Спиральный напорный трубопровод

Номер патента: 652

Опубликовано: 29.12.1999

Авторы: Пьесолд Дейвид Дэниэл Огаст, Кейро Колин Джералд

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Гидроэлектрическая энергетическая станция, содержащая турбину, напорный трубопровод, расположенный перед турбиной, и отводящий канал, расположенный за турбиной, причем напорный трубопровод содержит трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях и имеющую по существу постоянную площадь поперечного сечения по всей длине.

2. Гидроэлектрическая энергетическая станция по п.1, в которой трубчатая часть напорного трубопровода выполнена с обеспечением результирующего изменения направления протекающей через нее воды на 90ш.

3. Гидроэлектрическая энергетическая станция, содержащая турбину, напорный трубопровод, расположенный перед турбиной, и отводящий канал, расположенный за турбиной, причем отводящий канал содержит трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях.

4. Гидроэлектрическая энергетическая станция по пп.1, 2 или 3, в которой напорный трубопровод имеет по существу прямую часть и трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях, имеющую по существу постоянную площадь поперечного сечения по всей длине и расположенную между прямой частью напорного трубопровода и турбиной.

5. Гидроэлектрическая энергетическая станция по п.4, в которой смежные концы прямой и трубчатой частей расположены по существу на одной оси.

6. Гидроэлектрическая энергетическая станция по п.4, в которой трубчатая часть ответвляется от прямой части в поперечном направлении.

7. Гидроэлектрическая энергетическая станция по пп.1, 2 или 3, в которой по существу весь напорный трубопровод образован трубчатой частью, изогнутой в трех измерениях и имеющей по существу постоянную площадь поперечного сечения по всей длине.

8. Гидроэлектрическая энергетическая станция по любому из предшествующих пунктов, в которой отводящий трубопровод содержит трубчатую часть, которая изогнута в трех измерениях и поперечное сечение которой увеличивается в направлении течения потока.

9. Гидроэлектрическая энергетическая станция по любому из предшествующих пунктов, в которой трубчатая часть напорного трубопровода образует часть спирали постоянного радиуса.

10. Гидроэлектрическая энергетическая станция по любому из предшествующих пунктов, в которой турбина выполнена в виде обратимой гидравлической машины.

11. Трубчатая часть для использования в качестве участка напорного трубопровода в гидроэлектрической энергетической станции, изогнутая в трех измерениях и имеющая по существу постоянное поперечное сечение по всей длине.

12. Трубчатая часть по п.11, диаметр которой превышает 0,5 м.

13. Трубчатая часть для использования в качестве участка отводящего канала в гидроэлектрической энергетической станции, изогнутая в трех измерениях.

14. Способ проектирования гидроэлектрической энергетической станции, включающий проектирование напорного трубопровода для установки перед турбиной, имеющего трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях и имеющую по существу постоянную площадь поперечного сечения по всей длине.

15. Способ проектирования гидроэлектрической энергетической станции, включающий проектирование отводящего канала для установки за турбиной, имеющего трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях.

16. Способ сооружения гидроэлектрической энергетической станции, включающий установку перед турбиной напорного трубопровода, имеющего трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях и имеющую по существу постоянную площадь поперечного сечения по всей длине.

17. Способ сооружения гидроэлектрической энергетической станции, включающий установку за турбиной отводящего канала, имеющего трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях.

18. Насосная станция для насосноаккумулирующей системы, содержащая насос с входным и выходным патрубками, причем входной и/или выходной патрубки (патрубок) насоса содержат (содержит) трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях.

19. Насосная установка, содержащая насос с входным и выходным патрубками, причем входной и/или выходной патрубки (патрубок) содержат (содержит) трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях.

20. Насосная установка по п.19, в которой входной и выходной патрубки содержат соответствующие трубчатые части.

21. Насосная установка по п.19 или 20, в которой трубчатая часть или каждая трубчатая часть образует часть спирали.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

