Глубинный водозаборно-водосбросный оголовок

Глубинный водозаборно-водосбросный оголовок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к водозаборно-водосбросным сооружениям на морях, озерах, водохранилищах И полноводных реках , и может быть использовано для подачи холодной и отвода нагретой воды на промышленных комплексах, ТЭС и АС, системах коммунального водоснабжения и водоотведения. Цель изобретения - повышение эффективности работы путем обеспечения стабильности выхода поворачиваемого нагретого потока воды из сбросного коллектора и равномерного его растекания по поверхности водоема. Сбросной коллектор 2 имеет поперечно расположенную струенаправляющую стенку 9, нижняя кромка которой закреплена на общей горизонтальной перегородке 3 коллекторов , верхняя горизонтальная кромка расположена выше наружной поверхности Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) (s(>s Е 02 В 8/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР . (21) 4781354/15 (22) 12.01.90 (46) 07.04.92. Бюл. М 13 (71) Всесоюзный государственный научноисследовательский, проектно-конструкторский и изыскательский институт

"Атомэнергопроект" и Московский инженерно-строительный институт им. B,В. Куйбышева (72) В.И. Курочкин, Г.С. Агеев, И.А. Витрешко и И.М. Хаустов (53) 627.881(088,8) (56) Шеренков И.А., Нетюхайло А.П. и Тележкин Э.Д. Условия образования плотностных течений в области водовыпуска, совмещенного с водозабором ТЭС и АЭС. Материалы совещаний по гидротехнике. Л., 1985, с.

218 — 222. (54) ГЛУБИННЫЙ ВОДОЗАБОРНО-ВОДОСБРОСНОЙ ОГОЛОВОК (57) Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к водоэаборно-водосбросным сооружениям на морях, озерах, водохранилищах и полноводных реках, и может быть использовано для подачи холодной и отвода нагретой воды на промышленных комплексах, ТЭС и АС, системах коммунального водоснабжения и водоотведения. Цель изобретения — повышение эффективности работы путем обеспечения стабильности выхода поворачиваемого нагретого потока воды иэ сбросного коллектора и равномерного его растекания по поверхности водоема. Сбросной коллектор 2 имеет поперечно расположенную струенаправляющую стенку 9, нижняя кромка которой закреплена на общей горизонтальной перегородке 3 коллекторов, верхняя горизонтальная кромка расположена выше наружной поверхности

1724796

11 сбросного коллектора 2, а вертикальные кромки жестко заделаны в боковые стенки коллекторов. При этом общая горизонтальная перегородка 3 выполнена с конусообразным выступом 13 на ее водосбросной поверхности, обращенным вершиной навстречу сбрасываемому потоку, а струенаправляющая стенка 9 плавно сопряжена с конусообразным выступом 13, выполнена вогнутой внутрь сбросного коллектора 2 и изогнута по дуге вертикально вверх; Нагретая от энергоблоков вода по подводящей галерее 15 поступает в сбросной коллектор

2, на входе которого посредством конусообразного выступа 13 она растекается и формируется в плоский поток. А в самом коллекторе 2 струи потока под воздействи. Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к водозаборно-водосбросным сооружениям на морях, озерах, водохранилищах и йолноводных реках; и может быть использовано для подачи холодной и отвода нагретой воды преимущественно на промышленных комплексах.

ТЭС и АС, системах коммунального водоснабжения и водоотведения.

Известно водозаборно-водосбросное сооружение охлаждающего водоема, содержащее водозаборный оголовок, размещенный на дне водоема, и водосбросной оголовок, расположенный над ним, причем водозаборный оголовок смещен в сторону водоема относительно водосбросного оголовка и сопряжен с ним откосом.

При этом отношение заглубления верхней кромки водозаборного оголовка к расстоянию между оголовками составляет

0,078 — 0,30.

Данное сооружение связано с отводящим каналом через громоздкое и дорогостоящее сооружение — земляную дамбу, в теле которой проложена отводящая галерея. Разместить на достаточном удалении от берега водозаборный оголовок, смонтированный у нижней кромки откоса дамбы, не представляется возможным, т.е. сооружение оказывается расположенным в прибрежной зоне, в которой при волнении возникает ряд течений, отражающихся на качестве отбираемой воды и приводящих к серьезным эксплуатационным затруднениям, вплоть до полного отказа в приеме воды и выхода из строя всего сооружения. ем выступа 13 растекаются к боковым стенкам. Тем самым подготавливается разворот потока в противоположное направление.

