Кужелев Игорь Александрович

Кужелев Игорь Александрович.

магистрант Таразского Государственного Университета имени М.Х. Дулати.

Альтернативный вариант конструкции водоприемного устройства малой гидроэлектростанции.

Аннотация: Наиболее точное и развернутое определение рассматриваемого сооружения: водоприемник – это устройство, с помощью которого осуществляется забор воды из водотока или водоема [1]. Сооружение должно сохранять работоспособность при возникновении различных осложнений, вызванных: снижением глубин воды или расходов воды у водоприемных отверстий; образованием в потоке внутриводного льда; транспортировкой потоком наносов, сора и т.п.; регулированием стока на ГЭС; отбором воды для прочих целей; захватом загрязнений водотока или водоема; переформированием русла или побережья водотока или водоема; вдольбереговыми перемещениями наносов и др [2]. Наибольшее распространение имеют водоприемники с вертикальным расположением водоприемных отверстий. Водоприемники разного типа (не менее двух), работающие совместно (заменяя друг друга) либо независимо один от другого и входящие в состав одного водозабора, называют комбинированными [3]. Комбинированные водоприемники наиболее приспособлены к условиям работы при большом количестве наносов, а значит наиболее перспективны.

Предлагаемый альтернативный вариант водоприемного устройства

(водоприемник - водовыпуск).

Данное устройство относится к гидроаккумулирующим электростанциям (ГАЭС), а также может быть использовано в водоприемных сооружениях гидроэлектростанций (ГЭС) и водовыпускных устройствах крупных насосных станций, т.е. для всех видов гидротехнических сооружений. Водоприемник-водовыпуск обеспечивает сопряжение водоема и напорного водовода, плавное поступление воды из водоема в водовод при работе ГЭС в турбинном режиме или же плавный выход потока воды из напорного водовода в водоем при работе ГАЭС в насосном режиме. В связи с чем водоприемно-водовыпускная камера имеет раструбную форму, т.е. со стороны водоема имеет большое поперечное сечение, а ближе к напорному водоводу - значительно меньшее. Сужение или угол раструбности камеры значительно влияет на потери напора и энергии потока. С целью обеспечения наименьших потерь напора и в турбинном, и в насосном режимах работы потолок водоприемно-водовыпускной камеры выполняют с возможностью изменения угла раструбности данной камеры за счет шарнирного крепления рамы, размещенной на ее верхней грани [4].

Недостатком рассматриваемого устройства является сложность ее эксплуатации. Она обусловлена необходимостью использования подъемного механизма для опускания и подъема потолочного элемента - верхней рамы, применяющийся при изменении режима работы ГАЭС с турбинного на насосный и обратно [1]. При этом необходимо отслеживать изменение режима работы ГАЭС и своевременно обеспечивать перемещение потолочного элемента. Недостаток устройства заключается в низкой надежности его работы, поскольку перемещение потолочного элемента зависит от работоспособности подъемного механизма. При выходе из строя этого механизма невозможно будет обеспечить перемещение потолочного элемента.

Сущность предлагаемого устройства состоит в упрощении эксплуатации, повышении надежности работы водоприемника-водовыпуска, а также в уменьшении его материалоемкости и стоимости. Технический результат - обеспечение упрощения эксплуатации за счет автоматического изменения раструбности водоприемно-водовыпускной камеры путем изменения толщины разделителя потока; повышение надежности работы всего водоприемника-водовыпуска путем обеспечения надежной автоматической работы разделителя потока, уменьшение материалоемкости и стоимости водоприемника-водовыпуска. Эффект от

использования предлагаемого устройства заключается в упрощении эксплуатации из-за

автоматического изменения толщины разделителя потока и раструбности водоприемно-водовыпускной камеры, а также повышение надежности работы всего устройства из-за обеспечения надежной автоматической работы разделителя потока. Кроме того, уменьшается материалоемкость и стоимость водоприемника за счет использования для разделителей потока более дешевого материала.

Подробное описание устройства:

Водоприемник-водовыпуск включает в себя: водоприемно-водовыпускную камеру, пазы затвора, напорный водовод и разделители потока, размещенные в водоприемно-водовыпускной камере. Водоприемно-водовыпускная камера снабжена управляющим элементом и водопроводом, а разделители потока выполнены полыми с возможностью изменять свою толщину и включают концевые и промежуточные балки и эластичную оболочку с фиксирующими тягами. Концевые балки выполнены со своих внешних сторон удобообтекаемой формы, промежуточные балки выполнены полыми с перфорацией по своей длине. Эластичная оболочка выполнена в виде замкнутой полости. Управляющий элемент выполнен в виде трубки, свободный конец которой размещен в водоприемно-водовыпускной камере и повернут в сторону напорного водовода, а другой конец посредством водопровода соединен с внутренней полостью промежуточной балки разделителя потока [5].