1 Настоящее изобретение относится к гидроэлектросистемам, таким как гидроэлектрическая энергетическая станция, насосная станция для насосно-аккумулирующей системы и т.д. Изобретение также относится к насосным установкам другого типа. В гидроэлектростанциях вода из места хранения, например из водохранилища или из системы отвода реки, через впуск, который для предотвращения попадания инородных тел может быть снабжен решетками, течет в напорный трубопровод. По этому трубопроводу вода под давлением направляется к турбине, вращаемой водой для выработки электричества. Затем вода через отводящий канал покидает станцию. Общеизвестными турбинами являются радиально-осевые, поворотно-лопастные, активные и капсульные или прямоточные гидротурбины. Валы радиально-осевых или поворотнолопастных гидротурбин обычно расположены вертикально, а сами турбины имеют спиральный корпус, в который входит поступающая горизонтально вода и из которого вода направляется радиально внутрь к вращающимся лопастям рабочего колеса. Вода передает лопастям приводной крутящий момент и выходит, стекая вертикально вниз. Она втекает в отводящий канал, обычно включающий расширительный проход, известный как отсасывающая труба. Поскольку эта труба расширяется в нижнем направлении, давление на выходе из лопастей рабочего колеса снижается до давления ниже атмосферного, эффективно отсасывая воду из турбины. Таким образом перепад давления в отсасывающей трубе восстанавливается, улучшая энергетическую отдачу. Для размещения прямой конической отсасывающей трубы достаточной длины требуется большое пространство и в целом дорогостоящие земляные работы. Следовательно, принято выполнять отсасывающую трубу в виде колена, в котором вертикальная часть расположена под турбиной, а за ней следует отклоняющаяся вверх часть. Применение отсасывающей трубы в виде колена за турбиной с точки зрения экономии пространства имеет некоторые недостатки. Давление внутри изогнутой части уменьшается, в результате чего возникает тенденция к отрыву потока от внутренней стенки этой части, что приводит к потерям энергии, вызванным вихревой турбулентностью. Отрыв потока может также вызвать кавитацию на внутренней стенке,способную повредить трубопровод и уменьшить срок его службы. Обычно в турбинном зале размещено вместе несколько турбин. Поскольку вода течет под действием гравитационных сил, необходимо строить турбинный зал ниже хранилища или под землей, или ниже поверхности плотины. При размещении турбинного зала относительно близко к водохранилищу напорный трубопро 000652 2 вод проходит вертикально или имеет существенный наклон. В этом случае для изменения направления потока на горизонтальное, предпочтительное для турбины, необходимо наличие изгиба в виде колена с острым углом в нижнем конце напорного трубопровода. Однако применение такого изгиба может вызвать некоторые недостатки. Во-первых, как показано выше в отношении отсасывающей трубы, давление внутри изгиба понижено, что приводит к отрыву потока и к потерям энергии, вызванным вихревой турбулентностью. Кроме того, возможны проблемы,связанные с кавитацией. Эти проявления могут быть уменьшены путем увеличения радиуса изгиба, но это приводит к удалению турбинного зала от водохранилища и к увеличению общей длины напорного трубопровода, ведущему к потерям энергии из-за трения в трубопроводе. Во-вторых, эпюра скоростей потока, проходящего через изогнутый нижний конец напорного трубопровода, становится скошенной,т.е. с большей скоростью потока у внешней стенки изгиба. Известно, что гидроэлектротурбины работают лучше при "закругленной" эпюре скоростей или по возможности ровной, а скошенная эпюра скоростей потока, выходящего из изогнутого трубопровода, приводит к неэффективной выработке энергии турбиной. Для"восстановления" потока от его скошенной эпюры скоростей обычно необходимо наличие прямого участка трубы между концом напорного трубопровода и турбиной, известного как промежуточная труба, что также повышает общую длину трубопровода перед турбиной и потенциально может привести к потерям энергии на трение. Первым аспектом изобретения является создание гидроэлектрической энергетической станции, содержащей турбину, напорный трубопровод, расположенный перед турбиной, и отводящий канал, расположенный за турбиной,причем напорный трубопровод и/или отводящий канал содержат (содержит) трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях. В изобретении также предложена трубчатая часть для использования в качестве части напорного трубопровода или отводящего канала в гидроэлектрической энергетической станции,изогнутая в трех измерениях. Кроме того, в изобретении предложен способ проектирования гидроэлектрической энергетической станции, включающий проектирование напорного трубопровода, установленного перед турбиной, и/или проектирование отводящего канала, установленного за турбиной, причем