Уравнительный резервуар в виде колоколообразной камеры с воздушной подушкой

(51) 02 9/00 (2010.01) 02 9/02 (2010.01) 02 9/06 (2010.01) 15 1/00 (2010.01) 15 1/26 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ уравнительного резервуара с воздушной подушкой приспособлена к геофизическим условиям вмещающей породы с большой проницаемостью. Уравнительный резервуар с воздушной подушкой включает герметичную воздушную камеру, в которую до начала эксплуатации закачан сжатый воздух для того, чтобы сформировать в воздушной камере воздушную подушку и водный запирающий слой. Воздушная камера через туннель соединена с напорным водоводом и представляет собой колоколообразный воздухонепроницаемый кожух с открытым дном. Такая конструкция предотвращает утечку воздуха из уравнительного резервуара и обеспечивает его использование на высоконапорных ГЭС. Эффективность работы предложенного уравнительного резервуара по сравнению с известными с водным барьером значительно меньше зависит от проницаемости вмещающих пород и полностью соответствует геофизическим условиям, условиям строительства, эксплуатации и проведения профилактических работ при неблагоприятных условиях повышенной проницаемости породы. Возможность использования предложенной конструкции уравнительного резервуара на высоконапорных агрегатах ГЭС в условиях работы гидростанции при пониженных напорах и ее соответствие геофизическим условиям вдоль деривационного тракта электростанции исключает нанесение вреда окружающей среде и позволяет сэкономить на строительстве объекта путем снижения объема и стоимости работ, связанных с выполнением камеры.(73) ЧАЙНА ХАЙДРОЭЛЕКТРИК ЭНДЖИНИРИНГ КОНСАЛТИНГ ГРУП ЧЕНГДУ РИСЕРЧ ХАЙДРОЭЛЕКТРИК ИНВЕСТИГЕЙШН ДИЗАЙН ЭНД ИНСТИТЬЮТ(74) Тагбергенова Модангуль Маруповна Тагбергенова Алма Таишевна Касабекова Найля Ертисовна(54) УРАВНИТЕЛЬНЫЙ РЕЗЕРВУАР В ВИДЕ КОЛОКОЛООБРАЗНОЙ КАМЕРЫ С ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКОЙ(57) Настоящее изобретение относится к уравнительному резервуару, выполненному в виде заполненной сжатым воздухом колоколообразной камеры, который уменьшает уровень воды и амплитуду колебания уровня воды с помощью воздушной подушки, образованной сжатым воздухом. Предлагаемая конструкция 24032 Это изобретение относится к устройству,которое гасит гидравлический удар и возмущение водной массы в деривациях гидроэнергетических сооружений,в частности относится к уравнительному резервуару, выполненному в виде заполненной сжатым воздухом колоколообразной камеры, который уменьшает уровень воды и амплитуду колебания уровня воды с помощью воздушной подушки, образованной сжатым воздухом. Уравнительный резервуар используется для гашения гидравлического удара и возмущения водных масс в гидроэнергетических сооружениях. Уменьшение давления гидравлического удара и гашение пульсации давления воды в напорном водоводе при помощи данного устройства приводит к повышению стабильности гидроагрегатов в процессе эксплуатации и улучшению условий регулирования их мощности. Уравнительный резервуар обычно выполняется в виде цилиндра с открытым верхним торцом, сообщающимся с атмосферой, поэтому давление у поверхности воды в резервуаре всегда равно атмосферному давлению. Любые изменения нагрузки ГЭС вызывают определенные колебания уровня воды в уравнительном резервуаре, конструкция которого должна обеспечивать их эффективное затухание. Чем сильнее колебания уровня воды, тем большего объема требуется уравнительный резервуар для обеспечения эффективного затухания колебаний. В предлагаемом уравнительном резервуаре,выполненном в виде колоколообразной камеры,верхняя часть камеры закрыта. Камера заполняется сжатым воздухом, который образует воздушную подушку, служащую для сдерживания уровня воды и подавления амплитуды колебания уровня воды в камере. При аварийных сбросах или интенсивных уменьшениях нагрузки ГЭС уровень воды в уравнительном резервуаре повышается и воздух в камере сжимается. Постепенное повышение давления воздуха приводит к уменьшению скорости и величины повышения уровня воды в уравнительном резервуаре с воздушной подушкой. А при резком увеличении нагрузки ГЭС процессы в резервуаре происходят в обратном порядке, но эффект остается тем же затухание возмущения водных масс. Поскольку колебание уровня воды в уравнительном резервуаре происходит в небольшом интервале, соответственно, объем уравнительного резервуара с воздушной подушкой, меньше объема обычного уравнительного резервуара. В 1973 году в Норвегии для выработки электроэнергии была построена и введена в эксплуатацию ДриваГЭС. Это первая электростанция в мире, на которой был использован уравнительный резервуар с воздушной подушкой. Общая проектная мощность данной ГЭС составляет 140 МВт, допустимый напор воды - 570 м. На данный момент Дрива ГЭС успешно проработала в течение 33 лет. В настоящее время в Норвегии есть более 