Новые технические решения по комбинированному использованию микроГЭС и гидротехнических затворов

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 821

Новые технические решения по комбинированному использованию микроГЭС и гидротехнических затворов

Мухаммадиев М.М.,

Жураев С.Р.,

Джураев .В.Г.

Ташкентский государственный технический университет, Ташкент

Дальнейшее эффективное развитие аграрного сектора экономики Республики Узбекистан, улучшение условий проживания населения в сельской местности, в особенности в труднодоступных и удаленных районах сдерживается из-за невысокую механизированность и электрифицированность труда персонала и производственных процессов, следствием которых являются невысокая производительность и эффективность сельхозпроизводства, а также высокая ресурсозатратность в ряде подсекторов сельхозпроизводства.

Один из путей решения этих задач это создание автономных энергоустановок на базе возобновляемых источников энергии, имеющихся в регионе. автономный энергоустановка гидротехнический

Кроме того необходимо решение проблемы энергоснабжения отдаленных населенных пунктов. Решение этих проблем требует создания источников энергии относительно небольшой мощности, в том числе на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ): солнечной, ветровой, гидравлической, биогазовой и т.д.

В настоящее время в системе сельского и водного хозяйства эксплуатируются несколько десятков тысяч затворов, установленных на водопропускных, водосливных и регулируемых гидротехнических сооружениях гидроузлов, на ирригационных каналах, водохранилищах, на насосных станциях и т.д.

Эксплуатируемые затворы гидротехнических сооружений (ГТС) предназначены для открытия или закрытия водосливного отверстия, распределения воды в ирригационных каналах и т.д. Эти затворы используются во всех гидроэнергетических и водохозяйственных объектах и имеют различные конструктивные исполнения: дисковый, плоский, конусный и др.

Очень часто конструкции гидротехнических затворов имеет плоский вид, которые позволяют распределить расхода воды на каналах, гидроузлах и т.д. Недостатками этого затвора являются ограничение его функциональных возможностей и частые изменения положения в «рабочем» и «нерабочем» режимах, требующие большие энергозатраты и приводящие к быстрому выходу из строя уплотнений затвора.

Расширение функциональных возможностей гидротехнических объектов и гидротехнических сооружений (ГТС) требует проведения технического перевооружения с разработкой новых технических решений в этой области, а также использование их вновь, проектируемых объектах гидроэнергокомплексов.

С этой целью нами предложены следующие новые конструкции по комбинированному использованию ГЭУ и гидротехнических затворов, позволяющих более рационально использовать реcypcы BXC:

1. Использование микроГЭС с капсульным гидроагрегатом на затворах ГТС.

Эксплуатируемые затворы ГТС предназначены для открытия или закрытия водосливного отверстия, распределения воды в ирригационных каналах и т.д. Эти затворы используются во всех гидроэнергетических и водохозяйственных объектах и имеют различные конструктивные исполнения: дисковый, плоский, конусный и др.

Разработанные технические решения относятся к плоскому затвору, устанавливаемый в пазах и служащий на канале, как водозаграждающее сооружение (ВЗС).

Новая конструкция позволяет расширить функциональную возможность затвора путем получения дополнительно экологически чистой электрической энергии. Указанная цель достигается тем, что затвор ГТС снабжен проемом для установки капсульного агрегата (КА), подводящим устройством, удерживающим капсульный агрегат статорными колоннами и ребрами жесткости, посредством которых каждый агрегат с подводящим и отводящим устройствами прикреплен к затвору.

На рис.1 показан предлагаемый затвор ГТС. Затвор состоит из установленного в пазу 1 пролетного строения 2, в котором выполнен проем для установки капсулы 3 с генератором и гидротурбиной 4, подводящего устройства 5, снабженного регулируемым направляющим аппаратом 6, отводящего устройства 7, удерживающих капсульный агрегат статорных колонн 8 и ребер жесткости 9, посредством которых капсульный агрегат с подводящим 5 и отводящим 7 устройствами прикреплен к затвору; цифрой 10 обозначены опорно-ходовые части.

