КОНТРВИХРЕВОЙ ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
COUNTER-VORTEX WATER FLOW ENERGY DAMPER

Область техники
Изобретение относится к гидротехнике, гидравлике, гидромеханике, а более конкретно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения энергии водного потока в различных водосбросных сооружениях.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время актуальной инженерной проблемой в гидроэнергетике является организация безопасного холостого сброса воды с верха плотин вниз (с верхнего бьефа в нижний бьеф). Это обусловлено как участившимися катастрофическими паводками, так и стареющими гидроагрегатами, в период вынужденного простоя которых гидроэлектростанции снижают возможность пропуска водотока. В связи с этим важно иметь технические решения, обеспечивающие возможность оперативного перевода водного тракта гидротурбин в холостой сброс с гашением энергии потока. При этом, принимая во внимание, что в большинстве случаев простой гидроагрегата носит временный и крайне нежелательный характер, конструкция потокогасителя должна вносить минимальные изменения в конструкцию гидроагрегата и обеспечивать низкозатратный монтаж и демонтаж.
Из уровня техники известны различные конструктивные решения безопасного холостого водосброса, в частности, известен водосброс, раскрытый в авторском свидетельстве SU 1504307, опубликованном 30.08.1989, включающий расположенную в теле подпорного сооружения выше нижнего бьефа смесительную камеру, напорные галереи с затворами, сообщенные с верхним бьефом и подключенные к смесительной камере навстречу друг другу, воздуховод, сообщающий смесительную камеру с атмосферой, водобойную камеру, расположенную под смесительной камерой, и отводящий водовод, соединяющий водобойную камеру с нижним бьефом, при этом он снабжен поперечной водобойной стенкой, установленной в водобойной камере под смесительной камерой и выполненной с обращенной вверх и в сторону верхнего бьефа вогнутой гранью в четверть цилиндрической поверхности, радиус которой равен длине смесительной камере.
Недостатком данного технического решения является то, что после соударения потоков в смесительной камере и в водобойной камере отсутствует заметное в большей степени вращение, которое в основном отходит от центра камеры, образуется распластанность вращающегося потока из-за прямоугольной формы камеры в поперечном сечении, т.е. отсутствует ее форма, которая не позволяет сжимать поток. Другим недостатком является то, что в теле подпорного сооружения-плотины камера соединена с отводящим водоводом в виде трубы с подтоплением с нижнего бьефа для снижения кинетической энергии потока, выходящего из водовода. Однако в таких водоводах - это малая пропускная способность затопленных с выходящим воздухом, в котором движение потока происходит в виде пробкового течения в нем.
Известен также гаситель энергии потока, описанный в авторском свидетельстве SU 1712530, опубликованном 15.02.1992, включающий водовод, закручивающее устройство, которое разделяет поток на струи, и отводящий канал.
Недостатком данного гасителя является то, что при закручивании потока устройствами на горизонтальных участках в гасительной камере возникает интенсивная пульсация скоростей и давлений, а также неполное гашение кинетической энергии потока в отводящем канале. При этом сопровождение бьефов производится по типу отогнанного прыжка, на котором не рассчитывается участок крепления дна отводящего канала, что приводит к недопустимым размывам. Кроме того, наличие такого течения потока создает волновые поверхностные явления, что снижает гидравлические условия работы отводящего канала.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание конструкции потокогасителя, которая должна вносить минимальные изменения в конструкцию гидроагрегата и обеспечивать низкозатратный монтаж и демонтаж.
При решении поставленной задачи достигается технический результат гашения энергии потока в штатном водяном тракте гидротурбины (осевого, диагонального, радиально-осевого видов) без внесения конструктивных изменений в стационарную часть и использованием штатных конструктивных элементов валопровода гидроагрегата, что обеспечивает возможность использования водяного тракта указанных гидротурбин, как для задачи выработки электрической энергии, так и гашения энергии потока без выработки электрической энергии.
Указанный технический результат достигается за счет того, что контрвихревой гаситель энергии водного потока включает установленные последовательно по ходу потока на валопроводе рабочее колесо того же вида и направления вращения, что и штатное рабочее колесо гидротурбины, и дополнительное рабочее колесо гидротурбины осевого вида, вал которой соединен с валом штатной гидротурбины, при этом направление вращения рабочего колеса дополнительной гидротурбины противоположно направлению вращения штатной гидротурбины.
При этом штатная гидротурбина может быть осевого или диагонального, или радиально-осевого вида.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена конструкция контрвихревого гасителя энергии водного потока.
Вариант осуществления изобретения
В конструкции контрвихревого гасителя энергии водного потока максимально используются конструктивные элементы штатного гидроагрегата. На фигуре 1 представлена конструкция контрвихревого гасителя энергии водного потока на основе радиально-осевой гидротурбины и включает: вал генератора (1); остов ротора генератора (3); вал турбины (5); рабочее колесо турбины (7).
Валопровод устанавливается в штатных подшипниковых опорах: верхнем генераторном подшипнике (2); нижнем генератором подшипнике (4); турбинном подшипнике (6).
Дополнительным конструктивными элементами являются: вал дополнительной гидротурбины (8), соединенный с валом штатной турбины (5) посредством муфтового соединения и рабочее колесо осевой гидротурбины левого вращения. (9).
Как показано в Исследовании (Чурин П. С. Исследование возможности использования энергетических водоводов высоконапорных гидроэлектростанций для сброса холостых расходов: дис. ... кандидата технических наук: 05.23.16: [Место защиты: Моск. гос. строит. ун-т] - М., 2015 - 159 с.) заторможенное рабочее колесо радиально-осевой турбины (Грановский С.А., Малышев В.М., Орго В.М., Смоляров Л.Г. Конструкция и расчет гидротурбин. - Л., «Машиностроение», 1974 г. - 408 с.) правого вращения (ГОСТ 23956-80 Турбины гидравлические. Термины и определения), обеспечивает закрутку потока в направлении против часовой стрелки (12), а заторможенное рабочее колесо дополнительной осевой гидротурбины (Грановский С.А., Малышев В.М., Орго В.М., Смоляров Л.Г. Конструкция и расчет гидротурбин. - Л., «Машиностроение», 1974 г. - 408 с.) левого вращения (ГОСТ 23956-80 Турбины гидравлические. Термины и определения) обеспечивает закрутку потока в направлении (13) по часовой стрелке. За счет чего на рабочие колеса турбины и дополнительной турбины действуют противоположно направленные вращающие моменты (на рабочее колесо турбины - по часовой стрелке, на рабочее колесо дополнительной турбины - против часовой стрелки), что обеспечивает компенсацию вращательного момента рабочих колес. Остаточный вращательный момент воспринимается стропами (11), связывающими остов ротора генератора (3) с железобетонными опорными конструкциями (10) генератора.