СОСТАВНОЙ МОБИЛЬНЫЙ ДЕРИВАЦИОННЫЙ ВОДОВОД И СПОСОБ ЕГО ВОЗВЕДЕНИЯ
COMPOSITE MOBILE DERIVATIONAL WATER CONDUIT AND METHOD OF ITS CONSTRUCTION

Изобретение относится к гидротехническому и гидроэнергетическому строительству и может быть использовано для создания напорных водоводов, деривационных, гидроаккумулирующих и т.п. гидроэлектростанций, а также насосных станций.
Известен напорный водовод гидроаккумулирующей электростанции, включающей входной оголовок, переходный участок, водовод, анкерную опору, колено напорного водовода с опорной прокладкой, потоконаправляющий элемент в виде эластичной оболочки, причем соединительный трубопровод вмонтирован в тело анкерной опоры и его часть проходит непосредственно через потерну (Патент RU 2392378 C1, Е02В 9/02 (2006.01). Напорный водовод гидроаккумулирующей электростанции. Опубл. 20.06.2010, бюл. №17).
Недостатком является сложность выполнения монтажных работ по прокладке деривационного водовода в условиях скальных грунтов, а также недостаточная надежность работы направляющего элемента при изменении режима работы водовода.
Известен каскад деривационных гидроэлектростанций, включающий водосливную плотину, образующую водохранилище и имеющую водосброс, и водозаборную часть, соединенную с напорным водоводом, снабженным затвором, последовательно расположенные гидроагрегаты с аварийными устройствами перед каждым, предотвращающими гидроудар, водоотводящий водовод, резервный водовод с затворами (Патент на полезную модель RU №103368(41), Е02В 9/00. Каскад деривационных гидроэлектростанций. Опубл. 10.04.2011).
Недостатком является сложность устройства и защиты гидроагрегатов по трассе водоводов, а также малая надежность работы гидроагрегатов с аварийными устройствами, применение тяжелой строительной техники при монтаже конструкций.
Известен уравнительный резервуар для гашения гидравлического удара в напорном водоводе деривационной ГЭС, включающий наклонную камеру уравнительного резервуара, воздуховод и т.д. (Патент РФ №2049197(C1). Е02В 9/06. Уравнительный резервуар напорного деривационного водовода ГЭС. Опубл. 27.11.1995).
Недостатком является значительная стоимость и трудоемкость работ по возведению наклонной камеры уравнительного резервуара вдоль трассы деривационного тоннеля, что препятствует его применению для гашения гидравлического удара в мобильном водоводе.
Известна гидроэлектростанция для малых горных водотоков, включающая переносную емкость, электрогенератор, турбину, напорный водовод, тросовые растяжки, пилообразные зубцы. Напорный трубопровод выполнен из полужесткого полимерного материала со стенками, армированными металлической стяжкой (А.с. SU 1142653 А. Заявка №3320251/25-06. МПК F03B 13/00. Кауфман К.А., Кораблев А.Л. Гидроэлектростанция для малых горных водотоков. Опубл. 28.02.85, бюл. №8).
Недостатком являются сложность монтажа переносной емкости на скальном грунте за счет тросовых растяжек и пилообразных зубцов и недостаточная надежность ее сопряжения с подводящим и отводящим напорным трубопроводом.
Известен наиболее близкий аналог гидроэнергетического сооружения рукавного типа, включающий водоподпорную оболочку, ванты-оттяжки, вант-подбор, береговые анкерные опоры, русловые анкеры, насадку с регулирующей задвижкой, гибкий рукав, устанавливаемый совместно с гидроагрегатом на водонаполняемую оболочку (Патент RU 2498009 С1, МПК Е02В 9/00, Е02В 7/02. Мобильная микроГЭС рукавного типа с поперечно-струйной турбиной. Опубл. 10.11.2013, бюл. №31).
Недостатком является невозможность его использования для горных рек без дополнительного закрепления и обеспечения условий, препятствующих скручиванию рукава при значительной его протяженности.
Известен многопролетный вантовый трубопроводный переход, предназначенный для уменьшения изгибающих моментов над промежуточными опорами, включающий промежуточные опоры, трубопровод с компенсаторами, парные ванты и пилоны с роликами (А.С. SU №1691450 А1. МПК E01D 11/008. Многопролетный вантовый трубопроводный переход. Опубл. 15.11.1991, бюл. №42).
Недостатком является сложность конструкции, а также отсутствие связей, препятствующих воздействию ветровой нагрузки на боковую поверхность трубопровода, что вызывает его поперечные колебания в горизонтальной плоскости и снижает надежность его эксплуатации в горных условиях.
Известна система мобильных дамб, включающая две внутренние водонаполняемые оболочки, внешнюю защитную оболочку, герметичную с двух боковых сторон, имеющих гибкие связи для соединения секций между собой и анкеры, а также способ их возведения, включающий выбор трассы, раскладку и наполнение секций, причем под действием внутреннего давления выдвигаются анкеры, затем при помощи гибкой связи к торцу секции по ходу трассы устанавливают следующую секцию (Патент RU №2539143 С1. МПК Е02В 7/00, Е02В 3/10. Система мобильных дамб и способ ее возведения. Опубл. 10.01.2015, бюл. №1).
Данный способ возведения линейно-протяженного сооружения позволяет избежать кручения оболочек по длине. Также способ соединения между секциями может быть использован для создания деривационного водовода.
Недостатками данной конструкции является малая устойчивость к абразивному воздействию потока при использовании в качестве деривационного водовода, также не обеспечивается достаточного сцепления анкеров с грунтом и устойчивости секций в условиях скальных грунтов и при пересечении оползнеопасных участков, а способ возведения не адаптирован к условиям горной местности.
