RU2162914C2

RU2162914C2 - Damless hydro-electric station with intermediate reservoir

Info

Publication number: RU2162914C2
Application number: RU98117019/13A
Authority: RU
Inventors: Г.Г. Ушаков; Н.Я. Болтухин
Original assignee: Ушаков Григорий Германович; Болтухин Николай Яковлевич
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2001-02-10

Abstract

FIELD: hydraulic power engineering, applicable for production of electric power without disturbance of the hydrologic characteristics of the used river and environment of the river and ground adjoining it. SUBSTANCE: hydro-electric station uses a pressure tunnel with a water intake in the river and a gate. The pressure tunnel has a slope less than the slope of the river bottom and connects the water intake to the intermediate reservoir, from which the pressure tunnel of the impulse Pelton turbine coupled to the generator shaft originates. Installed in the intermediate reservoir between the intake of the pressure tunnel and the inlet to the inlet of the power conduit is a flow damper made in the form of a wall with holes. Each bucket of the turbine impeller is made in the form of two bent chutes diverging at an angle and fastened on the impeller for turning about the axis of its fastening. EFFECT: reduced capacity of the intermediate balancing reservoir without disturbance of the processes of its filling and emptying, enhanced efficiency of impulse Pelton turbines at the their use for production of electric power from small rivers. 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидростроительству и может быть применено для получения электроэнергии реки без нарушения ее гидрологических характеристик и экологии как самой реки, так и прилегающей к ней местности. The invention relates to hydraulic engineering and can be used to obtain electricity from a river without violating its hydrological characteristics and the ecology of both the river itself and the surrounding area.

Известны бесплотинные гидроэлектростанции, у которых основным сооружением является деривационный канал, выполненный открытого типа или в виде напорного водовода. В конце канала устанавливается реактивная турбина. Если водовод выполнен напорным, в конце него перед турбиной должен быть установлен уравнительный резервуар. Damless hydroelectric power stations are known in which the main structure is a derivation channel made of an open type or in the form of a pressure conduit. A jet turbine is installed at the end of the channel. If the water conduit is made pressurized, an equalization tank must be installed in front of the turbine at the end of it.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является проект Майской ГЭС в Республике "Горный Алтай". По этому проекту река перегорожена плотиной. Из образованного ею водохранилища берет начало напорный водовод, уложенный по берегу реки с уклоном, равным или несколько меньшим уклона дна реки. Через определенное расстояние, когда разность отметок заборной и конечной части водовода H достигла расчетной величины, установлены уравнительный резервуар и турбины. Турбины реактивные. Системы Каплана. Реактивные турбины - это турбины, в которых вал ее вращается не от прямого воздействия потока воды на лопатки рабочего колеса, а от реактивной составляющей давления этого потока. Такое техническое решение имеет ряд преимуществ, однако в турбине этого типа на один киловатт вырабатываемой ею электроэнергии расходуется в два раза больше воды, чем в турбинах активных, например ковшовых. Кроме того, БПС, разрабатываемые для локальных энергоисточников с использованием энергии потока малых рек, т.е. работающих с минимальными расходами и минимальными напорами, имеют свои особенности. Одна из них заключается в том, что не всегда удается транспортный водовод БПС выполнить открытым, используя для его прокладки складки местности, а прокладка открытого деривационного канала на эстакаде не всегда экономически оправдана. Напорный же водовод, как было отмечено выше, требует установки в его конце уравнительного резервуара. Увеличение габаритов резервуара удорожает строительство БПС. The closest in technical essence to the proposed invention is the project of the May hydroelectric station in the Republic of Gorny Altai. According to this project, the river is blocked by a dam. From the reservoir formed by her originates a pressure head conduit laid along the river bank with a slope equal to or slightly less than the slope of the river bottom. After a certain distance, when the difference between the marks of the intake and the final part of the water conduit H reaches the calculated value, a surge tank and turbines are installed. Jet turbines. Kaplan systems. Jet turbines are turbines in which its shaft rotates not from the direct influence of the water flow on the impeller blades, but from the reactive pressure component of this flow. This technical solution has several advantages, however, in a turbine of this type, one kilowatt of the electricity generated by it consumes twice as much water as in active turbines, for example bucket ones. In addition, BPS developed for local energy sources using the energy of the flow of small rivers, i.e. working with minimal costs and minimum pressure, have their own characteristics. One of them consists in the fact that it is not always possible to make the BPS transport conduit open, using the terrain for laying it, and laying an open derivation channel on the overpass is not always economically justified. The pressure water conduit, as noted above, requires the installation of an equalization tank at its end. The increase in tank dimensions increases the cost of building the BPS.

Цель изобретения - уменьшить емкость промежуточного, уравнительного резервуара без нарушения процессов его наполнения и освобождения и повысить КПД активных ковшовых турбин при использовании их в БПС, работающих с малыми объемами по расходу и напорами. The purpose of the invention is to reduce the capacity of the intermediate, surge tank without violating the processes of filling and emptying it and to increase the efficiency of active bucket turbines when used in BPS, working with small volumes of flow and pressure.

