Отсасывающая труба гидроагрегата

 

Изобретение относится к гидроэнергетическому строительству и может быть использовано при сооружении гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций. Отсасывающая труба гидроагрегата включает камеру рабочего колеса, конус, колено и отводящий диффузор. Над отводящим диффузором расположена дополнительная обходная полость, соединенная с отводящим диффузором посредством промежуточных трубок, которые в плане расположены в шахматном порядке и размешены между дополнительной обходной полостью и прямолинейным участком потолочной зоны отводящего диффузора. Выходная часть потолка отводящего диффузора выполнена в виде криволинейного участка. Под действием перепада давления вода из нижнего бьефа по дополнительной обходной полости попадает в потолочную зону отводящего диффузора, что уменьшает отрыв водного потока от потолка отсасывающей трубы и уменьшает пульсацию давления. Изобретение повышает надежность работы и долговечность отсасывающей трубы. 2 ил.

Изобретение относится к области гидроэнергетического строительства и может быть использовано при сооружении гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций.

Известна отсасывающая труба гидроагрегата, включающая конус, колено, отводящий диффузор. Помимо этого, с целью уменьшения гидравлических потерь, она снабжена дополнительным отводящим диффузором, расположенным в плане под углом 0^o < α < 180^o к оси основного диффузора, (см. патент РФ N 2033496, кл. E 02 B 9/00, опубл. 20.04.95. Бюл. N 11). [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что известное устройство представляет из себя весьма материалоемкую конструкцию, т.к. необходимо увеличение расхода дорогого материала на сооружение дополнительного отводящего диффузора, а это значительно повысит стоимость всей отсасывающей трубы. Кроме этого, данная конструкция обусловит повышение гидравлических потерь напора и энергии из-за значительного увеличения суммарной длины отводящего диффузора.

Наиболее близким устройством того же назначения к изобретению по совокупности признаков является отсасывающая труба гидроагрегата, содержащая конус с коленом и подсоединенный к нему отводящий диффузор, причем диффузор имеет прямоугольное поперечное сечение и снабжен подвижным секционным потолком, состоящим из шарнирно соединенных между собой секций, (см.авт. свид. СССР N 1402700, кл. F 03 B 11/00, опубл. 15.06.88. Бюл. N 22). [2].

Эта отсасывающая труба частично устраняет недостатки [1], т.к. значительно уменьшается материалоемкость всей конструкции, а следовательно, и ее стоимость. Кроме того, во время работы гидроагрегата в турбинном режиме, подвижные секции потолка находятся в нижнем положении, а при включении гидроагрегата в насосный режим секции потолка поднимаются вверх, тем самым достигается наиболее выгодное очертание потолка отсасывающей трубы при обоих режимах работы гидроагрегата.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, то известное устройство содержит подвижные элементы в качестве шарнирно соединенных между собой секций, которые в процессе эксплуатации отсасывающей трубы снижают надежность всей конструкции. Помимо этого, существует вероятность отказа в работе подвижных секций потолка, что приведет к резкому ухудшению гидравлического режима отводящего потока и увеличению потерь.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Предлагаемая конструкция отсасывающей трубы гидроагрегата позволяет решить задачу повышения надежности работы и долговечности отсасывающей трубы, а также позволит уменьшить расход дорогостоящего материала, что значительно сократит ее стоимость и стоимость строительно-монтажных работ. Это веский аргумент в пользу решения проблемы - повышения эффективности гидроэнергетики.

Технический результат: сокращение затрат материалов на изготовление и уменьшение стоимости конструкции на 2 - 3%; повышение надежности работы и долговечности отсасывающей трубы; уменьшение отказов и простоев на нужды ремонта; снижение скоростей потока на концевом участке отводящего диффузора вследствие этого увеличение мощности и количества вырабатываемой электроэнергии. Кроме этого, возможно уменьшение гидравлических потерь в отсасывающей трубе за счет ликвидации отрыва водного потока от ее стенок и снижение пульсации давления на стенках трубы.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что отсасывающая труба гидроагрегата, включающая камеру рабочего колеса, конус, колено и отводящий диффузор, снабжена дополнительной обходной полостью, расположенной над отводящим диффузором, и промежуточными трубками, которые в плане расположены в шахматном порядке и размещены между дополнительной обходной полостью и прямолинейным участком потолочной зоны отводящего диффузора, причем выходная часть потолка отводящего диффузора выполнена в виде криволинейного участка.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в недопущении образования отрыва водного потока от стенок потолка отводящего диффузора за счет поступления воды (в результате перепада давлений) из нижнего бьефа по дополнительной обходной полости и промежуточным трубкам в потолочную зону диффузора отсасывающей трубы. Причем, в целях равномерного поступления и распределения воды в зону возможного отрыва, промежуточные трубки в плане располагаются в шахматном порядке. Все это позволяет уменьшить гидравлические потери и обеспечить целостность проходящего водного потока в отсасывающей трубе, а также уменьшить скорости потока на концевом участке отводящего диффузора за счет увеличения площади выходного сечения. Кроме этого, подвод воды в потолочную зону обеспечит снижение пульсации давления и дополнительно повысит надежность работы отсасывающей трубы.