напорный трубопровод и/или отводящий канал имеют (имеет) трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях. В изобретении также предложен способ сооружения гидроэлектрической энергетической станции, включающий установку перед 3 турбиной напорного трубопровода и установку за турбиной отводящего канала, причем напорный трубопровод и/или отводящий канал имеют(имеет) трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях. Наличие трубчатой части, изогнутой в трех измерениях, способствует развитию вихревого потока. Установлено, что при таких условиях эпюра осевых скоростей потока, проходящего через трубчатую часть, становится более ровной или"закругленной", при этом скорость потока вне изогнутой части меньше скорости аналогичного потока в трубе, изогнутой в двух измерениях, а скорость внутри изогнутой части больше. Таким образом, эпюра скоростей вблизи стенок вокруг трубчатой части при ее не плоской геометрии стремится к большей равномерности по окружности, чем при плоской геометрии. Такой поток применительно к напорному трубопроводу и отводящему каналу имеет ряд преимуществ. Поскольку при наличии изгиба эпюра скоростей потока более равномерна, то при этом уменьшена тенденция к отрыву потока от внутренней стенки изогнутой части. Это приводит к уменьшению потерь энергии, вызванных вихревой турбулентностью. Таким образом могут быть уменьшены потери напора в напорном трубопроводе при наличии в нем трубчатой части, изогнутой в трех измерениях, и улучшено восстановление перепада давления в отводящем канале при наличии в нем такой трубчатой части. Таким образом, наличие или в напорном трубопроводе, или в отводящем канале трубчатой части, изогнутой в трех измерениях, может привести к более эффективной выработке энергии и к существенной экономической выгоде. Для достижения максимальной выгоды предпочтительно, чтобы и напорный трубопровод, и отводящий канал имели такую трубчатую часть. Еще одним преимуществом в снижении тенденции к отрыву потока является снижение вероятности повреждений от кавитации. Это относится как к напорному трубопроводу, так и к отводящему каналу. Кроме того, из-за закругленной эпюры скоростей жидкость, протекающая в трубчатой части, действует в качестве поршня и стремится удалить любые загрязнения, например песок и осадок, которые могут откладываться на стенках трубы при низкоскоростном потоке (например в периоды низкой энергетической нагрузки). Наличие такого "поршневого потока" означает, что трубчатая часть является в некоторой степени самоочищающейся, в чем заключается дополнительное преимущество. Наличие закругленной эпюры скоростей сказывается на уменьшении стирания песком или осадком участков вне изогнутой части, причем в этих участках скорость потока понижена. Наличие закругленной эпюры скоростей сказывается также на снижении напряжений в 4 стенках трубчатой части путем исключения изгибающих напряжений, добавленных к кольцевым растяжениям. Описанные выше преимущества в равной мере относятся и к напорному трубопроводу, и к отводящему каналу. В частности, в отношении напорного трубопровода возможно размещение турбины вблизи водохранилища без установки изогнутой части в виде плоского колена с острым углом со свойственными ему потерями энергии. При размещении турбины вблизи водохранилища длина напорного трубопровода, в котором вода течет с высокими скоростями, может быть уменьшена на величину увеличения длины отводящего канала, в котором вода течет с низкими скоростями, с обеспечением общей экономией энергии. Также в отношении напорного трубопровода следует отметить, что поскольку эпюра скоростей является закругленной, уменьшена потребность в участке прямой трубы перед турбиной, в котором поток может "восстановиться" от скошенной эпюры скоростей. Таким образом,возможно применение более короткого участка прямой трубы, и при этом напорный трубопровод может быть расположен ближе к турбине,что уменьшает общую длину участка трубы перед турбиной и экономит затраты энергии. Напорный трубопровод может иметь по существу прямую часть и указанную трубчатую часть, расположенную между прямой частью напорного трубопровода и турбиной. Таким образом, напорный трубопровод может иметь вертикальную или круто наклоненную спускную шахту, за которой следует трубчатая часть,изогнутая в трех измерениях. Прямой участок промежуточной трубы может быть расположен между трубчатой частью и турбиной, однако в этом нет обязательной необходимости из-за закругленной эпюры скоростей, создаваемой трубчатой частью. Смежные концы прямой и трубчатой частей напорного трубопровода могут быть расположены по существу на одной оси. И напротив,трубчатая часть может ответвляться от прямой части в поперечном направлении. В этом случае прямая часть может иметь по существу больший диаметр, чем трубчатая часть, при этом поток в прямой части будет ламинарным, а в трубчатой части - турбулентным. Такое расположение подходит для гидроэлектроустановок небольшого размера. От прямой части может ответвляться больше одной трубчатой части, каждая из которых ведет к соответствующей турбине. Напорный трубопровод с прямой частью может иметь трубчатую часть, расположенную на переднем конце прямой части. Таким образом можно исключить наличие плоско изогнутой части на переднем конце прямой части. Вход в расположенную таким образом трубчатую часть может быть выполнен в виде воронки. И напротив, можно также исключить изгиб на 5 переднем конце прямой части путем такого выполнения стены плотины, что она, по существу,перпендикулярна прямой части, а воронка предпочтительно выполнена на входе в прямую часть. В качестве альтернативы напорному трубопроводу, включающему прямую часть, по существу, весь напорный трубопровод может быть образован трубчатой частью. Поэтому вход в трубчатую часть расположен в хранилище и может быть снабжен, например воронкой. Предпочтительно трубчатая часть или каждая трубчатая часть образует часть спирали. Если угол поворота части спирали отличается от 360 или кратен 360, часто может быть так, что центральная линия входа в трубчатую часть и центральная линия выхода из нее лежат в различных плоскостях, что отличается от центральных линий входа и выхода обычной двумерно изогнутой трубы, которые лежат в одной плоскости. В случае, когда отводящий канал имеет трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях,благодаря снижению тенденции отрыва потока может быть получена дополнительная экономия энергии. Отрыв потока может быть дополнительно уменьшен, если площадь поперечного сечения трубчатой части отводящего канала увеличивается в направлении течения потока. В некоторых предпочтительных вариантах выполнения направление изгиба трубчатой части в поперечном направлении (т.е. если смотреть сверху) является тем же, что и направление изгиба во впускной части турбины. Это применимо к напорному трубопроводу и/или к отводящему каналу. В небольших гидроэлектроустановках диаметр трубчатой части, образующей напорный трубопровод или его участок, может быть меньше 0,5 м. Для более мощных установок этот диаметр может превышать 0,5 м, или 1 м,или 2 м, или 3 м, или 4 м, или 5 м, или 6 м, или 7 м. В одном предпочтительном варианте выполнения этот диаметр составляет 8 м, хотя он может быть и больше 8 м. Турбина может быть выполнена в виде обратимой гидравлической машины. Такая установка подходит для насосно-аккумулирующей системы. Экономия энергии, полученная при использовании описанной выше трубчатой части, изогнутой в трех измерениях, применима также при работе турбины в качестве насоса. Такая экономия может быть повышена, если такая трубчатая часть установлена или во входном патрубке насоса, или в его выходном патрубке, но очевидно, что максимальная экономия достигается при установке трубчатых частей как во входном, так и в выходном патрубках. В некоторых насосно-аккумулирующих системах вода для выработки энергии может течь по одной траектории через турбину и по другой отдельной траектории через насос тогда, 000652 6 когда энергию необходимо аккумулировать. При таких условиях траектория, проходящая через насос, может способствовать экономии энергии, если или входной патрубок насоса, или его выходной патрубок снабжен трубчатой частью, изогнутой в трех измерениях. Таким образом, еще одним аспектом изобретения является создание насосной станции для насосноаккумулирующей системы, содержащей насос с входным и выходным патрубками, причем входной и/или выходной патрубки (патрубок) насоса содержат (содержит) трубчатую часть,изогнутую в трех измерениях. Изобретение также применимо в насосных установках, отличающихся от насосно-аккумулирующих систем. В обычных насосных установках насос расположен между всасывающей трубой и нагнетательной трубой. Текучая среда поступает из всасывающей трубы и подается через нагнетательную трубу. Эти трубы посредством дополнительной системы трубопроводов присоединены к насосу. Указанная система часто выполнена в виде одного или более изгибов под 90 или колен, которые иногда необходимо установить близко друг к другу. Известно, что использование таких колен вызывает потери напора в трубах отчасти из-за внезапного изменения направления потока и отчасти из-за отрыва потока внутри изогнутых частей. Кроме того,отрыв потока может привести к кавитации на внутренних стенках изогнутых частей. Кавитация возможна также и вне изогнутых частей там, где быстрый поток создает низкие давления, и при этом возможны разрушение потока во всей установке и повреждение труб. В соответствии с третьим аспектом изобретения предложена насосная установка, содержащая насос с входным и выходным патрубками, причем входной и/или выходной патрубки(патрубок) содержат (содержит) трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях. Наличие трубчатой