При выходе из сбросного коллектора 2 сформированный поток попадает на струенаправляющую стенку 9, которая воспринимает всю силу сбросного потока и отводит его иэ оголовка наружу, обеспечивая постоянный и ровный факел выброса. Нагретая вода по инерции отходит дальше в противоположную сторону от заборного коллектора 1, поднимается к верхним слоям и равномерно растекается по поверхности водоема. Таким образом обеспечивается о птимал ьн ый режим работы водозаборно-водосбросного оголовка. 4 ил.

В естественных водоемах вдольбереговое течение транспортирует круглогодично наносы, а в предледоставный период и во время зимних оттепелей — шугу, По данным статистики 80% существующих водозаборных сооружений забиваются шугой, например, конструкции водозаборных сооружений, аналогичные рассматриваемой конструкции, на Каховском водохранилище (г. Никополь).

Представляет значительные трудности также решение задачи, связанной непосредственно с проблемой устойчивости встречных стратифицированных потоков с учетом влияния начальных условий на ripoцесс вовлечения жидкости из одного слоя в другой.

Не всегда представляется возможным производить селективный отбор из придонных слоев водоема с оптимальным качеством и минимально возможной температурой. Это приводит непосредственно к отбору воды более теплой, чем это позволяют условия водоема, а следовательно, повышенному расходу воды на охлаждение конденсаторов турбин, к ухудшению вакуума и значительному перерасходу топлива на станции. Так и на ГРЭС мощностью

3600 М Вт увеличение температуры воды, забираемой из источников и идущей на охлаждение конденсаторов турбин, всего на

1 С ведет к увеличению расхода топлива не менее, чем на 36000 сут в год.

Известны также инженерные проработки, направленные на снижение материалоемкости сооружений, что в основном сводится к созданию совмещенных водовы1724796 пусков и водозаборов на крупных водохранилищах, ставящих задачу организации выпуска и забора с обеспечением минимального захвата подогретой воды в окна водозабора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является глубинный водозаборно-водосбросной оголовок, который состоит из расположенных один под другим заборного и сбросного коллекторов, имеющих общую горизонтальную перегородку, боковые стенки, козырек, закрепленный на перегородке, и отводящую и подводящую галереи, сообщенныес коллектором по оси симметрии, Один из самых существенных недостатков совмещения в одном узле водосброса и водозабора, несмотря на то, что он менее материалоемкий по сравнению с другими аналогичными узлами, заключается в том, что конструкция водосброса не обеспечивает полного расслоения сбрасываемого и отбираемого потоков воды, что приводит к их смещению на начальных участках, а канализуемые стоки сбрасываемой воды, смешиваясь с отбираемым потоком на начальном участке, существенно ухудшают качество отбираемой воды, а также повышают ее температуру.

Кроме того, при данной конструкции водосброса не представляется возможным организовать направленный сброс канализуемого потока, Сбросная струя подвергается воздействию ветроволнового или дрейфового течения, направляясь вместе с ними по волновой траектории, не всегда дающей предполагаемый охлаждающий эффект на поверхности воды и ожидаемое растекание струи.

Кроме того, компенсационное и ветроволновое течения при данной конструкции могут смыкаться непосредственно в зоне самой конструкции. Это однозначно приводит к значительному ухудшению качества отбираемой воды, которая будет отбираться из компенсационного течения, к повышению ее температуры за счет смыкания сбросной струи с ветроволновым, а затем с компенсационным течением.

Так, например, следствием того, что северный водозабор города Волгограда, расположенный на глубине 36 м у западного берега Волжского водохранилища, попал в зону действия компенсационного течения, транспортирующего летом водоросли, является не только затруднение при его эксплуатации, но и периодическое прекращение работы из-за забивки его водорослями.

Таким образом, описываемый водозаборно-водосбросной оголовок в натурных

35 условиях не может быть применен на глубине свыше 30 м. Обычно такие конструкции размещаются на мелководных водоемах глубиной не более 10 м, и тем не менее эксплуатационные затруднения наблюдаются часто. В расположенных таким образом конструкциях при сильном волнении отбор воды будет производиться из поверхностных слоев, так как плотностное циркуляционное течение бесспорно разрушить поверхность раздела между нижним и верхним потоками воды, что приведет к перемешиванию канализуемых струй с отбираемым приданным потоком воды, т,е. эффект от применения данной конструкции будет сводиться к нулю.