Затвор ГТС работает следующим образом. На режимах, когда возникает необходимость пропуска воды в нижний бьеф (НБ), регулируемый направляющий аппарат 6 открывается и вода проходит через КА в НБ, приводя во вращение гидротурбину 4, при этом генератор в капсуле 3 начнет вырабатывать электроэнергию.

Таким образом, кроме выполнения ремонтных работ можно исключить маневрирование затвора и получить дополнительно экологически чистую электроэнергию за счет установленного в нем капсульного агрегата. При этом мощность КА зависит от местоположения и потенциала водных реcypcoв в эксплуатируемых ВХС.

1- паз затвора, 2- затвор, 3- капсула, 4- гидротурбина, 5- подводящее устройство, 6- направляющий аппарат, 7- отводящее устройство, 8- статорные колонны, 9- ребра жесткости, 10- опорно-ходовое часть.

Рис.1. Схема использования микроГЭС с капсульным гидроагрегатом на затворах ГТС

2. Использование рукавного микроГЭС на затворах ГТС.

Известные МГЭС имеют недостатки, связанные с созданием плотины, сифонной подводящей трубы с клапаном, специального фундамента для установки гидроагрегата, что требует больших капитальных затрат и удобных мест для их установки.

В условиях эксплуатации объектов ВХС все эти сооружения можно заменить одним водозаграждающим сооружением типа плоского затвора. Задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение капитальных затрат и выработка дополнительной экологически чистой электроэнергии.

Поставленная задача решается тем, что в МГЭС, содержащей водозаграждающее сооружение (ВЗС), с низовой стороны которого установлены на вертикальном валу гидротурбина и генератор, а также подводящую и отводящую трубы, в качестве ВЗС использован плоский затвор, в верхней части которого выполнено отверстие, в котором установлена подводящая труба, снабженная водоприемником с сеткой и электрофицированной задвижкой, при этом гидротурбина с валом заключена в кожух, соединенный с подводящей и отводящей турбинами.

Генератор снабжен мультипликатором и для удобства обслуживания расположен на отметке гребня плотины, при этом вал генератора соединен с валом гидротурбины посредством муфты и при выходе из подводящей трубы снабжен уплотнением (рис.2).

1- затвор ГТС, 2- паз затвора, 3- подводящий трубопровод, 4- водоприемник с сеткой, 5- электрифицированная задвижка, 6- кожух агрегата, 7- отводящая труба, 8- гидротурбина, 9-муфта, 10-вал, 11- генератор с мультипликатором, 12- уплотнение, 13-крепленитя.

Рис. 2. Схема использования рукавной микроГЭС на затворах ГТС

МГЭС содержит затвор 1 ГТС, установленный в пазах 2 и имеющий прорезь, в которой установлен подводящий трубопровод 3, снабженный водоприемником 4 с сеткой и электрофицированной задвижкой 5, к трубопроводу 3 присоединен кожух 6 агрегата с отводящей трубой 7.

Внутри кожуха 6 расположена гидротурбина 8 с валом, соединенным с помощью муфты 9 с валом 10 генератора 11, проходящим через подводящий трубопровод 3, и снабженным уплотнением 12. Кожух агрегата к затвору прикреплен с помощью крепления 13.

При закрытом положении затвора 1, когда есть возможность пропускать воду из верхнего бьефа (ВБ) в НБ, электрифицированная задвижка 5 открывается и вода по подводящему трубопроводу 3 поступает в гидротурбину 8 и приводит ее во вращение. Генератором 11 вырабатывается электроэнергия, а вода через отводящую трубу 7 сбрасывается в НБ.

Мультипликатор позволяет изменить число оборотов генератора (двигателя), если при реконструкциях будут применяться "насосы­электродвигатели" как "гидротурбины-генераторы". В результате предотвращается холостой сброс воды в НБ и из-за отказа (уменьшения) маневрированием затвора повышается надежность его уплотнения.