части, изогнутой в трех измерениях, способствует развитию вихревого потока. Как описано выше в отношении первого аспекта изобретения, при таких условиях эпюра скоростей в трубчатой части становится более ровной или "закругленной", при этом скорость потока вне изогнутой части меньше скорости аналогичного потока в двухмерно изогнутой трубе, а скорость внутри изогнутой части больше. Таким образом, эпюра скоростей вблизи стенок вокруг трубчатой части при ее не плоской геометрии стремится к большей равномерности по окружности, чем при плоской геометрии. Такой поток применительно к насосной установке имеет ряд преимуществ. Поскольку при наличии изгиба эпюра скоростей потока более равномерная, то при этом уменьшена тенденция к отрыву потока от внутренней стенки изогнутой части. Это приводит к 7 уменьшению потерь энергии, вызванных вихревой турбулентностью. Таким образом, могут быть уменьшены потери давления во входном патрубке при наличии в нем трубчатой части,изогнутой в трех измерениях, и уменьшены потери давления в выходном патрубке при наличии в нем такой трубчатой части. Таким образом, наличие или во входном, или в выходном патрубке трубчатой части, изогнутой в трех измерениях, может привести к более эффективному использованию насоса и к экономической выгоде. Для достижения максимальной выгоды предпочтительно, чтобы и входной, и выходной патрубки имели такую трубчатую часть. Благодаря уменьшению тенденции к отрыву потока возможно также применение изогнутых частей меньшего радиуса. Таким образом возможна экономия пространства. Еще одним преимуществом в уменьшении тенденции к отрыву потока является снижение вероятности повреждений от кавитации. Это относится как к входному, так и к выходному патрубку. Предпочтительно трубчатая часть или каждая трубчатая часть образует часть спирали. Обычно угол поворота части спирали составляет менее 360, и в этом случае центральная линия входа в трубчатую часть и центральная линия выхода из нее лежат в различных плоскостях, что отличается от центральных линий входа и выхода обычной двумерно изогнутой трубы, которые лежат в одной плоскости. Форма спирали может иметь постоянный или переменный радиус. Ниже только в виде примеров описаны предпочтительные варианты выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи,на которых фиг. 1 изображает схематичный разрез части предложенной гидроэлектрической энергетической станции; фиг. 2 - схематичный вид изогнутой трубы на конце напорного трубопровода, показанного на фиг. 1, в большем масштабе; фиг. 3 - вид по стрелкам III-III на фиг. 1 в том же масштабе, что и фиг. 2; фиг. 4 - поперечный разрез плотины, в которую входит предложенная система трубопроводов, по линии IV-IV на фиг. 5; фиг. 5 - схематичный вид сверху системы трубопроводов, показанной на фиг. 4; фиг. 6 - схематичный вид в аксонометрии системы трубопроводов, показанной на фиг. 4; фиг. 7 - схематичный вид сверху предложенного изобретения, применяемого в другой гидроэлектрической энергетической станции; фиг. 8 - схематичный вид сверху системы трубопроводов, показанной на фиг. 7; фиг. 9 - схематичный вид в аксонометрии системы трубопроводов, показанной на фиг. 7; 8 фиг. 10 - схематичный поперечный разрез плотины, на котором показана конструкция обычного напорного трубопровода; фиг. 11 - схематичный поперечный разрез плотины, содержащей предложенный напорный трубопровод; фиг. 12 - схематичный вид сверху напорного трубопровода, пригодного для использования в плотине, показанной на фиг. 11; фиг. 13 - схематичный вид сбоку трубопровода, показанного на фиг. 12; фиг. 14 - схематичный вид снизу предложенной отсасывающей трубы; фиг. 15 - схематичный вид сбоку отсасывающей трубы, показанной на фиг. 14; и фиг. 16 - вид в аксонометрии с местным вырезом предложенной насосной установки. На фиг. 1 показана часть гидроэлектрической энергетической станции, относящейся к типу, в котором вода из водохранилища поступает в подземный турбинный зал 2. В турбинном зале расположены турбины 4 и генераторы 6, хотя для ясности на чертеже показаны только одна турбина и один генератор. Напорный трубопровод 8 соединяет водохранилище с турбинным залом, и вода, приводящая в действие турбины, течет в отводящий канал 10 и покидает станцию. В нижнем конце трубопровода 8 расположена трубчатая часть 12, выполненная изогнутой в трех измерениях, что более ясно показано на фиг. 2 и 3. При эксплуатации вода по мере ее протекания через часть 12 проходит по вихревой траектории, что, как описано выше, вызывает отличие эпюры скоростей потока от эпюры, которая может быть получена во входном трубопроводе,изогнутом только в двух измерениях. Вихревой поток и вызванное им изменение эпюры скоростей способствуют появлению нескольких преимуществ. В частности, применение трубопровода, изогнутого в трех измерениях, может привести к уменьшению потерь напора и таким образом