Известен способ возведения строительства гидроузла, включающий проектно-изыскательскую, проектно-техническую, проектно-организационную и строительную работы (Матвеев Е.С. Архитектурное решение гидроэлектростанций. - М.: Энергия, 1975, с. 120-123).
Недостатком является большие затраты на строительство и невозможность использования в горных условиях без применения тяжелой строительной техники.
Известен проект организации строительства гидроузла, включающий его строительный генеральный план с расположением постоянных и временных сооружений, в т.ч. на сложные виды работ (Использование водной энергии: Учебник для вузов / Под. ред. Ю.С. Васильева - 4-е изд., переработ. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1995, с. 592-594).
Недостатком данного способа является значительный объем работ по устройству временных подъездных путей и может быть использован только при прокладке традиционных деривационных водоводов.
Задачей изобретения является создание составного мобильного деривационного водовода для микроГЭС малых горных рек и способа его возведения без использования тяжелой строительной техники.
Предлагаемое изобретение позволит увеличить технически возможный гидроэнергопотенциал малых горных рек за счет применения сезонно-действующих мобильных деривационных гидроэлектростанций.
Данный технический результат достигается за счет создания составного мобильного деривационного водовода (СМДВ) 1, (фиг. 1-3) из традиционных жестких, а также мягких и гибких композитных наноматериалов, обладающих памятью формы, причем последние представляют собой водопроводящие секции 2, соединенные между собой гибкими связями 3, включающими внешнюю оболочку 4, обладающую восстановительными свойствами за счет применения наноматериалов, использующих свойства энергии активизации на ее восстановление, а также защищающих ее от внешних и внутренних воздействий, в т.ч. солнечной и воздушной энергий, и две внутренние оболочки 5 с дополнительным покрытием из композитных наноматериалов 6, предотвращающим их абразивный износ, и соединенные между собой в поперечном сечении гибкой связью 7, в совокупности являющиеся потоконаправляющими элементами, предотвращающими поперечное скручивание и деформацию водопроводящих секций 2 под действием поперечных циркуляций, причем при пересечении оползневых участков, а также местности со сложными элементами орографии: ущельями, провалами и т.п. СМДВ 1 подвешивается за счет вантовых систем 8, укрепленных на опорах 9, ванты - оттяжки которых присоединены посредством обечаек 10 и дополнительных растяжек 11, предотвращающих горизонтальное перемещение СМДВ 1 в горизонтальной плоскости под действием ветровой нагрузки (фиг. 2), вода в СМДВ поступает из малой горной реки или верхового бассейна 19 посредством сифонного или иного водозабора 20, в нижней части составной водовод соединяется посредством компенсатора 13 с гибким или жестким трубопроводом, при необходимости усиленным бандажом, подводящим воду к гидроагрегату 14, установленному совместно с устройствами для гашения гидравлического удара и мониторинга технического состояния СМДВ 15, вынесенными в здание контейнерного типа 16 деривационной микроГЭС, из которого вода отводится через диффузор 17 в низовой бассейн 18.
Работа СМДВ 1 осуществляется следующим образом: вода из малой горной реки или верхнего бассейна 19 поступает через сифонный водозабор 20 в СМДВ 1, затем вода поступает самотеком через водопроводящие секции, придавая им эллипсовидную форму, при этом за счет внутренних оболочек 5 и поперечных связей 7 происходит гашение поперечных циркуляций, предотвращаются такие явления как вихреобразование и т.п., кроме того, от абразивного износа их защищает внутреннее покрытие, в то же время внешняя оболочка 4 защищает от внешнего воздействия внутренние оболочки 5, в случае пересечения трассой водовода неровностей рельефа и оползневых участков устанавливается вантовая система 8 и участок гибкого трубопровода приобретает каплевидную форму (фиг. 3), водный поток проходит через участок водовода, подвешенный на вантовой системе 8, причем динамическое воздействие ветра на его боковую поверхность воспринимается дополнительными оттяжками 11, при высоких напорах предусматривается переход посредством компенсатора 13 на жесткие конструкции участка водовода из пластика или металла, усиленного бандажом. В случае возникновения гидравлического удара при аварийном изменении скорости потока задействуют устройство гашения гидравлического удара, сила которого снижена из-за нахождения по трассе мягкого и гибкого участков водовода с малым модулем упругости, в то же время посредством системы мониторинга проверяется целостность напорного водовода и определяются места утечек. После утилизации энергии при прохождении через гидроагрегат 14 поток сбрасывается через диффузор 17 в нижний бассейн 18 (фиг. 2).
Способ возведения СМДВ 1 осуществляется на основании проектной документации, включающей расчетную и организационно-строительную части, в т.ч. планировку его трассы, создание верхнего 19 и нижнего 18 бассейнов, доставку и монтаж водопроводящих секций 2 из внешней 5 и внутренний оболочек 4 с последовательный их соединением между собой посредством гибкой связи 3, начиная от сифонного или иного водозабора 20, работы непосредственно по трассе и подготовленной для монтажа площадке, причем на труднодоступных участках горной местности устанавливаются опоры 9 и вантовая система 8, на которую посредством предварительно укрепленных на СМДВ 1 обечаек 10 происходит подвешивание водопроводящей секции 2, выравнивание и фиксация которой происходит за счет дополнительных оттяжек 11, далее на нижележащих участках с высокими напорами посредством компенсаторов 13 водопроводящие секции соединяются с водоводом из пластика или металла, при необходимости устанавливается бандаж, затем устанавливается здание контейнерного типа микроГЭС 16 с предварительно установленным в нем гидроагрегатом 14, устройством гашения гидравлического удара системы мониторинга 15, а затем ведется монтаж диффузора 17 и обеспечиваются условия гашения энергии в низовом бассейне 18.