3. Использование микроГЭС на плоских затворах ГТС.

Данное техническое предложение относится к затворам плоского типа водохранилищ, системы водохранилищ и других ГТС.

Предлагаемая конструкция позволяет получение дополнительной электроэнергии при нерабочем (закрытом) положении плоского затвора.

Задача решается тем, что затвор ГТС, содержащий пролетное строение и опорно-ходовые части, снабжен по крайней мере одним отверстием, в котором установлена водоприемная труба с электрифицированной задвижкой и фланцем, к которому подсоединен эластичный турбинный трубопровод для подачи воды к МГЭС с отводящим трубопроводом.

На рис.3 показан затвор ГТС. Он работает в следующем порядке.

При закрытом положении затвора 2 в пазах 1, когда есть возможность пропускать воду из ВБ в НБ, электрифицированная задвижка 4 открывается и вода по металлической трубе 3 поступает к эластичным трубопроводам 6 и приводит во вращение турбину МГЭС 7; вырабатывается электроэнергия, а отpаботанная вода по отводящему трубопроводу 8 сбрасывается в НБ.

При выполнении ремонтных работ в затворе задвижка 4 закрывается и эластичный трубопровод 6 позволяет поднять вверх затвор 2.

В рабочих режимах, когда затвор находится в закрытом положении и пропускать воду через МГЭС в НБ, исключается возможность изнашивания уплотнения.

Возможно исполнение затвора с несколькими отверстиями с металлическими трубами и эластичными турбинными трубопроводами, что увеличит выработку электроэнергии на МГЭС.

1- затвор, 2- паз затвора, 3- водоприемная труба, 4- электрифицированная задвижка, 5- фланец, 6- эластичный турбинный трубопровод, 7- МГЭС, 8- отводящая трубопровод, 9- опорно-ходовые части.

Рис.3. Схема использования микроГЭС на плоских затворах ГТС

Таблица 1.

На основе исследований была создана методика и программа расчета по технико-экономическому обоснованию использования микроГЭС на затворе ГТС и получены результаты приведены в таблице 1.

На рисунках 4 и 5 приведены характеристики по полученным результатам.

Рис. 4. График зависимости напора и мощности микроГЭС от расхода

Рис. 5. График зависимости чистого прибиля, доход от экономия условного топлива и срок окупаемости от мощности микроГЭС.

Исходя из высшее изложенного можно сказать, что с помощью микроГЭС можно решить вопрос энергообеспечения, энергоресурсосбережения, улучшения режимов работы затворов ГТС, сохранение экологической чистоты и т.д.

Литература

1. Мухаммадиев М.М., Клычев Ш.И. и Хамитов Т.Г. Технико-экономические характеристики микроГЭС. Межд. Журнал. «Гелиотехника» 2009, №4.

2. Мухаммадиев М., Прохоренко С.В., Умарова Д.М. Состояние и перспективы развития энерговодохозяйственной отрасли Узбекистана. Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика. Част II. Материалы 66-й Всероссийской НТК по итогам НИР университета за 2008 год. Самара. СамГАСУ-2009 г. С. 258.

3. М.М. Мухаммадиев, Б.Уришев. Состояние и проблемы развития малой гидроэнергетики в Центральной Азии. ЭНЕРГЕТИКА: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов. Сборник трудов шестой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием 25-27 мая 2011 г. г. Благовещенск, с. 350-353.

4. Мухаммадиев М.М., Сапаев Д.М. Затвор гидротехнического сооружения. Патент № 2036 В UZ, МПК 5 Е02В9/00, Блю. №3., 1994.

5. Мухаммадиев М.М., Сапаев Д.М. Затвор гидротехнического сооружения. Патент № 2037 В UZ, МПК 5 Е02В9/00, Блю. №3., 1994.

Размещено на Allbest.ru