Поставленная цель достигается тем, что в бесплотинной ГЭС с промежуточным резервуаром, включающей напорный водовод с водозабором в реке и затворами, имеющий уклон менее уклона дна реки и соединяющий водозабор с промежуточным резервуаром, из которого берет начало напорный водовод ковшовой активной турбины, по ободу рабочего колеса которой закреплены ковши специальной формы и которая через механизм редуцирования связана с валом генератора, в промежуточном резервуаре между вводом напорного водовода и входом в водовод турбины установлен успокоитель потока, например, в виде стенки определенной высоты с отверстиями, каждый ковш рабочего колеса турбины выполнен в виде двух расходящихся под углом гнутых желобов и закреплен на рабочем колесе с возможностью поворота вокруг оси своего крепления. This goal is achieved by the fact that in a damless hydroelectric power station with an intermediate reservoir, including a pressure head conduit with a water intake in the river and gates, having a slope less than the slope of the river bottom and connecting the water intake with an intermediate reservoir, from which a pressure head conduit of a bucket active turbine originates, along the impeller rim which is fixed to a bucket of a special shape and which is connected through a reduction mechanism to the generator shaft, is installed in the intermediate tank between the inlet of the pressure water conduit and the turbine inlet flow damper, for example, in the form of a wall of a certain height with holes, each bucket of the turbine impeller is made in the form of two bent gutters diverging at an angle and mounted on the impeller with the possibility of rotation around its mounting axis.

На фиг. 1 показана общая компоновка бесплотинной ГЭС /БПС/ с промежуточным резервуаром, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - конструкция ковша рабочего колеса турбины, на фиг. 4 - то же, вид сбоку. In FIG. 1 shows the general layout of a damless hydroelectric power station / BPS / with an intermediate tank, FIG. 2 is a section AA in FIG. 1, in FIG. 3 shows the construction of a turbine impeller bucket; FIG. 4 is the same side view.

В одном из плесов реки 1 с уклоном ее дна i строится водозабор 2 транспортного водовода 3 с затвором 4. Транспортный водород 3 выполнен на всем своем протяжении в виде трубы 5, например, из железобетона, закрытой теплоизолированным материалом 6 и уложенной по берегу реки на опорах 7. Таким образом, уклон транспортного водовода 3 на большем своем протяжении равен уклону дна реки и может меняться по длине водовода, копируя профиль берега. In one of the reaches of the river 1 with a slope of its bottom i, a water intake 2 of a transport water conduit 3 with a closure 4 is being constructed. Transport hydrogen 3 is made along its entire length in the form of a pipe 5, for example, of reinforced concrete, covered with thermally insulated material 6 and laid along the river bank on supports 7. Thus, the slope of the transport conduit 3 for its greater extent is equal to the slope of the bottom of the river and can vary along the length of the conduit, copying the profile of the coast.

На расстоянии L_вод., обеспечивающем заданный напор H_полн., установлен промежуточный резервуар 8, к которому присоединен напорный водород 3 и из которого берет свое начало водовод 10 турбины 13. В том месте, где транспортный водовод 3 присоединяется к резервуару 8, выполнен отстойник 9. На фиг. 1 отстойник показан в виде отрезка той же трубы, из которой выполнен транспортный водород 3. Верх резервуара 8 выполнен в виде кольцевого водослива 11, с которым, в свою очередь, соединен отстойник 9. Водослив 11 резервуара 8 и водослив 12 рабочего колеса турбины 13 соединены с рекой 1. Напорный водовод 10 турбины 13 оканчивается соплом 14, заслонка которого управляется приводом 15. К ободу рабочего колеса шарнирно прикреплены ковши специальной формы.At a distance of L _water. providing a given head H _full. , an intermediate tank 8 is installed, to which pressure hydrogen 3 is connected and from which the turbine 13 conduit 10 originates. At the place where the transport conduit 3 is connected to the reservoir 8, a settler 9 is made. FIG. 1, the sump is shown in the form of a segment of the same pipe from which transport hydrogen 3 is made. The top of the tank 8 is made in the form of an annular spillway 11, to which, in turn, the sump 9 is connected. The spillway 11 of the tank 8 and the spillway 12 of the turbine 13 are connected with the river 1. The pressure pipe 10 of the turbine 13 ends with a nozzle 14, the damper of which is controlled by the drive 15. Buckets of a special shape are pivotally attached to the rim of the impeller.