10 ГЭС, на которых используются уравнительные резервуары с воздушной подушкой. За время эксплуатации этих гидроэлектростанций 2 накоплен большой опыт в исследовании,проектировании, конструкции, строительстве и эксплуатации подобных гидроагрегатов. По данным норвежских исследователей решить проблему утечки воздуха из уравнительного резервуара с воздушной подушкой можно следующими тремя методами 1. использованием неповрежденной вмещающей породы с неразвитыми трещинами и разломами и незначительной проницаемостью 2. укреплением прилегающей породы цементацией 3. размещением воздухонепроницаемого водного барьера. Однако вышеперечисленные методы могут быть эффективно применены только в Норвегии, где имеются благоприятные геофизические условия. Они не применимы к геофизическим условиям Китая, где вмещающие породы обладают высокой степенью воздухопроницаемости. В Китае в провинции Сычуань были построены ЦзилиГЭС и СиаотианьдуГЭС с уравнительными резервуарами с воздушной подушкой, в которых во избежание утечки воздуха использован избыточного давления водный барьер. Когда уровень воды в воздушной камере уравнительного резервуара на Цзили ГЭС достигнет проектного значения, объем утечки воздуха составит 40 м 3/мин. при нормальных условиях а на Сиаотианьду ГЭС, при тех же условиях, объем утечки воздуха будет равен 20 м 3/мин. при нормальных условиях, оба эти значения в сотни раз превышают показатели на действующих норвежских ГЭС с уравнительными резервуарами с воздушной подушкой. Настоящее изобретение относится к конструкции уравнительного резервуара с воздушной подушкой,приспособленного к геофизическим условиям вмещающей породы с большой проницаемостью. В качестве решения предлагается уравнительный резервуар в виде колоколообразной камеры с воздушной подушкой, включающий герметичную воздушную камеру, в которую до начала эксплуатации закачан сжатый воздух для того,чтобы сформировать в воздушной камере воздушную подушку и водный запирающий слой. Воздушная камера через туннель соединена с напорным водоводом и представляет собой колоколообразный воздухонепроницаемый кожух с открытым дном. Такая конструкция позволяет эффективно удерживать сжатый воздух в камере. В целях дальнейшего усовершенствования вышеуказанного технического решения снаружи по всему периметру и верху кожуха размещается сеть стабилизирующих давление труб,которая сообщается с водным запирающим слоем. А компенсационные каналы, соединенные с сетью стабилизирующих давление труб,глубоко проникают в прилегающую к кожуху породу. Таким образом, давление воды с наружной стороны воздушной камеры и давление воздуха внутри камеры взаимно компенсируются, в результате давление внутри и снаружи камеры выравнивается. Также в целях дальнейшего улучшения вышеуказанного технического решения плита основания воздушной камеры наклонена к 24032 соединительному туннелю, в результате чего вода из уравнительного резервуара может беспрепятственно поступать в напорный водовод. Кроме того, установка плиты основания под наклоном позволяет быстро, без лишних усилий и дополнительных средств опорожнять уравнительный резервуар при необходимости проведения профилактического осмотра и ремонта. Основные преимущества настоящего изобретения заключаются в следующем предложенная конструкция уравнительного резервуара в виде горметичной камеры с воздушной подушкой, сформированной нагнетанием сжатого воздуха, предотвращает утечку воздуха из уравнительного резервуара и обеспечивает его использование на высоконапорных ГЭС. Кроме того, данная конструкция дает возможность широкого и повсеместного применения уравнительных резервуаров с воздушной подушкой на агрегатах ГЭС, возводимых в условиях Китая. Эффективность работы предложенного уравнительного резервуара по сравнению с известными с водным барьером значительно меньше зависит от проницаемости вмещающих пород и полностью соответствует геофизическим условиям, условиям строительства, эксплуатации и проведения профилактических работ при неблагоприятных условиях повышенной проницаемости породы. Возможность использования предложенной конструкции уравнительного резервуара на высоконапорных агрегатах ГЭС в условиях работы гидростанции при пониженных напорах и ее соответствие геофизическим условиям вдоль деривационного тракта электростанции исключает нанесение вреда окружающей среде и позволяет сэкономить на строительстве объекта путем снижения объема и стоимости работ, связанных с выполнением камеры. Перечень фигур чертежей и пояснения к ним Фиг. 1 - общая схема деривационного тракта ГЭС в месте установки уравнительного резервуара. Фиг. 2 - вертикальный разрез Фиг. 1. Фиг. 3 - поперечное сечение Фиг. 1. Условные обозначения на Фигурах воздушная камера 1, соединительный туннель 2, напорный водород 3, колоколообразный кожух 4, сборная конструкция 5, железобетонное покрытие 6,воздушная подушка 7, водный