Кроме этих недостатков конструкция, данного оголовка подвержена и другим немаловажным недостаткам, заключающимся в динамической неустойчивости корпуса, а именно, при вытекании и заборе воды возникают на участках соединения галерей с коллекторами изгибающие моменты, величина которых TGM больше, чем быстрее вытекает и забирается оголовком вода.

Это происходит за счет того, что вытекающий поток создает реактивную силу, направленную к коллектору, которая не устойчива из-за многих внешних факторов, одним из которых является то, что в зонах работы заборного и сбросного коллекторов образуется разное давление, которое козырьком не может нейтрализоваться. В виду этого во избежание деформаций в галереях коллекторы необходимо жестко крепить к дополнительным несущим конструкциям как при работе оголовка у поверхности, так и в средних слоях водоема, а при приданной работе коллекторы необходимо закрепить на дне.

Поэтому, как следует из вышесказанного, желательно создать конструкцию оголовка, исключающую изгибающие напряжения в галереях, повышая тем самым надежность его работы и отвод забираемого и выпускаемого потоков как можно дальше один от другого, а также снижая материалоемкость конструкции за счет менее жестких связей между коллекторами и галереями.

Цель изобретения — оптимизация режима работы водозаборно-водосбросного оголовка при обеспечении надежности и динамической устойчивости конструкций путем обеспечения стабильности выхода поворачиваемого нагретого потока воды из сбросного коллектора и равномерного его растекания по поверхности водоема.

Поставленная цель достигается тем, что в известном глубинном водозаборно-водосбросном оголовке, содержащем располо1724796 женные один поддругим заборный и сбросной коллекторы, имеющие общую горизонтальную перегородку, боковые стенки, козырек. закрепленный на перегородке, отводящую и подводящую и галереи, сообщенные с коллекторами по оси симметрии, новым является то, что сбросной коллектор водозаборно-водосбросного оголовка снабжен расположенной поперек этого коллектора струенаправляющей стенкой, нижняя кромка которой закреплена на общей горизонтальной перегородке коллекторов, верхняя горизонтальная кромка расположена выше наружной поверхности сбросного коллектора, а вертикальные боковые кромки жестко заделаны в боковые стенки коллекторов, при атом общая горизонтальная перегородка выполнена с конусообразным выступом на ее водосбросной поверхности, обращенным вершиной навстречу сбрасываемому потоку, а струенаправляющая стенка плавно сопряжена с конусообразным выступом, выполнена вогнутой, внутрь сбросного коллектора и изогнута по дуге вертикально вверх.

Наличие в конструкции сбросного коллектора оголовка струенаправляющей стенки, изогнутой по дуге вертикально вверх, обеспечивает поворачиваемому потоку стабильный выход из коллектора и равномерное растекание. Выполнение перегородки сбросного коллектора с конусообразным выступом, обращенным навстречу сбрасываемому потоку, служит для предварительной подготовки потока к его расширению и изгибу, а соединение меньших кромок струенаправляющей стенки со стенками коллекторов обеспечивает ориентированный выходной факел потока.

Данная конструкция обеспечивает гарантированное растекание канализуемой (или охлаждаемой) жидкости строго по поверхностному слою водоема ветроволновым или дрейфовым течением, с которым смешивается сбрасываемой поток воды.

Кроме того, в струенаправляющей стенке при повороте потока нагретой воды возникает реактивная сила, направленная or оголовка по оси его симметрии.

В рассматриваемом изобретении описан один из многочисленных вариантов выполнения глубинного водозаборно-водосбросного оголовка, каждый из которых подчинен единому изобретательскому замыслу, отображенному в отличительной части формулы изобретения.

На фиг, 1 показан оголовок; на фиг, 2 — то же, вид на продольный разрез; на фиг.

3 — то же, вид сверху; на фиг. 4 — сечение А — А на фиг. 2. ную толщу, выполнены круглые отверстия 7

10 переменного диаметра по высоте и длине

30 Над водоприемной стенкой 6 заборного коллектора 1 смонтирован козырек 8, пред40

Глубинный водозаборно-водосбросной оголовок состоит из горизонтально расположенных один под другим заборного 1 и сбросного 2 коллекторов многоугольной в плане формы, имеющих общую горизонтальную перегородку 3 и боковые стенки 4 и 5. В вертикальной водоприемной стенке 6 заборного коллектора 1, имеющей постоянстенки 6. Водоприемные отверстия 7 с максимальными диаметрами расположены у боковых стенок 4 и 5 оголовка, а водоприемные отверстия 7 с минимальными диаметрами расположены у оси симметрии заборного коллектора 1.

