энерговодосбросное сооружение бетонной плотины

Формула изобретения

1. Энерговодосбросное сооружение бетонной плотины, включающее водосбросное отверстие с затвором, гидроагрегатный блок с турбинной камерой, соединенной с глубинным водоводом отсасывающей трубой, выведенной в водосбросной лоток, расположенный в верхней части гидроагрегатного блока и снабженный ремонтным затвором, причем в глубинном водоводе, в зоне примыкания его к турбинной камере выполнен проем, в котором установлен дополнительный затвор, а водосбросное отверстие соединено с указанным проемом и водосбросным лотком, отличающееся тем, что оно снабжено забральной стенкой, установленной в зоне водосбросного отверстия, дополнительный затвор выполнен в виде клапана с двусторонней обшивкой, шарнирно прикрепленного к потолочной части турбинной камеры, при этом глубинный водовод образован забральной стенкой.

2. Энерговодосбросное сооружение по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено фальшбортом, который установлен в передней части энерговодосбросного сооружения с возможностью отсоединения от него.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в бетонной плотине с водосбросными отверстиями в ее теле при пропуске максимальных паводковых расходов при невозможности пропуска их через гидроагрегат, а также при холостом сбросе воды.

Определение максимальных расходов воды рек является одной из главных задач, решаемых при проектировании гидросооружений. Максимальные расходы воды формируются в период обильного питания рек, которое обусловливается разными причинами: таянием снегов, выпадением осадков, а в горных районах - таянием снегов и ледников. Максимальные расходы вычисляются обычно в пределах от 10 до 0,1%-ной обеспеченности (1 раз в 10-1000 лет), а в ряде случаев и до 0,01%-ной обеспеченности (1 раз в 10000 лет).

В частности 0,01%-ная обеспеченность положена в основу проекта бетонной плотины Майнской ГЭС, являющейся контррегулятором Саяно-Шушенской ГЭС (см. книгу “Решение проблем Саяно-Шушенского гидроэнергетического комплекса”. Материалы научно-технической конференции 1986 г. Ленинград: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1987 г., с.198, рис.1.

Майнская ГЭС представляет собой энерговодосбросное сооружение, включающее поверхностное водосбросное отверстие и здание ГЭС.

Бетонная плотина Майнской ГЭС предназначена для суточного регулирования расходов, сбрасываемых через Саяно-Шушенскую ГЭС, а также для пропуска максимальных и субмаксимальных паводковых расходов, для чего в бетонной плотине выполнены дополнительные (резервные) поверхностные водосбросные отверстия. Эти отверстия включаются в работу при сбросе максимальных (катастрофических) расходов и при плановых или вынужденных остановках гидроагрегатов.

Однако высокая стоимость и крайне малая вероятность использования резервных водосбросных отверстий по своему прямому назначению сделали затраты на их возведение практически не окупаемыми. При этом размещение дополнительных гидроагрегатов, работающих на дополнительном притоке воды, в действующей бетонной плотине нежелательно из-за возможности ослабления конструкции плотины.

Изложенные обстоятельства обусловливают сложность и недостаточную экономичность эксплуатации выбранного аналога.

Указанный недостаток устранен в энерговодосбросном сооружении бетонной плотины, включающем водосбросное отверстие с затвором, гидроагрегатный блок с турбинной камерой, соединенной с глубинным водоводом отсасывающей трубой, выведенной в водосбросной лоток, расположенный в верхней части гидроагрегатного блока и снабженный ремонтным затвором, причем в глубинном водоводе, в зоне примыкания его к турбинной камере, выполнен проем, в котором установлен дополнительный затвор, а водосбросное отверстие соединено с указанным проемом и водосбросным лотком (см. патенты-аналоги: п. №4998846, приоритет от 23.01.90 г. - США и п.№241026, приоритет от 26.01.90 г. - Республика Аргентина).

