Бесплотинная гидроэлектростанция (БПГЭС) в нижнем бьефе приплотинной гидроэлектростанции (ГЭС)
DAMLESS HYDROELECTRIC POWER PLANT (DHEPP) IN DOWNSTREAM OF DAM HYDROELECTRIC PLANT (HEP)

Изобретение относится к области гидроэнергетики, и конкретно к гидроэлектростанциям (ГЭС).
Известны следующие типы ГЭС: приплотинные, деривационные, гидроаккумулирующие и приливные. Эти ГЭС требуют создания плотин и водохранилищ.
Водохранилища для крупных ГЭС занимают большие площади земель лесного и сельскохозяйственного назначения и отрицательно влияют на экологию.
Предлагаемые технические решения для бесплотинных ГЭС устранят эти недостатки.
Из уровня техники известна бесплотинная гидроэлектростанция, содержащая последовательно установленные отвод, водоприемник, подводящий трубопровод с концентраторами искусственной концентрации кинетической энергии потока воды, гидротурбинный трубопровод, кожухи с размещенными в них ковшовыми гидротурбинами и генераторами (см. RU 2588165 C1, 27.06.2016, E02B9/00).
Технический результат заключатся в значительном увеличении скорость потока воды и как следствие в увеличении вырабатываемой мощности гидротурбины при незначительных капиталовложениях в строительство БПГЭС.
Указанный технический результат достигается тем, что в бесплотинной гидроэлектростанции, содержащей последовательно установленные отвод, водоприемник, подводящий трубопровод с концентраторами искусственной концентрации кинетической энергии потока воды, гидротурбинный трубопровод, кожухи с размещенными в них ковшовыми гидротурбинами и генераторами, согласно изобретению, гидроэлектростанция установлена в нижнем бьефе приплотинной гидроэлектростанции, поток воды из отсасывающей трубы, поступает в отвод, отводы в форме круглой, прямоугольной или квадратной трубы, труб с открытым верхом, водоприемник выполнен в форме усеченных призмы или конуса, а в гидротурбинном трубопроводе установлен затвор.
Кроме того, подводящий трубопровод выполнен с боковыми сливами.
Кроме того, подводящий трубопровод и отводы выполнены с открытым верхом».
В нижнем бьефе действующей ГЭС устанавливается отвод в форме круглой, прямоугольной или квадратной трубы (труб) с открытым верхом и с разделителем потока, водоприемник (водоприемники) в форме усеченного конуса, соединенного с подводящим трубопроводом, увеличивающим скорость течения потока воды и его кинетическую энергию.
Кинетическая энергия потока воды, поступающей из верхнего бьефа в турбины, используется ими не полностью. Поток воды с неиспользованной кинетической энергией из отсасывающей трубы (труб) поступает в отвод - концентратор, в котором происходит сужение потока с концентрацией кинетической энергии и увеличение скорости его. То же происходит в водоприемнике - концентраторе и последующих концентраторах подводящего трубопровода. Из подводящего трубопровода поток воды поступает в затвор и далее в гидротурбинный трубопровод, отводы сопл. В соплах повышается и концентрируется кинетическая энергия и увеличивается скорость потока на выходе из сопла. Поступая в ковш, кинетическая энергия струи преобразуется в механическую энергию, вращающую рабочее колесо с валом турбины и ротором генератора. В генераторе механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию.
Бесплотинная ГЭС (фиг. 1), вариант 1, состоит из отвода (поз. 1) круглой, прямоугольной или квадратной формы трубы с открытым верхом и с разделителем потока или без него, водоприемника в форме усеченного конуса или призмы (поз. 2), прямого участка подводящего трубопровода (поз. 3), последовательно размещенных промежуточных концентраторов в форме усеченного конуса или призмы (поз. 4), (поз. 5), (количество концентраторов при необходимости может быть и больше), затвора (поз. 6), гидротурбинного трубопровода (поз. 7), кожухов турбины (поз. 8) с размещением в них вертикальных ковшевых гидротурбин с соплами генераторов (поз. 9).
Вариант 2 (фиг. 2)
Отвод, водоприемник и подводящий трубопровод такие же, как в варианте 1.
В этом варианте устанавливается рядная ковшовая гидротурбина.
Рядная ковшовая гидротурбина (фиг. 2) состоит из гидротурбинного трубопровода (поз. 28), вала (поз. 31) и соединенных с ним рабочих колес (поз. 25), передней опоры с подшипником (поз. 32), задней опоры с подшипником (поз. 26), (при большой длине вала возможна установка промежуточных опор с подшипниками), отвода (поз. 33) к соплу, сопла (поз. 34), генератора (поз. 27) и другого оборудования.
Турбина и генератор вместе с другим оборудованием накрываются кожухом, состоящим из частей с перегородками, которые отделяют ковшевые рабочие колеса друг от друга и от генератора (на фиг. 2 не показаны).
Вариант 3 (фиг. 3)
Отвод, водоприемник и подводящий трубопровод такие же, как в варианте 1.
Вертикальная ярусная ковшовая гидротурбина состоит из корпуса (поз. 21), установленного на фундаменте (поз. 20), слива (поз. 23), нижнего направляющего подшипника (поз 24), вала турбины (поз. 15) с установленными на нем ковшевыми рабочими колесами (поз. 10), кронштейнами (поз. 16), отводами (поз. 17) от гидротурбинного трубопровода к распределителям (поз. 11), сопл (поз. 18), щитов-поддонов (поз. 19), отводов к соплам (поз. 12), верхнего направляющего подшипника (поз. 13) и генератора (поз. 14).
При большой длине вала турбины возможна установка промежуточных направляющих подшипников. Направляющие подшипники могут быть и на водяной смазке.
Поток воды с ковшей рабочих колес сливается на щиты-поддоны и далее через слив в нижний бьеф ГЭС.
Для увеличения скорости течения между водоприемником и гидротурбинным трубопроводом последовательно устанавливаются промежуточные концентраторы в форме усеченного конуса или призмы. Для снижения потерь от мягкого трения подводящий трубопровод от водоприемника до гидротурбинного трубопровода должен быть с открытым верхом. При очень низкой температуре воздуха, в зимнее время, наружная поверхность закрытого гидротурбинного трубопровода и концентраторов может покрываться теплоизоляцией.
Поток воды из отсасывающей трубы гидротурбины, пройдя через водоприемник - концентратор и концентраторы подводящего трубопровода, значительно увеличивает скорость и кинетическую энергию в результате сужения его и, как следствие, вырабатываемую мощность гидротурбины при незначительных капиталовложениях в строительство БПГЭС.
При аварийной ситуации, когда поток воды, поступающей на БПГЭС, перекрывается затвором, излишки воды через сливы в боковых сторонах подводящего трубопровода сливаются в нижний бьеф ГЭС, а при использовании БПГЭС на реках - в русло реки.
БПГЭС могут подключаться к сети или работать в автономном режиме.
Экономический эффект в составе БПГЭС достигается за счет значительного снижения стоимости кВт установленной мощности, кВт вырабатываемой электроэнергии, уменьшения времени строительства и окупаемости.