На фиг. 1 изображен продольный разрез отсасывающей трубы гидроагрегата, на фиг. 2 - отсасывающая труба гидроагрегата в плане.

Отсасывающая труба включает камеру рабочего колеса 1, конус 2, колено 3 и отводящий диффузор 4. Отсасывающая труба снабжена дополнительной обходной полостью 5, соединенной с отводящим диффузором 4 посредством промежуточных трубок 6.

Отсасывающая труба гидроагрегата работает следующим образом. Поток воды после камеры рабочего колеса 1, проходя последовательно через конус 2, колено 3 и отводящий диффузор 4, попадает на концевой участок отводящего диффузора 4. Под действием перепада давления вода из нижнего бьефа по дополнительной обходной полости 5 попадает в потолочную зону отводящего диффузора 4 (зона пониженного атмосферного давления). Это уменьшает отрыв водного потока от потолка отсасывающей трубы и уменьшает пульсацию давления.

Предлагаемое техническое решение отсасывающей трубы не содержит подвижных, динамичных элементов, что способствует повышению надежности работы и долговечности всей конструкции в период эксплуатации. Далее, устройство дополнительной обходной полости приведет к тому, что поток не будет отрываться от стенок, а это значительно повысит гидравлические и гидродинамические качества отсасывающей трубы. Кроме этого, конструкция позволит значительно сократить расход дорогостоящих материалов на ее изготовление, а следовательно, уменьшит и ее стоимость. Снижение скоростей потока на концевом участке отводящего диффузора приведет к увеличению мощности и количества вырабатываемой электроэнергии.

Ожидаемый эффект от реализации этой конструкции будет следующим.

1) Эффект от уменьшения отказов и простоев на нужды ремонта.

При мощности ГЭС N = 2300 МВт и при сокращении времени ремонта t на 2 недели или 672 часа в год, количество вырабатываемой электроэнергии увеличится за это время на величину Э = N · t, Э = 2300000 · 672 = 1545600000 кВт · ч.

Если стоимость 1 кВт · ч принять равной 20 коп., то ожидаемый эффект от увеличения электроэнергии составит S = 1545600000 · 0,2 = 309120000 р. в год.

2) Эффект от уменьшения скорости потока на конечном участке отводящего диффузора.

При снижении скорости выходящего потока воды с V₁ = 2,4 м/с до V₂ = 2,0 м/с разность потерь напора составит ▿h = α(V²₁-V²₂)/2g, ▿h = 1,1·(2,4²-2,0²)/2·9,81 = 0,1 м. Тогда при расходе Q = 500 м³/с, ожидаемый эффект по увеличению мощности составит N = g·n·Q·▿h, N = 9,81 · 0,9 · 500,0 · 0,1 = 441,45 кВт.

Принимая число часов использования установленной мощности в год t_N = 2500 часов в год, количество вырабатываемой электроэнергии дополнительно увеличится на величину Э_доп = N · t_N,
Э_доп = 441,45 · 2500 = 1103625 кВт · ч.

Если стоимость 1 кВт · ч принять равной 20 коп., то ожидаемый эффект от увеличения электроэнергии составит
S = 1103625 · 0,2 = 220725 р. в год.

Источники информации
1. Патент Российской Федерации N 2033496, кл. E 02 B 9/00, опубликованный 20.04.95. Бюл. N 11. // Отсасывающая труба гидроагрегата.

2. Авторское свидетельство. СССР N 1402700, кл. F 03 B 11/00, опубликованное 15.06.88. Бюл. N 22. //Всасывающе-отсасывающая труба обратимого гидроагрегата.

Формула изобретения

Отсасывающая труба гидроагрегата, включающая камеру рабочего колеса, конус, колено и отводящий диффузор, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительной обходной полостью, расположенной над отводящим диффузором, и промежуточными трубками, которые в плане расположены в шахматном порядке и размещены между дополнительной обходной полостью и прямолинейным участком потолочной зоны отводящего диффузора, причем выходная часть потолка отводящего диффузора выполнена в виде криволинейного участка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2