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Дополнительный затвор в прототипе представляет собой обычный сегментный затвор с обшивкой с напорной стороны, позволяющий открывать проем, выполненный в глубинном водоводе, при сбрасывании паводковых вод и закрывать его в турбинном режиме работы сооружения.

При пропуске субмаксимальных паводковых расходов вода через проем при поднятом затворе проходит по водосбросному лотку и сливается в нижний бьеф.

Такое энерговодосбросное сооружение может быть использовано для получения дополнительной выработки электроэнергии в период, когда оно не используется для пропуска субмаксимальных и максимальных паводков, за счет утилизации части запасов гидравлической энергии воды в верхнем бьефе и без ущерба для водохозяйственного состояния последнего.

Недостатком прототипа является то, что при работе сооружения в водосбросном режиме при поднятом затворе сбрасываемая вода устремляется и через открытый проем в глубинном водоводе, и через проточную часть турбинной камеры. Это приводит к засорению проточной части турбины сбрасываемым вместе с водой мусором, что может вызвать поломку направляющего аппарата и лопастей турбины. Указанный недостаток делает конструкцию такого энерговодосбросного сооружения не надежной в эксплуатации, требующей ревизии турбины после очередного сброса паводка.

Другим недостатком прототипа является то, что подобное энерговодосбросное сооружение невозможно присоединить к уже существующему поверхностному водосбросному сооружению к бетонной плотине, что делает прототип неудобным в эксплуатации.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи исключения возможности попадания сбрасываемой воды в водосбросном режиме работы энерговодосбросного сооружения в проточную часть турбинной камеры, а также обеспечения возможности присоединения указанного энерговодосбросного сооружения к поверхностному водосбросному сооружению, например бетонной плотине.

Указанный технический результат достигается тем, что энерговодосбросное сооружение бетонной плотины, включающее водосбросное отверстие с затвором, гидроагрегатный блок с турбинной камерой, соединенной с глубинным водоводом отсасывающей трубой, выведенной в водосбросной лоток, расположенный в верхней части гидроагрегатного блока и снабженный ремонтным затвором, причем в глубинном водоводе, в зоне примыкания его к турбинной камере, выполнен проем, в котором установлен дополнительный затвор, а водосбросное отверстие соединено с указанным проемом и водосбросным лотком, снабжено забральной стенкой, установленной в зоне водосбросного отверстия, дополнительный затвор выполнен в виде клапана с двусторонней обшивкой (клапанного затвора), шарнирно прикрепленного к потолочной части турбинной камеры, при этом глубинный водовод образован забральной стенкой.

Кроме того, энерговодосбросное сооружение может быть снабжено фальшбортом, который установлен в передней части энерговодосбросного сооружения с возможностью отсоединения от него.

Заявителю не известны конструктивные решения, обладающие такой же совокупностью существенных признаков, как и заявляемое, что свидетельствует о соответствии заявляемого объекта критерию “новизна”.

Благодаря реализации отличительных признаков заявляемого конструктивного решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта появляется новый технический результат - предлагаемая конструкция дополнительного затвора позволяет в турбинном режиме путем подъема дополнительного клапанного затвора перекрывать проем в глубинном водоводе, а в водосбросном режиме путем опускания дополнительного, клапанного, затвора открывать указанный проем, обеспечивая выход воды в водосбросной лоток, и одновременно закрывать вход в турбинную камеру, предотвращая попадание в нее сбрасываемого мусора; двусторонняя обшивка дополнительного, клапанного, затвора в обоих режимах работы сооружения обеспечивает благоприятный гидравлический режим обтекания поверхности этого затвора; благодаря наличию забральной стенки, образующей глубинный водовод, обеспечивается возможность присоединения заявляемого энерговодосбросного сооружения к бетонной плотине. Фальшборт позволяет осуществить такое присоединение “наплаву”.