Конструкция ковша 16 показана на фиг. 2. Рабочее колесо турбины 13, водослив 12, привод генераторов и генератор /не показаны/ размещены в одном здании ГЭС 17. Промежуточный резервуар 8 - сложное инженерное сооружение. Увеличение его объема уменьшает динамику тех процессов, которые происходят в нем во время работы турбины, однако резко увеличивают объемы строительных работ по ГЭС и увеличивают цену вырабатываемого БПС киловатта электроэнергии. Во время работы турбины 13 происходит интенсивное наполнение водой резервуара 8 и освобождение его от нее. Турбулентные и вихревые потоки, возникающие в резервуаре, негативно отражаются на работе напорного водовода 10 турбины 13. С тем, чтобы уменьшить объем резервуара до минимума и одновременно исключить негативное влияние процесса заполнения резервуара на работу напорного водорода 10 турбины 13, в нем установлен успокоитель 18, выполненный, например, в виде стенки, разделяющей резервуар на две части. К одной части резервуара подсоединен напорный водовод 3, к другой - водовод 10 турбины 13. The construction of the bucket 16 is shown in FIG. 2. The impeller of the turbine 13, the spillway 12, the drive of the generators and the generator / not shown / are located in the same building of the hydroelectric power station 17. The intermediate tank 8 is a complex engineering structure. An increase in its volume reduces the dynamics of those processes that occur in it during the operation of the turbine, however, it sharply increases the volume of construction work at hydroelectric power stations and increases the price of a kilowatt of electricity generated by the BPS. During operation of the turbine 13 there is an intensive filling of the reservoir 8 with water and releasing it from it. Turbulent and vortex flows arising in the tank negatively affect the operation of the pressure line 10 of the turbine 13. In order to reduce the volume of the tank to a minimum and at the same time eliminate the negative impact of the filling process on the pressure of the hydrogen 10 of the turbine 13, a damper 18 is installed in it. made, for example, in the form of a wall dividing the tank into two parts. A pressure pipe 3 is connected to one part of the tank, and a pipe 10 of the turbine 13 is connected to the other.

Ковш 16 /фиг. 2/ рабочего колеса турбины БПС с промежуточным резервуаром выполнен в виде 2-х расположенных под углом β желобов 19, имеющих внешние стенки 20 и разделительную диафрагму 21. Днище ковша 16 имеет заборную часть 22. Заборная часть располагается под углом α к потоку воды 23, выходящему из сопла 14, в момент их соприкосновения. Лобовая часть 24 ковша 16 располагается выше границы тени от следом идущего ковша. Ковш 16 к ободу рабочего колеса крепится с помощью шарнира 25. С тем чтобы иметь возможность менять мощность турбины в процессе ее эксплуатации без изменения параметров потока, каждый ковш колеса опирается на толкатель 26, имеющий возможность изменять траекторию движения ковша с R_min до R_max и наоборот.Bucket 16 / Fig. 2 / the impeller of the BPS turbine with an intermediate tank is made in the form of 2 grooves 19 located at an angle β, having external walls 20 and a separating diaphragm 21. The bottom of the bucket 16 has an intake part 22. The intake part is located at an angle α to the water flow 23, coming out of the nozzle 14, at the moment of their contact. The frontal part 24 of the bucket 16 is located above the border of the shadow of the next walking bucket. The bucket 16 is attached to the impeller rim using a hinge 25. In order to be able to change the power of the turbine during its operation without changing the flow parameters, each bucket of the wheel is supported by a pusher 26, which can change the trajectory of the bucket from R _min to R _max and vice versa.

Работает бесплотинная ГЭС с промежуточным резервуаром следующим образом:
С открытием затвора 4 водовода 3 начинает заполняться промежуточный резервуар 8. После того, как уровень воды в резервуаре достигнет максимальной отметки H_полн., кольцевой водослив 11 сбросит излишек воды обратно в реку. Затем открываются затворы сопла 14 /вручную или с помощью привода 15/, вода начинает поступать в ковш рабочего колеса. Колесо турбины начинает вращаться, вращая через механизм редуцирования вал генератора. Для БПС такого типа применяются генераторы общего назначения типа "ОС". Скорость вращения рабочего колеса и величина крутящего момента на его оси регулируются автоматически заслонкой /фиг. 2/ сопла 14 и толкателями, связанными системами автоматики с генератором станции.A damless hydroelectric station with an intermediate tank operates as follows:
With the opening of the shutter 4 of the conduit 3, the intermediate tank 8 begins to fill. After the water level in the tank reaches the maximum mark H _complete. An annular spillway 11 will discharge excess water back into the river. Then open the shutters of the nozzle 14 / manually or using the actuator 15 /, water begins to flow into the bucket of the impeller. The turbine wheel begins to rotate, rotating through the reduction mechanism the generator shaft. For BPS of this type, general-purpose generators of the "OS" type are used. The speed of rotation of the impeller and the magnitude of the torque on its axis are automatically adjusted by the damper / Fig. 2 / nozzle 14 and pushers connected by automation systems to the generator of the station.

Claims

A damless hydroelectric power station with an intermediate reservoir, including a pressure head conduit with a water intake in the river and a gate, having a slope less than the slope of the river bottom and connecting a water intake with an intermediate reservoir, from which a pressure head conduit of a bucket active turbine originates, with specially shaped buckets fixed to the rim of the impeller and which through a reduction mechanism connected to the generator shaft, characterized in that in the intermediate tank between the inlet of the pressure conduit and the inlet to the turbine conduit okoitel stream, such as a certain height wall with holes, each bucket turbine wheel is in the form of two diverging angled troughs bent and fixed to the impeller is rotatable about the axis of its mounting.