По высоте водоприемной стенки 6 отверстия 7, как один из вариантов выполнения, могут иметь разные диаметры в зависимости от предполагаемого слоя отбираемой воды:верхнего, среднего по глубине или придонного. Отверстия 7 максимального диаметра располагаются в верхней, средней или нижней части стенки 6, а в свою очередь, отверстия 7 с минимальными диаметрами будут соответственно располагаться в нижней части водоприемной стенки 6, в верхней и нижней частях стенки 6 и в верхней части стенки 6. ставляющий собой сегмент с параболической криволинейной поверхностью.

Максимальная ширина козырька совпадает с осью симметрии оголовка и уменьшается до нуля у боковых стенок 4 и 5 коллекторов

1и2.

Сбросной коллектор 2 снабжен струенаправляющей стенкой 9, которая установлена параллельно водоприемной стенке 6 и выполнена вогнутой внутрь сбросного коллектора и изогнута по дуге вертикально вверх, Нижняя кромка струенаправляющей стенки 9 закреплена на торце общей горизонтальной перегородки 3 коллекторов.

Верхняя горизонтальная кромка струенаправляющей стенки 9 расположена с переменным зазором 10 над верхней поверхностью 11 сбросного коллектора 2.

Для обеспечения жесткости струенаправляющей стенки 9, воспринимающей большие нагрузки сбрасываемого потока воды, предусмотрена вертикальная сегментообразная плита 12, одновременно предотвращая попадание воды в заборный коллектор 1, Общая горизонтальная перегородка 3 выполнена с конусообразным выступом 13 на водосбросной поверхности, обращенным вершиной навстречу сбрасы1724796

55 ваемому потоку и сопряжена со струенаправляющей стенкой 9.

Вертикальные кромки струенаправляющей стенки 9 закрыты боковыми стенками 4 и 5 оголовка, а заборный 1 и сбросной 2 коллекторы закреплены по оси симметрии соответственно с отводящей 14 и подводящей 15 галереями.

Глубинный водозаборно-водосбросной оголовок работает следующим образом.

Оголовок погружают в водоем и располагают на глубине в зависимости от температуры отбираемого слоя. Поскольку конструкция оголовка должна устанавливаться на водоемах в зоне, свободной от течений, то движение воды в зонах водоприемной 6 и струенаправляющей 9 стенок, кроме факелов всасывания и выброса, не предполагается. В водотоках глубинное стоковое или придонное течение ожидается с малыми скоростями ввиду значительной общей глубины или вообще отсутствует. Поэтому перед водоприемной 6 и за струенаправляющей 9 стенками образуются факелы всасывания и выброса, Ввиду наличия в конструкции козырька

8 и при стратификации источника факел всасывания будет плоскопараллельным; струи имеют горизонтальное движение.

Распределение скоростей по глубине и ширине факела всасывания может быть неравномерным и стимулируется неравномерностью размеров водоприемных отверстий 7 по высоте и длине водозаборного фронта. При необходимости отбора верхних слоев водоема должны быть увеличены скорости отбора воды в верхней части факела всасывания. При отборе придонных слоев увеличиваются скорости в придонной части факела всасывания, Повышение скорости в средней по глубине части факела всасывания повлечет за собой подсасывание к водоприемному средних слоев водоема по глубине, Козырек 8 над водоприемной стенкой 6 способствует выравниванию расхода, поскольку площадь под кромкой козырька 8 будет постоянной по всей длине водозаборного фронта, Поэтому при подходе к водоприемной стенке 6 факела всасывания переформировывается и расход выравнивается по ее ширине.

Кроме того, козырек 8 стимулирует расслоение разнаплотностных потоков, так как поверхность раздела будет устойчива только при отборе воды со скоростями не более

0,2 м/с.

Прошедшая сквозь перфорацию водоприемной стенки 6 ввода из заборного коллектора 1 направляется в отводящую галерею 14 на охлаждение энергоблоков.

