гидростанция с напорным водоводом и боковым водозабором

Формула изобретения

Гидростанция с напорным водоводом и боковым водозабором, включающая водозабор, напорный водовод, турбину и привод ее генераторов, отличающаяся тем, что водозабор гидростанции выполнен в виде искусственного резервуара, который строится рядом с рекой, и к которому подсоединена водозаборная часть напорного водовода, верхняя кромка которого расположена на уровне или ниже наиболее глубокой естественной точки дна реки в створе искусственного резервуара, причем последний соединен с рекой каналом или водоводом, дно которых выполнено также на уровне или ниже наиболее глубокой естественной точки дна реки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидростроительству и может быть применено при строительстве малых ГЭС в любой местности.

Известны малые ГЭС (патент № 2162914/13 С2, заявка № 98117019/13 00 от 08.09.98 г.), у которых основным сооружением является деривационный канал, выполненный в виде напорного водовода. В конце водовода устанавливается активная турбина. Для ГЭС небольшой мощности установка активных турбин, вместо реактивных, предпочтительна, так как активные турбины, по сравнению с реактивными, имеют более высокий гидравлический кпд и решается проблема гидравлического удара в трубах водовода.

Активная турбина по патенту № 2162914 выполнена в виде колеса, по ободу которого закреплены, с возможностью поворота вокруг оси своего крепления, ковши. Каждый ковш выполнен в виде двух соединенных вместе, расходящихся под углом гнутых желобов.

Кроме выбора типа турбин для ГЭС, существенной проблемой для них, независимо от того, какой тип турбин в них применен, является проблема сохранения самой реки. Установка, например, на р. Енисей Красноярской ГЭС полностью нарушила прямое водное сообщение между г. Красноярском и такими городами, как Абакан и Минусинск. Более мелкие реки часто используются для сплава по ним туристов. Плотины на реках нарушают не только проложенные туристами маршруты, но и естественную экологию реки, на которой они строятся. Со строительством плотинных ГЭС полностью нарушаются естественные пути миграции рыбы, отчего сокращается ее количество в реках. Ни одна плотинная ГЭС мира не решает проблемы миграции рыбы через тело плотины!

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Малая ГЭС с активной турбиной» - заявка 2005140717/06, 26.12.2005, патент № 2305793, опубл. 10.09.2007, бюл. № 25, автор Г.Г.Ушаков.

По этому изобретению «Малая ГЭС с активной турбиной», включающая в себя плотину водозабора, конус водозабора, напорный водовод, активную турбину, генератор тока с приводом, отличающаяся тем, что конус водозабора выполнен конусом только в горизонтальной плоскости, вход в донный водосброс и вход в конус водозабора располагаются в одной плоскости и над ними на гребне плотины водозабора установлено теплое помещение, стенка которого, обращенная в сторону водохранилища, располагается перед плотиной и ее нижняя кромка заглублена на величину промерзания водохранилища, а активная турбина выполнена в виде диска, жестко закрепленного на валу турбины, по обеим сторонам которого по его периферии закреплены ковши, выполненные в виде улиток, закручивающих падающую на них струю воды из сопел напорного водовода таким образом, чтобы отработанная струя воды падала мимо основной струи, каждое сопло напорного водовода выполнено в виде конуса, связанного с задвижкой напорного водовода через промежуточное звено водовода, а в качестве тормозной системы, для стабилизации числа оборотов колеса турбины и, следовательно, частоты тока, при изменяющихся в процессе работы станции параметрах напора и нагрузок на генератор от потребителей тока, применен дополнительный генератор постоянного тока, вал которого жестко связан с валом основного генератора и на обмотку возбуждения которого через диодный мост подается ток из основной, трехфазной сети основного генератора, кроме того, в схеме управления обмоткой возбуждения основного генератора применен реостат, предназначенный для изменения силы тока в его обмотке возбуждения, управляемый центробежным толкателем, например системы Уатта, вал которого также связан с валом основного генератора.

Задача изобретения - исключить влияние гидростанций и их строительства на экологию рек и ручьев, на которых они строятся.

Поставленная задача решается с помощью гидростанции с напорным водоводом и боковым водозабором, включающей водозабор, напорный водовод, турбину и привод ее генераторов, отличающейся тем, что водозабор гидростанции выполнен в виде искусственного резервуара, который строится рядом с рекой, к которому подсоединена водозаборная часть напорного водовода, верхняя кромка которого расположена на уровне или ниже наиболее глубокой естественной точки дна реки в створе искусственного резервуара, причем последний соединен с рекой каналом или водоводом, дно которых выполнено также на уровне или ниже наиболее глубокой естественной точки дна реки.

