящем тракте, увеличивается водопропускная способность сооружения, в результате чего достигается увеличение выработки электроэнергии в случае применения конструкции для водоприемника ГЭС или уменьшение потребления электрической энергии в случае применения водоприемника для НС.
3
Экономический эффект применения конструкции возможно отобразить следующим: если уменьшить потери напора на 0,02 м, то для ГЭС с расходом через один агрегат 700 м/с и работающей 2500 часов в году дополнительная выработка электроэнергии на один агрегат составит 325 тыс. кВт·ч, а дополнительный доход, при тарифе 2,4 руб./кВт·ч, 780 тыс. руб.
Источники информации
1. Полонский Г.А. Глубинные затворы гидротехнических сооружений. - М.: Энергия, 1978, с.106.
2. Авторское свидетельство 1260437 СССР, МКИ Е02В 9/04. Водоприемник гидроаккумулирующей электростанции / Ленинградский ордена Ленина политехнический институт. - Опубл. 30.09.86, бюл. №36.