повысить полный коэффициент полезного действия станции. Кроме того, он позволяет разместить турбинный зал близко к водохранилищу без применения плоского колена, изогнутого под прямым углом. В этом случае шахту для напорного трубопровода можно пробуривать или копать снизу вверх, и получаемую при этом землю удалять через уже вырытый турбинный зал. На фиг. 4-6 показано применение спирально изогнутой трубчатой части 22, когда напорный трубопровод гидроэлектростанции расположен внутри плотины 20. Часть 22 присоединена к турбине 34 посредством клапана 32. Отводящий канал 36 проходит из турбины и выходит за пределы плотины 20. На фиг. 4 и 5 часть 22, соответствующая предложенному варианту выполнения изобретения, показана сплошными линиями, а обыч 9 ный напорный трубопровод 24 с плоскими изгибами - пунктирными линиями. Для ясности на фиг. 4 трубопровод 24 показан так, что его вход находится несколько выше, чем вход в часть 22 этого варианта выполнения изобретения, но в действительности оба входа должны находиться на одной высоте. Трубопровод 24 состоит из короткого горизонтального участка 26, вертикального участка 28 и длинного горизонтального участка 30,который через клапан 32 присоединен к турбине 34. Участок 30 должен быть достаточно длинным для обеспечения "восстановления" потока от его скошенной эпюры скоростей, как описано выше. В результате этого напорный трубопровод должен быть расположен на некотором расстоянии от турбинного зала, что ограничивает размеры возможной конструкции станции. Участки 26, 28 и 30 соединены плоскими изгибами под углом 90, известными как прямые колена, в которых происходят потери напора. Поскольку энергия, вырабатываемая турбиной, зависит от подводимого к ней напора, любые его потери снижают количество этой энергии и, таким образом, весь коэффициент полезного действия станции. Часть 22, соответствующая предпочтительному варианту выполнения изобретения,выполнена в виде одного изгиба в трех измерениях. В ней отсутствуют изгибы под острыми углами, что способствует уменьшению потерь напора. Следует отметить, что даже очень небольшое уменьшение потерь напора приводит к весьма большому увеличению количества энергии, вырабатываемой в течение срока службы станции. Кроме того, как описано выше, вода в части 22 проходит по вихревой траектории и имеет закругленную эпюру скоростей, что исключает необходимость в длинном прямом участке,нужном для "восстановления" потока. Следовательно, это обеспечивает гораздо большую свободу в размещении напорного трубопровода и турбины. Как показано на фиг. 6, отводящий канал 36 также может быть выполнен с трубчатой частью 38, изогнутой в трех измерениях, что также способствует экономии энергии и приносит дополнительные преимущества. Более того, если турбина выполнена в виде обратимой гидравлической машины и может работать в качестве насоса при обратном ходе (например, для использования в насосно-аккумулирующей системе), то тогда преимущественным является выполнение отводящего канала с изгибом в трех измерениях, так что поток, поступающий в турбину, в этом случае работающую в качестве насоса, имеет закругленную эпюру скоростей,что дает описанные выше различные преимущества. На фиг. 7-9 показан еще один вариант выполнения, более подходящий для установок не 000652 10 большого размера. В этом случае для воды выполнена спускная шахта, а к двум турбинам 56,58 от нижней части спускной трубы ведут две трубчатые части 52, 54 напорного трубопровода, изогнутые в трех измерениях. Каждая турбина имеет отводящий канал, который также может быть выполнен с изгибом в трех измерениях. На фиг. 10 показана конструкция обычной плотины и обычного напорного трубопровода. Турбинный зал 2, в котором расположены турбины 4 (показана только одна турбина), находится в задней части плотины 20. Напорный трубопровод 8 соединяет хранилище 1 перед плотиной 20 с турбиной 4 и имеет два плоских колена 60 и 61, изогнутых под прямым углом и обеспечивающих вход воды в горизонтальном направлении в напорный трубопровод у его входного конца и также в горизонтальном направлении в турбину у его выходного конца. Отводящий канал, расположенный за турбиной,содержит отсасывающую трубу 62 и горизонтальный отводящий туннель 63. Водосброс 64 для сброса паводковой воды находится поверх плотины. На фиг. 11 показана модификация изображенной на фиг. 10 установки, в которую встроен напорный трубопровод 8, содержащий трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях. Следует заметить, что турбинный зал 2 расположен ближе к передней части плотины 20, так что общая длина трубопровода 8 меньше длины напорного трубопровода, показанного на фиг.10, следовательно, потери на трение в трубопроводе уменьшены. Хотя длина канала 63 должна быть соответственно увеличена, вода в нем протекает с более низкими скоростями, чем в напорном трубопроводе, и потери энергии на