Шахтная гидроаккумулирующая электростанция

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

Ф

Ф (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 110581 (21) 3290395/29-15 (31 М. Кд.з

Е 02 В 9/00 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий

{Щ УД (621. 311 . (088.8-) Опубликовано 230982. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 230982 (72) Автор изобретения

П.P. Хлопенков (71) Заявитель (54) ШАХТНАЯ ГИДРОАККУИУЛИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Изобретение относится к гидроэнер гетическому строительству и может быть использовано на гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС).

Известна обратимая машина с пнев могидравлическнм аккумулятором, со- держащая герметичный резервуар, разделенный деформируемой диафрагмой, жестко соединенной по периметру со стенками резервуара на две емкости, верхняя из которых заполнена сжатым воздухом, а нижняя - водой, причем нижняя емкость соединена трубопроводами с обратимой машиной $1).

Недостаток такой машины связан с тем, что диафрагма жестко соединена со стенками резервуара и может перемещаться только за счет деформативной способности материала диаф- рагмы. Поэтому такое устройство мо-жет работать при незначительном .перемещении диафрагмы и при наличии ограниченной площади раздела, выраженных в сантиметрах.

По этой причине деформируемые диафрагмы (как правило, из резины) с жестким креплением по периметру к стенкам резервуара не могут использоваться в больших емкостях. Они не используются даже в пневматических насосных станциях, диаметр и длина резервуаров которых выражаются в метрах.

Известна также подземная гидроаккумулирующая электростанция шахтного типа, содержащая заполненный сжатым воздухом подземный резервуар, верхнего бьефа, машинный зал с оборудованием, подземный резервуар нижнего бьефа H компрессорную станцию j2).

За счет. создания в подземном резервуаре верхнего бьефа сжатым возду хом избыточного давления s 100300 ати решается задача резкого увеличения мощности станции при умеренной глубине заложения резервуара нижнего бьефа, благодаря чему на порядок снижаются удельные затраты на устройство резервуара нижнего бьефа и существенным образом снижаются капиталовложения по электростанции в целом. Однако при этом резко возрастают

25 эксплуатационные затраты, что связано с громадными утечками сжатого воздуха из резервуара верхнего бьефа в резервуар нижнего бьефа.

Объясняется это тем, что из-за нали30 чия поверхности контакта воды с воз960366 духом последний растворяется в воде в количестве 2,2Ъ на каждую избыточную атмосферу. При давлении в 100300 ати объемные потери сжатого воздуха станут соизмеримы с объемом находящейся в резервуаре воды. для компенсации утечек сжатого воздуха

-мощность компрессорной станции пришлось бы увеличить на несколько порядков. Кроме того, сжатый воздух будет, бурно выделяться из воды в проточном тракте гидротурбины, нарушая нормальный режим ее работы.

Однако известные конструкции диафрагм для разделения сред в резервуаре верхнего бьефа использоваться не могут из-за громадных его размеров, достигающих десятков тысяч квадратных метров по площади и 50 м и более по амплитуде колебания уровней воды в нем.

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности работы электростанции.

Поставленная цель достигается тем, что подземный резервуар верхнего бьефа снабжен водовоздухонепроницаемой диафрагмой, расположенной на границе вода-сжатый воздух, при этом по периметру диафрагма жестко соединена с элементом крепления, образующим с вЕртикальными стенками резервуара щелевое отверстие, причем низ элемента крепления заглублен под уровень воды в резервуаре, а верх выступает над поверхностью диафрагмы.

Кроме того, водовоздухонепроницаемая диафрагма выполнена из материала с удельным весом меньше удельного веса воды.