Нагретая от энергоблоков вода по подводящей галерее 15 поступает в сбросной коллектор 2, на входе которого посредством конусообразного выступа 13 она рассекается и формируется в плоский поток, а в самом коллекторе 2 струи потока под воздействием выступа 13 растекаются к боковым стенкам 4 и 5. Тем самым подготавливается разворот потока в противоположное направление.

При выходе из сбросного коллектора 2 сформированный поток попадает на струенаправляющую стенку 9, которая воспринимает всю силу сбросного потока и отводит его из оголовка наружу с сохранением равенства скоростей струй в потоке, обеспечивая тем самым постоянный и ровный факел выброса. Нагретая вода по инерции отходит дальше к галереям в противоположную сторону от заборного коллектора 1, поднимается к верхним слоям и равномерно растекается по поверхностному слою водоема. Ветроволновым или дрейфовым течением поднятый поток окончательно смешивается с верхним слоем водоема.

Смешиваясь с ветроволновым или дрейфовым течением, сбросной поток более теплой (чем в придонных слоях) воды будет перемещаться со скоростью (ч = w (0,1 — 0,2), где w — скорость ветра, м/с. Это стимулирует растекание потока по поверхности и его более интенсивное охлаждение, Кроме того, это создает дополнительный градиент плотностей Лр между плотностью р> воды у поверхности и плотностью о воды у дна.

Форма факела выброса регулируется за счет изменения зазора 10 и кривизны струенаправляющей стенки 9. Реактивная сила, возникающая в струенаправляющей стенке

9 при выходе потока из сбросного коллектора 2, направлена параллельно противоположно всасываемому потоку и обеспечивает продольное напряжение всего оголовка, повышая тем самым его динамическую устойчивость к поперечным боковым колебаниям воды, в то же время снижая разность давлений на верхней и нижней поверхностях козырька 8, повышая устойчивость при вертикальных колебаниях слоев воды, Технико-экономический эффект в предлагаемой конструкции совмещенных в одном сооружении водозабора-водосброса в том, что за счет максимально возможного удаления выпускаемого потока воды в сторону, обратную традиционному направлению выпуска воды из окон водозабора, обеспечивается оптимизированный режим работы водозаборно-водосбросного оголов1724796

Г ка при обеспечении надежности и динамической устойчивости конструкций, Позволяя добиться четкого расслоения потоков сбрасываемой и отбираемой воды, конструкция обеспечивает отбор воды с минимально возможной температурой из придонных слоев водоема, что улучшает показатели работы тепловой электростанции, позволяет обеспечить значительную экономию расхода топлива.

Кроме того, улучшается качество отбираемой воды, так как окна водозабора не будут забиваться водорослями, наносами и шугой.

Стабильность работы конструкции определяется также и тем, что она не привязана к береговой полосе и позволяет выбрать расположение в той части акватории, которая не подвержена зависимости от шуголедовых явлений. Если место отбора воды расположено вне зоны действия вдольбереговых, разрывных и инерционных течений, то водозаборное сооружение будет надежно эксплуатироваться в течение расчетного периода эксплуатации, обеспечивая экономичный отбор воды оптимального качества.

Формула изобретения

Глубинный водозаборно-водосбросной оголовок, установленный в водоеме, содержащий соответственно расположенные один под другим заборный и сбросной коллекторы, имеющие общую горизонтальную перегородку, боковые стенки, закреплен5 ный на перегородке козырек и отводящую и подводящую галереи, сообщенные с коллекторами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности в работе путем обеспечения стабильности выхода

10 поворачиваемого нагретого потока воды из сбросного коллектора и равномерного его растекания по поверхности водоема, он снабжен расположенной поперек сбросного коллектора струенаправляющей стенкой, 15 нижняя кромка которой закреплена на общей горизонтальной перегородке коллекторов, верхняя горизонтальная кромка расположена выше наружной поверхности сбросного коллектора, а вертикальные бо20 ковые кромки жестко заделаны в боковые стенки коллекторов, при этом общая горизонтальная перегородка выполнена с конусообразным выступом на ес водосбросной поверхности, обращенным вершиной на25 встречу сбрасываемому потоку, а струенапргвляющая стенка плавно сопряжена с конусообразным выступом, выполнена вогнутой внутрь сбросного коллектора и изогнута по дуге вертикально вверх.

1724796 д-А

40

50

Составитель В. Козы рина Техред M.Ìîðlåíòàë Корректор А. Осау»ко

Редактор Е. Савина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1156 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж 35, Раушская наб.. 4/5