RU2806778C1

RU2806778C1 - Многовальная гидроэлектростанция

Info

Publication number: RU2806778C1
Application number: RU2023113187A
Authority: RU
Inventors: Егор Евгеньевич Кожевников
Filing date: 2023-05-22
Publication date: 2023-11-07

Abstract

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к гидроэлектростанциям, преобразующим кинетическую энергию потока воды в реке в электрическую энергию. Многовальная гидроэлектростанция содержит вертикальные шахты 1, 7, 13, 19 с установленными в них погружными турбинами Каплана 2, 8, 14, 20. Шахты 1, 7, 13, 19 выполнены с возможностью изменения потока воды на 90° перед его попаданием на лопасти турбин Каплана 2, 8, 14, 20. В шахтах 1, 7, 13, 19 установлены окна 6, 12, 18, 24 для создания миграционного коридора и беспрепятственного прохода рыбы. Над шахтами 1, 7, 13, 19 располагаются плотины 3, 9, 15, 21 со смонтированными в них подвижными затворами 4, 10, 16, 22 с возможностью отвода избыточной части потока воды. Соединение шахт 1, 7, 13, 19 между собой осуществляется через водоводы 5, 11, 17. Изобретение направлено на обеспечение надежной работы гидроэлектростанции на крупных реках с минимальным негативным экологическим воздействием на водную экосистему, в частности на особей рыб. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к гидроэлектростанциям, преобразующим кинетическую энергию потока воды в реке в электрическую энергию.

Известны малые гидроэлектростанции (Андреев А. Е., Гидроэлектростанции малой мощности: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, / А. Е. Андреев, Я. И. Бляшко, В. В. Елистратов, Л. И. Кубышкин, И. Г. Кудряшова, В. И. Масликов, Д. М. Савин, И. С. Саморуков, В. В. Фролов, Н. К. Хамков. Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. ун-та, 2005. - 432 с.), основным недостатком которых является то, что они оказывают негативное влияние на водную экосистему, в частности на особей рыб, путем физического воздействия на них с сопутствующими травмами во время работы гидроэлектростанции, что может привести к их смерти.

Указанный недостаток частично устранен в малой гидроэлектростанции, принятой в качестве прототипа (патент FR №2582736 от 21.08.1987, «Канал подачи воды вертикальной турбины Каплана», МПК F03B13/08), содержащей плотину, вертикальную шахту с установленной в ней погружной турбиной Каплана, водовод, отводящий поток воды из турбины Каплана.

Недостатком указанной конструкции является то, что она не в полной мере решает проблему пагубного влияния на особей рыб, выраженную в виде действия на них значительных гидродинамических нагрузок с достаточно высокой травмоопасностью и смертностью.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении надежной работы гидроэлектростанции на крупных реках с расходом воды более 20 м³/с с минимальным негативным экологическим воздействием на водную экосистему, в частности на особей рыб.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в многовальной гидроэлектростанции, содержащей вертикальную шахту с установленной в ней погружной турбиной Каплана, водовод для отвода воды в нижний бьеф и закрепленную над шахтой плотину, заявляемая гидроэлектростанция содержит две и более вертикальные шахты с плотинами, при этом каждая вертикальная шахта содержит в себе окно для создания миграционного коридора и беспрепятственного прохода рыбы и выполнена с возможностью изменения потока воды на 90° перед его попаданием на лопасти турбины Каплана, каждая плотина выполнена с подвижным затвором с возможностью отвода избыточной части потока воды, при этом вертикальные шахты соединены между собой водоводами.

Благодаря тому, что турбины полностью погружены в воду, это не дает им перегреваться и позволяет работать надежнее и эффективнее относительно их стандартного расположения. За счет контроля необходимого отклонения потока на 90° через большую водоприемную площадь водозаборов и постоянного перелива воды через передние затворы плотин в зоне впуска образовывается миграционный коридор для прохода рыбы, позволяющий нивелировать негативные воздействия от значительных гидродинамических нагрузок.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен продольный разрез многовальной гидроэлектростанции.

Многовальная гидроэлектростанция (фиг. 1) содержит вертикальные шахты 1, 7, 13, 19 с установленными в них погружными турбинами Каплана 2, 8, 14, 20. При этом вертикальные шахты 1, 7, 13, 19 выполнены с возможностью изменения потока воды на 90° перед его попаданием на лопасти турбин Каплана 2, 8, 14, 20. В вертикальных шахтах 1, 7, 13, 19 установлены окна 6, 12, 18, 24 для создания миграционного коридора и беспрепятственного прохода рыбы. Над вертикальными шахтами 1, 7, 13, 19 располагаются плотины 3, 9, 15, 21 со смонтированными в них подвижными затворами 4, 10, 16, 22. Соединение вертикальных шахт между собой осуществляется через водоводы 5, 11, 17, расположенные внутри шахт 1, 7, 13. В нижний бьеф поток воды отводится через водовод 23, расположенный внутри шахты 19.

Предлагаемая малая гидроэлектростанция работает следующим образом.

Поток воды 25 (см. фиг. 1) попадает в вертикальную шахту 1, где происходит изменение его направления на 90°, и попадает на лопасти турбины Каплана 2, приводя ее в движение, после которой отводится через водовод 5 в вертикальную шахту 7, в которую также попадает поток 26, где происходит их объединение в единый поток и изменение его направления на 90° с попаданием на лопасти турбины Каплана 8, приводя ее в движение, после которой отводится через водовод 11 в вертикальную шахту 13, в которую также попадает поток 27, где происходит их объединение в единый поток и изменение его направления на 90° с попаданием на лопасти турбины Каплана 14, приводя ее в движение, после которой отводится через водовод 17 в вертикальную шахту 19, в которую также попадает поток 29, где происходит их объединение в единый поток и изменение его направления на 90° с попаданием на лопасти турбины Каплана 20, приводя ее в движение, после которой отводится в нижний бьеф при помощи водовода 23. Избыточные части потоков 29, 30, 31, 32 отводятся через подвижные затворы 4, 10, 16, 22, установленные в теле плотин 3, 9, 15, 21.

По сравнению с прототипом заявленная гидравлическая турбина в полной мере решает проблему негативного воздействия на особей рыб на больших реках.

Предлагаемое изобретение может быть применено на крупных реках с расходом воды более 20 м³/с.

Claims

Многовальная гидроэлектростанция, содержащая вертикальную шахту с установленной в ней погружной турбиной Каплана, водовод для отвода воды в нижний бьеф и закрепленную над шахтой плотину, отличающаяся тем, что содержит две и более вертикальные шахты с плотинами, при этом каждая вертикальная шахта содержит в себе окно для создания миграционного коридора и беспрепятственного прохода рыбы и выполнена с возможностью изменения потока воды на 90° перед его попаданием на лопасти турбины Каплана, каждая плотина выполнена с подвижным затвором с возможностью отвода избыточной части потока воды, при этом вертикальные шахты соединены между собой водоводами.