Водозаборное сооружение для приема воды из горных и предгорных рек для малых ГЭС
WATER INTAKE STRUCTURE FOR RECEIVING WATER FROM MOUNTAIN AND FOOTHILL RIVERS FOR SMALL HPP

Изобретение относится к области строительства земляных сооружений и может быть использовано для гидротехнических и мелиоративных сооружений, для увеличения забора воды в жестких природных условиях, с целью повышения выработки электроэнергии на гидроэлектростанции (ГЭС). Основной материал при строительстве - железобетон и металл.
Известна конструкция водозаборного сооружения для горных рек (Азербайджан SU патент 1772311 A1 Е02В 9/04, бюл. №40). В состав сооружения входит бетонная водосливная плотина, водозаборные окна, расположенные в береговых устоях, затворов, качающегося щита, противовесов, водоприемной галереи, водозаборного порога, емкости. Недостатком такой конструкции является большой вес, материалоемкость, сложность устройства, а также ограничение по забору только поверхностного стока, что не позволяет использовать максимальный потенциал водотока.
Известен также послойно решетчатый водозабор для горных рек (патент RU 96070 Е02В 9/04). В состав сооружения входит земляная плотина, паводковый водосброс и водозаборная галерея, выполненная в виде горного «Тирольского» типа. Галерея перекрыта решетками. Узел разделен на пролеты бетонными бычками, снабженными затворами. Недостатком этой конструкции является ограничение по забору воды, забирается только поверхностный сток.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является подрусловой фильтрирующий водозабор комбинированной конструкции (патент RU 2518634 Е02В 9/04). В состав сооружения входит водозаборная галерея и водоприемник, выполненный из металлической решетки и гибких тюфяков, уложенных в два ряда сверху решетки. На глубине, под порогом, устроен водоприемник в виде перфорированной трубы, гибких тюфяков и жестких ребер.
Эта сравнительно несложная по технологии устройства и экономически выгодная конструкция имеет ряд недостатков. Одним из недостатков такого водозабора является необходимость частой замены фильтрующих тюфяков, что подразумевает более тщательный уход и дополнительные финансовые затраты. Так же возникает вопрос очистки водозаборной галереи и металлической решетки.
Целью изобретения является увеличение выработки электроэнергии в сложных природных условиях, за счет увеличения объемов забора воды.
Указанная цель достигается тем, что водозабор поверхностного стока выполнен в виде заглубленной галереи, частично перекрытой заборными решетками, сооружение на пролеты разделяется бычками, железобетонными полыми с решетками в верхней части стенок, или металлическим каркасом с металлическими щитами с напорной стороны; водозабор для подрусловых вод выполнен в виде труб расположенных ниже уровня земли, при этом входная часть защищена обратным фильтром, на выходе (в галерее) трубы перекрываются заслонкой, которая может быть выполнена в виде задвижки, регулируемой запорной арматурой из смотрового колодца расположенного в непосредственной близости, или обратного клапана, работающего в автоматическом режиме, а для поднятия уровня грунтовых вод и направления их в трубопровод от ВГУ, предусматривается шпунтовая стенка.
Изобретение поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - План водозаборного сооружения.
Фиг. 2 - Поперечный разрез водозаборного сооружения.
Фиг. 3 - Продольный разрез водозаборного сооружения.
Фиг. 4 - Схема по второму типу бычков и второму типу.
Водозаборное сооружение для приема воды из горных и предгорных рек для малых ГЭС состоит из: железобетонных полых бычков (1); заборных решеток (2); сплошных металлических листов (3); паводкового водосброса (4); сбросной трубы (5); трубопровода от ВГУ (6); плоских затворов (7); обслуживающего мостика (8); понура (9); труб для забора подруслового потока (10); обратного фильтра (11); шпунтовой стенки (12); гасителя энергии (13); водоупорного слоя (14); песчаной подготовки (15); задвижек (16); запорной арматуры (17); смотрового колодца(18); металлических щитов (19); обратных клапанов (20); металлического каркаса (21); железобетонного разделительного устоя (22).
Водозаборное сооружение для приема воды из горных и предгорных рек для малых ГЭС строится и работает следующим образом:
Вначале выбирается место строительства водозабора и осуществляется привязка основных элементов сооружения. Строительство гидроузла по климатическим условиям, с учетом технологической последовательности возведения основных сооружений и пропуска строительных расходов, производится в два этапа. Пропуск расходов строительного периода осуществляется следующим образом: отгораживается котлован, включающий сооружения 1-ого этапа. Расходы пропускают в правобережной части, частично расчищенной и организованной в виде отводного канала. Канал и перемычки рассчитаны на пропуск расходов межпаводкового периода. Под защитой выполняется часть понура (9) и весь комплекс сооружений, входящий в огражденную перемычками зону. В следующий межпаводковый сезон перемычками ограждается котлован левого берега с остальной частью водозабора, при этом расход пропускается через готовую часть. Водозаборное сооружение проектируется в виде галереи заглубленной в грунт и перекрытой заборными решетками (2). На заборной решетке (2) предусматриваются железобетонные полые бычки (1), которые затапливаются во время паводков. В стенках бычков расположены отверстия с заборными решетками (2), для дополнительного забора воды во время паводка. В среднюю часть водосливного пролета, по которому движутся донные наносы, вставляется съемное перекрытие из сплошного металлического листа (3).