Щелевое отверстие между элементом крепления и стенками резервуара необходимо для обеспечения беспрепятственного перемещения Пленочной диафрагмы по вертикали на 50 м и более. В этом случае температурные деформации диафрагмы не приведут к зависанию элемента крепления на стенках резервуара, а стенки резервуара можно будет выполнить по строительным, а не машиностроительным допускам. При этом для уменьшения массопереноса через щелевое отверстие элемент крепления заглублен под уровень воды, чем увеличивается длина пути массопереноса молекул растворенного воздуха и, самое главное, процесс массообмена переводится из конвективного с турбулентным перемещением струй в диффузионный (щель закрыта элементом крепления), интенсивность которого на несколько порядков меньше.

Однако при наличии щелевого отверстия между элементом крепления и стенками резервуара диафрагма из резины и другого материала с удель-. ным весом больше, чем у воды, зато нет даже без нарушения ее герметич,ности, поскольку ее масса составля- ет десятки тонн. Предотвратить ее затопление, особенно в случае нарушения ее герметичности — проблемная задача, поэтому выход ГАЭС из строя станет неизбежным.

Для предотвращения потопления диафрагмы последняя выполнена, в от10 личие от известных, с удельным весом. меньше, чем у воды.

На фиг. 1 схематично показана гидроаккумулирующая электростанция, 5 .общий вид; на фиг. 2 — узел 1 на фиг. 1.

Шахтная гидроаккумулирующая электростанция содержит заполненный сжатым воздухом подземный резервуар верхнего бьефа 1, машинный вал 2 с оборудованием, подземный резервуар нижнего. бьефа 3, компрессорную станцию 4, водовоздухонепроницаемую диафрагму 5 с удельным весом меньше, чем у воды, и элементом крепления по периметру б, водоводы 7 и воздуховоды 8, щелевое отверстие 9.

Станция работает следующим образом.

Перед ее вводом в работу подземный резервуар верхнего бьефа частично заполняется сжатым воздухом. В цикле выработки электроэнергии вода пропускается через расположенные в машинном зале 2 гидротурбины ГАЭС из резервуара верхнего бьефа под напором, суммированным из перепада уровней воды между резервуарами и давления сжатого воздуха в резервуаре верхнего бьерна. При этом водовоздухоне40 проницаемая диафрагма, отделяя воду от сжатого воздуха, устраняет объемные потери сжатого воздуха, благодаря чему снижаются энергозатраты на подкачку сжатого воздуха и улуч45 шаются условия работы гидротурбин.

В цикле накопления энергии вода перекачивается насосами ГАЭС из резервуара нижнего бьефа в резервуар верхнего бьефа, а насосы развивают напор, суммированный из перепада уровней между резервуарами и давления сжатого воздуха в резервуаре верхнего бьефа. Элементы крепления могут взаимодействовать с боковыми поверхностями резервуара через катки колесную связь, а в щели располагаться, закрепленная на элементе крепления, легко деформируемая лента.

Основной экономический эффект изобретения связан с уменьшением на

3-5 порядков энергозатрат на подкачку сжатого воздуха в резервуаре верхнего бьефа и улучшением условий эксплуатации гидротурбин.

960366

Формула изобретения

1. шахтная гидроаккумулирующая электростанция, содержащая заполненный сжатым воздухом подземный резервуар верхнего бьефа, машинный вал с оборудованием, подземный резервуар нижнего бьефа и компрессорную станцию, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности работы электростанций, резервуар верхнего бьефа снаб-. жен водовоэдухонепроницаемой диафрагмой с удельным весом меньше удельного веса воды, расположенной на границе вода-воздух, при этом по периметру диафрагма жестко -соединена с элементом крепления, обраВНИИПИ Заказ 7211/37

Тираж 709 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная,4. зующим с вертикальными стенками резервуара щелевое отверстие, причем низ элемента крепления заглублен под уровень воды в резервуаре, а верх выступает над поверхностью диафрагмы..

2. Электростанция по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что водо,воздухонепройицаемая диафрагма выполнена из материала с удельным весом меньше удельного веса води.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиза

1. Башта Т.M. Гидравлические приводы летательных аппаратов, Й., t5 1967., с. 293-294.

2. Авторское свидетельство СССР

9 746028, кл. E 02 В 9/00, 1975.