трение соответственно меньше. В случае, если установка, показанная на фиг. 10, модифицирована путем перемещения зала 2 в положение, показанное на фиг. 11, а колена 60 и 61 оставлены, изгибы оказываются более резкими, вследствие чего повышаются потери энергии. Причина этих потерь состоит в близости таких изгибов, например, в случае,когда плотина имеет низкий напор. В трубопроводе 8, изогнутом в трех измерениях и показанном на фиг. 11, в основном отсутствуют такие потери, а отрыв потока уменьшен или исключен. Дополнительные преимущества размещения энергетической установки, показанной на фиг. 11, ближе к напорной стороне плотины заключаются в большей глубине врезки фундамента у указанной стороны плотины, в улучшении ее способности предотвращения протечек под плотиной, а также в уменьшении вибрации и протечек в турбинном зале, когда водосброс расположен выше, как показано на чертеже. На фиг. 12 и 13 показан напорный трубопровод, пригодный для использования в уста 11 новке, изображенной на фиг. 11. Трубопровод 8 проходит от воронкообразного входа 65, расположенного в стене плотины, к турбине 4, присоединенной к генератору 6. Напорный трубопровод имеет спиральную конфигурацию, и для ее лучшего понимания на видах верху и сбоку показаны точки 0' и 1' - 15'. В стене плотины выполнена имеющая определенную форму входная камера 66 низкой скорости, а вход 65 расположен так, что его ось параллельна главной стене плотины. Вход 65 раскрывается на наклонной стенке 68 камеры 66. В точке 12' пунктирными линиями по длине трубопровода 8 показано другое расположение входа 65, обеспечивающее результирующее изменение направления протекающей через напорный трубопровод воды на 90, как показано на виде сверху, а не на 450, как показано сплошными линиями. При таком альтернативном расположении часть напорного трубопровода между точками 12' и 15' может быть "растянута" в вертикальном направлении для создания большего вертикального спуска при одновременном создании требуемого изгиба в трех измерениях. На входе 66 установлены (не показаны) сита с крупными отверстиями или сороудерживающие решетки и сита с мелкими отверстиями для сведения к минимуму попадания твердых частиц в напорный трубопровод. Там же установлен главный регулирующий затвор вместе с аварийным спускным затвором и/или с вторым регулирующим затвором. Вместо второго регулирующего затвора, расположенного на входе 66, на выходном конце напорного трубопровода может быть установлен поворотный или дроссельный клапан 67. Однако при наличии второго регулирующего затвора клапан 67, расположенный ниже по ходу воды, можно исключить,что создает преимущество, заключающееся в уменьшении общей длины напорного трубопровода. На фиг. 14 и 15 показан предложенный вариант выполнения трубы 62, пригодной, например, для использования в установке, изображенной на фиг. 10. Труба 62 содержит трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях и имеющую вход 70, расположенный на выходной(нижней) поверхности турбины 4. Для облегчения понимания конструкции точки 0" и 1" - 11" показаны на обоих чертежах фиг. 14 и 15. Поперечный размер трубы 62, также изогнутой в трех измерениях, увеличивается в направлении течения потока начиная от ее входа 70. За точкой 11" отсасывающая труба продолжает изгибаться и выносит поток вверх в отводящий тоннель 63. Следует отметить, что в напорном трубопроводе, показанном на фиг. 12 и 13, и в отсасывающей трубе, показанной на фиг. 14 и 15,направление изгиба в поперечном направлении(как видно на видах сверху на фиг. 12 и 14) такое же, что и направление изгиба входной части 12 турбины. Таким образом, изгиб продолжается в том же направлении. Хотя приведенное выше описание относится к определенным планировкам гидроэлектростанций, применение трубчатых частей, изогнутых в трех измерениях, возможно также в напорных трубопроводах и/или в отводящих каналах гидроэлектростанций другого типа или в любой подобной ситуации. Насосная установка, показанная на фиг. 16,включает насос, содержащий корпус 81, в котором на ведущем валу 82 установлены рабочие колеса 83. Всасывающая труба 86 ведет к корпусу, а нагнетательная труба 87 - из него. Трубы 86 и 87 присоединены к корпусу 81 патрубками 84 и 85, которые выполнены в виде трубчатых частей, расположенных так, что они изогнуты в трех измерениях, причем центральные линии их входов лежат в другой плоскости,нежели центральные линии их выходов. С использованием патрубков, имеющих изгиб в трех измерениях, текучая среда, проходящая по ним, завихряется, как описано выше,что вызывает описанные выше преимущества. В частности, из-за отсутствия внезапного изменения направления и меньшей вероятности отрыва потока потери напора могут быть снижены. Соединения между патрубками 84, 85 и трубами 86, 87 являются тангенциальными в пространственном отношении для исключения любого внезапного изменения направления потока, которое также может вызвать потерю напора. Другими словами, их центральные линии в этих соединениях совпадают. Хотя описанная насосная установка относится к одному определенному типу насоса,очевидно, что она в равной степени применима и к другим типам насосов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Гидроэлектрическая энергетическая станция, содержащая турбину, напорный трубопровод, расположенный перед турбиной, и отводящий канал, расположенный за турбиной,причем напорный трубопровод содержит трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях и имеющую по существу постоянную площадь поперечного сечения по всей длине. 