Порог боковых водозаборных отверстий расположен на 1 м выше отметки понурной плиты водосброса и на 0,5 м водослива водозабора, что предотвращает попадание влекомых наносов в водозабор. Удаление наносов перед водозабором осуществляется путем создания высоких придонных скоростей воды за счет подъема плоских затворов (7).
Через отверстия в железобетонных полых бычках (1), во время паводка, будет осуществляться дополнительный забор воды. (Фиг. 3). Бычки на водозаборной галерее в виде металлического каркаса (21), с металлическими щитами (19) с напорной стороны сами по себе открытые, без боковых стен, что позволяет увеличить забор воды во время поводков. (Фиг. 4). В бычках предусматриваются пазы, в которые во время межени можно опускать плоские затворы (7). Они позволяют регулировать горизонты и расходы воды и более уверенно эксплуатировать водозабор.
За заборными решетками (2) предусматривается паз для заградительного плоского затвора (7), который устанавливается в пролет, где ведется очистка заборной решетки (2). Для маневрирования оборудованием предусматривается подвесной кран на обслуживающем мостике (8), который, кроме обслуживания заборных решеток (2) и плоских затворов (7), используется (с помощью специального оборудования) для побудительного перемещения плавающего, мусора и крупных донных наносов к паводковому водосбросу (4).
Вода из реки поступает через водозаборную галерею в промывное устройство. Смыв в нижний бьеф донных наносов, попавших в галерею и отстоявшихся в емкости промыва, осуществляется через сбросную трубу (5), которая регулируется задвижкой. Очистка осуществляется обратной волной, возникающей в галерее при быстром опускании плоских затворов (7) на оголовке деривационного канала МГЭС и в последующем открытии затворов промывного сооружения.
Паводковый водосброс (4) выполняет функции пропуска паводковых расходов воды, обеспечения попусков в нижний бьеф, мусоросброса и промыва отложившихся в верхнем бьефе перед водозабором наносов. Для разграничения водозабора и паводкового водосброса (4) предусмотрен железобетонный разделительный устой (22).
Водосбросной пролет оснащен плоским затвором (7), рассчитанным на определенный напор. Регулирование распределения расходов между сбросом и водозабором осуществляется в автоматическом режиме.
Все вышеуказанные сооружения размещаются в пределах поймы и русла рек. Заглубленная галерея выполнена с отверстиями под трубы для забора подруслового потока (10) и обратным фильтром (11) для очистки грунтовых вод. Чтобы обеспечить подачу воды в галерею, проектируется шпунтовая стенка (12) для поднятия уровня подруслового потока и направления его к заборным трубопроводам от ВГУ (6). Величина заглубления шпунтовой стенки (12) подбирается исходя из геологических условий и глубины залегания водоупорного слоя (14). Опускать шпунтовую стенку (12) в водоупорный слой (14) недопустимо, в виду основных требований по проектированию гидротехнических сооружений. Во время паводка трубы для забора подруслового потока (10), расположенные в стенках галереи необходимо защитить от обратного течения, для этого предполагается размещение задвижек (16) на трубах, которые регулируются запорной арматурой (17) из смотрового колодца (18) расположенного в непосредственной близости (Фиг. 3), или в виде обратных клапанов (20), работающих в автоматическом режиме. (Фиг. 4)
Для защиты труб от промерзания, необходимо предусмотреть электрообогрев.
Работа водозаборного гидроузла основана на принципе максимального обеспечения. В паводковый период перекрываются трубы для забора подруслового потока (10) расположенные в галереи, открываются плоские затворы (7) и осуществляется забор поверхностного стока. В меженный период поверхностный сток уменьшается в 100-150 раз, в некоторых районах он проходит в виде тонкого ручья. В такие периоды закрываются плоские затворы (7), поверхностный объем пропускается в качестве санитарных попусков, открываются трубы для забора подруслового потока (10) в галерее и происходит забор подруслового потока. Таким образом, совмещенный водозабор способен обеспечить МГЭС необходимым расходов в любой сезонный период и в самых жестких условиях.
Рассматриваемый водозабор расположен поперек русла реки. (Фиг. 1, 2). Количество пролетов зависит от ширины реки и расходов потока. Размеры плоских затворов (7) подбираются исходя из ширины пролета, величины напора и удобства маневрирования. От подмыва грунта перед сооружением предусмотрен понур (9), от размыва, после водозаборного сооружения, гаситель энергии (13) в виде водобойного колодца. Обогрев труб для забора подруслового потока (10) выполняется в виде нагревательного электрического кабеля.
Рассматриваемое сооружение будет устойчиво к воздействию потока воды из-за частичного заглубления конструкций в грунт.
Применение изобретения позволит получить несложное в изготовлении, надежное в эксплуатации водозаборное сооружение, способное увеличить расход воды за счет забора, как поверхностного стока, так и грунтовых вод. Оно имеет низкую себестоимость, просто в ремонте, устойчиво, длительное время воспринимает воздействие потока, не теряя своей работоспособности; хорошо вписывается в ландшафт, ограничивает попадание наносов и мусора в напорную деривацию, увеличивает выработку электроэнергии на малой гидроэлектростанции.