Концевые и промежуточные балки размещены внутри полости эластичной оболочки и своими концевыми частями жестко связаны со стенками водоприемно-водовыпускной камеры; эластичная оболочка связана посредством жесткого крепления с внешними удобообтекаемыми сторонами концевых балок разделителя потока, а фиксирующие тяги размещены внутри эластичной оболочки и связывают противоположные поверхности эластичной оболочки с возможностью ограничения максимального расстояния между ними.

$C:\Users\admin\Downloads\воддка.png$

Рис. 1. Конструкция рассматриваемого водоприемника-водовыпуска.

Указанный технический результат достигается тем, что водоприемник-водовыпуск снабжен управляющим элементом и водопроводом, а разделители потока выполнены полыми с возможностью изменять свою толщину и включают концевые и промежуточные балки и эластичную оболочку с фиксирующими тягами, при этом концевые балки выполнены со своих внешних сторон удобообтекаемой формы, промежуточные балки выполнены полыми с перфорацией по своей длине, эластичная оболочка выполнена в виде замкнутой полости, а управляющий элемент выполнен в виде трубки, свободный конец которой размещен в водоприемно-водовыпускной камере и повернут в сторону напорного водовода, а другой конец посредством водопровода соединен с внутренней полостью промежуточной балки разделителя потока, причем концевые и промежуточные балки размещены внутри полости эластичной оболочки и своими концевыми частями жестко связаны со стенками водоприемно-водовыпускной камеры, эластичная оболочка связана посредством жесткого крепления с

внешними удобообтекаемыми сторонами концевых балок разделителя потока, а фиксирующие

тяги размещены внутри эластичной оболочки и связывают противоположные поверхности эластичной оболочки с возможностью ограничения максимального расстояния между ними [5].

На рис. 2 представлен поперечный разрез водоприемника-водовыпуска, где приняты следующие обозначения: водоприемно-водовыпускная камера 1, паз затвора 2, напорный водовод 3, разделитель потока 4, управляющий элемент 5, водопровод 6, концевые балки 7, промежуточная балка 8, эластичная оболочка 9, фиксирующая тяга 10.

$C:\Users\admin\Downloads\приемм.png$

Рис.2. Поперечный разрез водоприемника-водовыпуска.

На рис. 3 - план-разрез рассматриваемого водоприемника-водовыпуска со следующими обозначения: водоприемно-водовыпускная камера 1, паз затвора 2, напорный водовод 3, управляющий элемент 5, водопровод 6, концевые балки 7, промежуточная балка 8, трубка 11, полость 12.

$C:\Users\admin\Downloads\приеммм.png$

Рис. 3. План-разрез водоприемника-водовыпуска.

На рис.4. - разрез разделителя потока при работе водоприемника-водовыпуска в режиме выпуска потока в водоем (диффузорном), где приняты следующие обозначения: концевые балки 7, промежуточная балка 8, эластичная оболочка 9, фиксирующая тяга 10, полость 12, жесткое крепление 13.

$C:\Users\admin\Downloads\приемммс.png$

Рис. 4. Разрез разделителя потока при работе водоприемника-водовыпуска в режиме выпуска потока в водоем.

На рис.5 представлен разрез разделителя потока при работе водоприемника-водовыпуска в режиме входа потока в водовод (конфузорном), где приняты следующие обозначения: концевые балки 7, промежуточная балка 8, эластичная оболочка 9, фиксирующая тяга 10, полость 12, жесткое крепление 13.

$C:\Users\admin\Downloads\42333333ррр.png$

Рис.5. Разрез разделителя потока при работе водоприемника-водовыпуска в режиме входа потока в водовод.