2. Гидроэлектрическая энергетическая станция по п.1, в которой трубчатая часть напорного трубопровода выполнена с обеспечением результирующего изменения направления протекающей через нее воды на 90. 3. Гидроэлектрическая энергетическая станция, содержащая турбину, напорный трубопровод, расположенный перед турбиной, и отводящий канал, расположенный за турбиной,причем отводящий канал содержит трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях. 4. Гидроэлектрическая энергетическая станция по пп.1, 2 или 3, в которой напорный 13 трубопровод имеет по существу прямую часть и трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях,имеющую по существу постоянную площадь поперечного сечения по всей длине и расположенную между прямой частью напорного трубопровода и турбиной. 5. Гидроэлектрическая энергетическая станция по п.4, в которой смежные концы прямой и трубчатой частей расположены по существу на одной оси. 6. Гидроэлектрическая энергетическая станция по п.4, в которой трубчатая часть ответвляется от прямой части в поперечном направлении. 7. Гидроэлектрическая энергетическая станция по пп.1, 2 или 3, в которой по существу весь напорный трубопровод образован трубчатой частью, изогнутой в трех измерениях и имеющей по существу постоянную площадь поперечного сечения по всей длине. 8. Гидроэлектрическая энергетическая станция по любому из предшествующих пунктов, в которой отводящий трубопровод содержит трубчатую часть, которая изогнута в трех измерениях и поперечное сечение которой увеличивается в направлении течения потока. 9. Гидроэлектрическая энергетическая станция по любому из предшествующих пунктов, в которой трубчатая часть напорного трубопровода образует часть спирали постоянного радиуса. 10. Гидроэлектрическая энергетическая станция по любому из предшествующих пунктов, в которой турбина выполнена в виде обратимой гидравлической машины. 11. Трубчатая часть для использования в качестве участка напорного трубопровода в гидроэлектрической энергетической станции,изогнутая в трех измерениях и имеющая по существу постоянное поперечное сечение по всей длине. 12. Трубчатая часть по п.11, диаметр которой превышает 0,5 м. 13. Трубчатая часть для использования в качестве участка отводящего канала в гидро 000652 14 электрической энергетической станции, изогнутая в трех измерениях. 14. Способ проектирования гидроэлектрической энергетической станции, включающий проектирование напорного трубопровода для установки перед турбиной, имеющего трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях и имеющуюпо существу постоянную площадь поперечного сечения по всей длине. 15. Способ проектирования гидроэлектрической энергетической станции, включающий проектирование отводящего канала для установки за турбиной, имеющего трубчатую часть,изогнутую в трех измерениях. 16. Способ сооружения гидроэлектрической энергетической станции, включающий установку перед турбиной напорного трубопровода, имеющего трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях и имеющую по существу постоянную площадь поперечного сечения по всей длине. 17. Способ сооружения гидроэлектрической энергетической станции, включающий установку за турбиной отводящего канала, имеющего трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях. 18. Насосная станция для насосноаккумулирующей системы, содержащая насос с входным и выходным патрубками, причем входной и/или выходной патрубки (патрубок) насоса содержат (содержит) трубчатую часть,изогнутую в трех измерениях. 19. Насосная установка, содержащая насос с входным и выходным патрубками, причем входной и/или выходной патрубки (патрубок) содержат (содержит) трубчатую часть, изогнутую в трех измерениях. 20. Насосная установка по п.19, в которой входной и выходной патрубки содержат соответствующие трубчатые части. 21. Насосная установка по п.19 или 20, в которой трубчатая часть или каждая трубчатая часть образует часть спирали.

МПК / Метки

МПК: F03B 13/08, E02B 9/06

Метки: спиральный, напорный, трубопровод

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/11-652-spiralnyjj-napornyjj-truboprovod.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Спиральный напорный трубопровод</a>

Похожие патенты