На Фиг.1 показан общий вид «Гидростанции с напорным водоводом и боковым водозабором» (вид в плане).

На Фиг.2 показан разрез водозабора ГЭС по искусственным каналу и искусственному резервуару с горловиной напорного водовода.

Гидростанция с напорным водоводом и боковым водозабором включает в себя искусственный резервуар - 1, построенный на одном из берегов реки или ручья, конус водозабора - 2, его затвор - 3, напорный водовод - 4, задвижку - 5, промежуточное звено водовода - 6, сопло - 7 и активную турбину - 8. Турбина - 8 смонтирована в кожухе - 9 и закрыта крышкой. Струя воды, из напорного водовода - 4, подается через задвижку - 5 на лопасти турбины - 8, через сопла - 7. Турбина - 8, муфтой - 10, соединена с валом редуктора - 11, на концах быстроходного вала которого с одной стороны, через муфту, крепится вал основного генератора - 12, вырабатывающего переменный ток, с другой стороны - шкив передачи, связывающей редуктор основного генератора с устройством для стабилизации параметров тока, выполненным, например, в виде центробежного толкателя, - 13.

Искусственный резервуар - 1 строится в виде бассейна или колодца, в одну из стенок которого встроена горловина напорного водовода, выполненная в виде плоского конуса - 2, чья верхняя кромка (точка) располагается на уровне или ниже наиболее глубокой точки дна реки или ручья, рядом с которыми строится ГЭС. Конус водозабора закрывается затвором - 3 с подъемником - 14. В стенке резервуара, обращенной в сторону реки, выполнено отверстие или проем, также закрываемый затвором - 15. Этот проем с рекой соединен каналом или водоводом - 16, имеющим уклон в сторону бокового водозабора, причем дно этого канала или водовода расположено также на уровне или ниже наиболее глубокой точки дна реки.

В стенке резервуара, в которую встроен конус водовода - 2, встроена горловина сливного водовода - 17 с его затвором - 18. Горловина сливного водовода или отверстия - 17 располагается на уровне или ниже горловины напорного водовода - 4. Весь искусственный резервуар - 1 может быть закрыт зданием - 19. Стенка резервуара - 1, в которую встроен конус водозабора - 2, может быть выполнена за одно с элементами берегоукрепления - 20.

Работает гидростанция с напорным водоводом и боковым водозабором следующим образом.

На берегу реки или ручья, согласно замерам параметров водного потока реки, расчету и проекту, строится боковой водозабор - 1. Боковой водозабор - 1, для ГЭС небольшой мощности, может быть полностью изготовлен в заводских условиях. Его строительство, так же как и прокладка напорного водовода не связаны с рекой и ее экологией и осуществляются на одном из ее берегов. К боковому водозабору - 1 подсоединяется конус напорного водовода - 2, горловина сливного водовода - 17, монтируются все затворы и их подъемники и, при необходимости, строится здание водозабора - 19.

После завершения строительства и монтажа всего оборудования ГЭС, включая турбину - 8, привод ее генератора - 12, всех элементов энергообеспечения затворы всех отверстий бокового водозабора - 1 закрываются. Закрывается проем или отверстие, соединяющее водозабор с рекой, закрытое затвором - 15. Затем строится канал или водовод - 16, соединяющий реку или ручей с боковым водозабором. Дно канала - 16 имеет уклон в сторону бокового водозабора - 1. После завершения строительства соединительного канала затворы - 15 и 3 открываются, напорный водовод полностью заполняется водой. Станция готова к работе.

Для начала работы станции открывается задвижка - 5, турбина - 8, вращаясь от напора воды, вращает вал редуктора, на концах быстроходного вала которого с одной стороны закреплен вал основного генератора - 12, с другой - шкив передачи, связывающий редуктор с устройством для стабилизации параметров тока - 13. Станция вырабатывает ток.

Как показала практика эксплуатации такого водозабора на р. Хайрузовая (Республика АЛТАЙ), наличие в ГЭС бокового водозабора не повлияло на экологию окружающей среды и жизнь реки, на которой построена эта ГЭС. Этот факт тем более значимый, если учесть, что вышеназванная ГЭС построена на территории заповедника.