Водоприемник-водовыпуск включает водоприемно-водовыпускную камеру 1, паз затвора 2, напорный водовод 3 и разделитель потока 4, размещенный в водоприемно-водовыпускной камере 1, снабженной управляющим элементом 5 и водопроводом 6, а разделитель потока 4 выполнен полым с возможностью изменять свою толщину и включает в себя концевые балки 7 и промежуточную балку 8, эластичную оболочку 9 с фиксирующими тягами 10, при этом концевые балки 7 выполнены со своих внешних сторон удобообтекаемой формы, балка промежуточная 8 выполнена полой с перфорацией по своей длине, эластичная оболочка 9 выполнена в виде замкнутой полости, а управляющий элемент 5 выполнен в виде трубки 11, свободный конец которой размещен в водоприемно-водовыпускной камере 1 и повернут в сторону напорного водовода, а другой конец посредством водопровода 6 соединен с внутренней полостью 12 промежуточной балки 8 разделителя потока 4, причем концевые балки 7 и промежуточная балка 8 размещены внутри полости эластичной оболочки 9 и своими концевыми частями жестко связаны со стенками водоприемно-водовыпускной камеры 1, эластичная оболочка 9 связана посредством жесткого крепления 13 с внешними сторонами концевых балок 7 разделителя потока 4, а фиксирующие тяги 10 размещены внутри эластичной оболочки 9 и связывают противоположные поверхности эластичной оболочки 9 с возможностью ограничения максимального расстояния между ними [5].

Устройство выполняет свою работу следующим образом. Водный поток, при работе водоприемника-водовыпуска в турбинном режиме, поступая из напорного водовода 3, проходит мимо управляющего элемента 5, выполненного в виде трубки 11, создавая давление,

под действием которого вода вовлекается в замкнутую полость 12 разделителя потока 4 посредством водопровода 6. Нагнетаемая подобным образом вода в полость разделителя раздувает эластичную оболочку 9 до момента, когда дальнейшему нагнетанию начинают

препятствовать фиксирующие тяги 10, прикрепленные к эластичной оболочке 9 с внутренних сторон разделителя потока 4 (рис.4), ограничивая максимальное расстояние между ними, тем самым создавая оптимальную раструбность диффузорного участка камеры водоприемника-водовыпуска для турбинного режима работы ГЭУ и наименьшие потери напора.

При прохождении водного потока мимо управляющего элемента 5 в обратном направлении, при использовании водоприемника в насосном режиме, за последним создастся разряженная область, в которую устремляется вода из полости разделителя потока, тем самым спуская эластичную оболочку 9 (рис.5) и обеспечивая оптимальный угол для текущего режима работы ГЭУ.

Таким образом: в предлагаемом устройстве за счет применения автоматически изменяющего толщину разделителя потока обеспечивается оптимальная раструбность водоприемно-водовыпускной камеры водоприемника-водовыпуска как для турбинного, так и для насосного режимов без использования какого-либо механического оборудования, а следовательно, обеспечивается его работа с наименьшими потерями энергии. Использование устройства обеспечит упрощение эксплуатации из-за того, что не требуется применение подъемного или иного механического оборудования для изменения положения и формы разделителя потока, поскольку раструбность водоприемно-водовыпускной камеры изменяется автоматически.

В свою очередь, работа устройства без механического оборудования повысит надежность водоприемника-водовыпуска, поскольку не будет зависеть от надежности и работоспособности этого механического оборудования. Кроме того, уменьшится материалоемкость и стоимость водоприемника-водовыпуска за счет выполнения разделителя потока из отдельных балок и применения более дешевого материала - эластичной оболочки. Дополнительное снижение материалоемкости и стоимости обеспечивается за счет отказа от дорогостоящего механического оборудования [5,6].

Вывод: В результате применения предлагаемого устройства достигается комплексный экономический эффект. За счет упрощения эксплуатации снизится численность обслуживающего персонала. В связи с этим уменьшатся расходы на выплату заработной платы. Кроме того, за счет снижения материалоемкости только на 2 т металла, с учетом экономии транспортных расходов, может составить около 480-500 тыс.тенге. на одну конструкцию.

Список использованной литературы:

1. Образовский А. С. и др. Водозаборные сооружения для водоснабжения из поверхностных источников. — М.: Стройиздат, 1976г.

2. Колесникова Т. В. Защита водозаборных сооружений от льда и шуги. — Гидротехника и мелиорация, 1980г.

3. Чудновский С.М., Степанов А.И., Мезенцева Е.А. Водозаборные сооружения из поверхностных источников: Учебное пособие – Ленинград: СЗПИ, 1989г.

4. Проектирование сооружений для забора поверхностных вод. -М.: Стройиздат, 1990г.

5. Патент № 2389847, действующий от 29.10.2008г и выданный "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) на имя Бальзанников М.И.

6. Забабурин И. А. Регулирование потоков у водозаборных сооружений (гидравлические и гидрологические обоснования). — Харьков, Высшая школа, 1982г.

7. Патент № 2389846, действующий от 29.10.2008г и выданный "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) на имя Селиверстов В.А.