запирающий слой 8,сеть стабилизирующих давление труб 9,компенсационные каналы 10, опорная плита 11. Для полного понимания сущности настоящего изобретения далее приведено более подробное описание предпочтительных вариантов его осуществления, поясняемое чертежами, на которых одинаковые или аналогичные элементы обозначены одними и теми же ссылочными номерами. Как показано на Фиг.1-3, предложенный колоколообразный уравнительный резервуар с воздушной подушкой включает герметичную воздушную камеру 1. Нагнетанием сжатого воздуха в воздушную камеру 1 в ней формируют воздушную подушку 7 и водный запирающий слой 8. Воздушная камера 1 через соединительный туннель 2 сообщена с напорным водоводом 3. Воздушная камера 1 представляет собой воздухонепроницаемый колоколообразный кожух 4 с открытым дном. Благодаря герметичности кожуха 4 вводимый в воздушную камеру 1 сжатый воздух образует воздушную подушку 7. Таким образом,можно избежать интенсивной утечки воздуха из камеры из-за высокой проницаемости прилегающей породы, а также значительно уменьшить влияние проницаемости прилегающей породына эффективность работы уравнительного резервуара. При интенсивных уменьшениях и увеличениях нагрузки гидроэлектростанции внутри и снаружи кожуха 4 наблюдается перепад давления. Для уменьшения перепада давления и выравнивания давления внутри и снаружи кожуха 4 по всему периметру и верху кожуха (4) размещена сеть стабилизирующих давление труб 9, соединенная с водным запирающим слоем 8, а компенсационные каналы 10, соединенные с сетью стабилизирующих давление труб 9,проникают глубоко в прилегающую к кожуху 4 породу. Для равномерной подачи воды из уравнительного резервуара в напорный водовод 3 и также беспрепятственного и полного выпуска воды из воздушной камеры 1 при профилактическом осмотре и ремонте деривационных сооружений,опорная плита 11 воздушной камеры 1 расположена выше верхней части соединительного туннеля 2 и одновременно наклонена к соединительному туннелю 2 под углом 1-2. Кожух 4 может быть изготовлен из различных материалов, таких как стальные плиты, эластомеры,пластмассы, композитные материалы и т.д. Например, кожух 4 представляет собой сборную конструкцию 5, выполненную из герметично сваренных металлических плит, с внутренней и наружной сторон которой расположено железобетонное покрытие 6. Железобетонное покрытие 6 может выдерживать напряжения от перепада давления внутри и снаружи воздушной камеры 1 при сбросе или увеличении нагрузки ГЭС. Кроме того, сборная конструкция 5, выполненная из стальных плит, вместе с железобетонным покрытием 6 эффективно удерживают сжатый воздух внутри камеры. Для удобства при строительстве и последующем обслуживании, и одновременно для снижения стоимости конструкции кожух 4 может представлять собой воздухонепроницаемую оболочку,снаружи которой расположено железобетонное покрытие 6. Воздухонепроницаемая оболочка может быть выполнена торкретированием высокомолекулярного материала или сваренных стальных плит. Конструкция уравнительного резервуара в виде герметичной камеры с воздушной подушкой проста для легкого и быстрого изготовления и установки на место системы выравнивания давления, в виде успокоителя потока. Предпочтительно поперечный разрез кожуха 4 имеет форму арки с зауженной верхней частью. С увеличением высоты камеры рабочая зона уравнительною резервуара может быть 3 24032 уменьшена, а объем воздуха значительно увеличен,в результате общий объем уравнительного резервуара с воздушной подушкой уменьшится. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Уравнительный резервуар с воздушной подушкой, включающий воздушную камеру (1), в которой сформированы воздушная подушка (7) и водный запирающий слой (8) и которая соединительным туннелем (2) сообщена с напорным водоводом (3), отличающийся тем, что воздушная камера (1) выполнена в виде герметичного колоколообразного кожуха (4) с открытым дном по всему периметру и верху кожуха (4) размещены сеть стабилизирующих давление труб (9), которые соединены с водным запирающим слоем (8), и компенсационные каналы (10), которые глубоко проникают в прилегающую к кожуху (4) породу и соединены с сетью стабилизирующих давление труб(9). 2. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что содержит опорную плиту (11) воздушной камеры(1), установленную под углом к соединительному туннелю (2). 3. Резервуар по п. 1 или 2, отличающийся тем,что кожух (4) представляет собой сборную конструкцию,выполненную из герметично сваренных металлических плит (5), и по наружной и внутренней сторонам металлических плит (5) расположен железобетонный слой (6). 4. Резервуар по п. 1 или 2, отличающийся тем,что кожух(4) представляет собой воздухонепроницаемую оболочку и снаружи кожуха(4) расположен железобетонный слой (6). 5. Резервуар по п. 1 или 2, отличающийся тем,что поперечный разрез кожуха (4) имеет аркообразную форму.