При этом новый технический результат не следует явным образом из известного уровня техники, а является следствием реализации в предлагаемом техническом решении отличительных признаков заявляемого объекта в совокупности с признаками, общими с прототипом.

Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения иллюстируется чертежом, где на фиг.1 показано энерговодосбросное сооружение, продольный разрез, присоединенное к бетонной плотине.

Энерговодосбросное сооружение присоединено к бетонной плотине 1. Оно включает водосбросное отверстие 2 с затвором 3 и забральную стенку 4. Глубинный водовод 5 образован указанной забральной стенкой 4. Гидроагрегатный блок 6 содержит турбинную камеру 7 с гидроагрегатом 8, соединенную с глубинным водоводом 5 отсасывающей трубой 9, которая выведена в водосбросной лоток 10, расположенный в верхней части гидроагрегатного блока 6 и снабженный на выходе ремонтным затвором 11, для маневрирования которым предусмотрен подъемный механизм 12. В глубинном водоводе 5, в зоне примыкания его к турбинной камере 7, выполнен проем 13, в котором установлен дополнительный затвор 14, выполненный в виде клапана (клапанный затвор) с двусторонней обшивкой (на чертеже не показана), шарнирно прикрепленного к потолочной части турбинной камеры 7. Привод 15 предназначен для маневрирования дополнительным, клапанным, затвором 14. Водосбросное отверстие 2 соединено с проемом 13 и водосбросным лотком 10.

Фальшборт 16 расположен в передней части энерговодосбросного сооружения. Он предназначен для соединения энерговодосбросного сооружения с бетонной плотиной 1 “наплаву” и установлен с возможностью отсоединения от нее.

Предлагаемое энерговодосбросное сооружение работает следующим образом. После соединения данного сооружения с бетонной плотиной 1 фальшборт 16 убирается. Для использования запасов гидравлической энергии в верхнем бьефе открывается затвор 3, и вода по глубинному водоводу 5 устремляется в турбинную камеру 7 гидроагрегатного блока 6, в результате чего происходит выработка электроэнергии. При этом проем 13 перекрыт дополнительным, клапанным, затвором 14, а отсасывающая труба 9 выведена в водосбросной лоток 10, в котором установлен уровень воды, обеспечивающий требуемое заглубление рабочего колеса турбины гидроагрегата 8 независимо от уровня нижнего бьефа.

При необходимости пропуска максимального или субмаксимального расходов воды при паводке затвор 3 открывается. Также открывается проем 13 путем опускания с помощью привода 15 дополнительного, клапанного, затвора 14. Вода через проем 13 устремляется в водосбросной лоток 10 и сливается в нижний бьеф. Клапанный затвор 14 в опущенном положении перекрывает вход в турбинную камеру 7, предотвращая попадание мусора в нее.

После окончания паводка с субмаксимальными или максимальными расходами затвор 3 опускается, перекрывая глубинный водовод 5; под его прикрытием в спокойной воде поднимается клапанный затвор 14 и перекрывается проем 13 в глубинном водоводе 5. Гидроагрегат 8 приводится в рабочее состояние, после чего путем подъема затвора 3 открывается проем 13 глубинного водовода 5 и приводится в действие гидроагрегат 8 для выработки электроэнергии при пропуске ежегодных паводков обычной интенсивности и при осуществлении полезных попусков воды из верхнего бьефа.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении по сравнению с прототипом исключается возможность попадания сбрасываемой воды в водосбросном режиме работы энерговодосбросного сооружения в проточную часть турбины; кроме того, указанное энерговодосбросное сооружение может быть непосредственно (без каких-либо дополнительных затрат) присоединено к бетонной плотине.

Указанные преимущества заявляемого энерговодосбросного сооружения обусловливают его высокую надежность и удобство эксплуатации.

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано с помощью известных технических средств и стандартного оборудования, что свидетельствует, по мнению заявителя, о соответствии заявляемого объекта критерию “промышленная применимость”.