Шахтная гидроаккумулирующая электростанция

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик фФ(22) Заявлено 110581 (21) 3290395/29-15 (31 М. Кд.з 1 Е 02 В 9/00 с присоединением заявки М 9(23) Приоритет Государствеииый комитет СССР по делам изобретеиий и открытийОпубликовано 230982, Бюллетень Мо 35 Дата опубликования описания 230982(54) ШАХТНАЯ ГИДРОАККУИУЛИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ аметр и длин ражаются вИзобретение 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 может работатьпри 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 немогут использоваться в больших емкостях. Они не используются даже в пневматических насосных станциях, ди арезервуаров которых выметрах.Известна также подземная гидроаккумулирующая электростанция шахтного типа, содержащая заполненныйсжатым воздухом подземный резервуар,верхнего бьефа, машинный зал с оборудованием, подземный резервуар нижнего бьефа и компрессорную станцию 2,За счет. создания в подземном резервуаре верхнего бьефа сжатым воздухом избыточного давления в 100300 ати решается задача резкого увеличения мощности станции при умеренной глубине заложения резервуаранижнего бьефа, благодаря чему напорядок снижаются удельные затратына устройство резервуара нижнегобьефа и существенным образом снижаются капиталовложения по электростанции в целом.Однако при этом резко возрастают25 эксплуатационные затраты, что связано с громадными утечками сжатоговоздуха из резервуара верхнегобьефа в резервуар нижнего бьефа.Объясняется это тем, что из-за наМи"30 чия поверхности контакта воды с воздухом последний растворяется в водев количестве 2,2 на каждую избыточную атмосферу. При давлении в 100300 ати объемные потери сжатого воздуха станут соизмеримы с объемомнаходящейся в резервуаре воды. Длякомпенсации утечек сжатого воздухамощность компрессорной станциипришлось бы увеличить на несколькопорядков, Кроме того, сжатый воздухбудет, бурно выделяться из воды впроточном тракте гидротурбины, нарушая нормальный режим ее работы.Однако известные конструкции диафрагм для разделения сред в резервуаре верхнего бьефа использоватьсяне могут из-за громадных его размеров, достигающих десятков тысячквадратных метров по площади и 50 ми более по амплитуде колебанияуровней воды в нем.Целью изобретения является повышение экономичности и надежностиработы электростанции.Поставленная цель достигаетсятем, что подземный резервуар верхнего бьефа снабжен водовоздухонепроницаемой диафрагмой, расположеннойна границе вода-сжатый воздух, приэтом по периметру диафрагма жесткосоединена с элементом крепления,образующим с вертикальными стенкамирезервуара целевое отверстие, причемниз элемента крепления заглубленпод уровень воды в резервуаре, аверх выступает над поверхностьюдиафрагмы,Кроме того, водовоздухонепроницаемая диафрагма выполнена из материала с удельным весом меньше удельного веса воды,Щелевое отверстие между элементомкрепления и стенками резервуара необходимо для обеспечения беспрепятственного перемещения Пленочнойдиафрагмы по вертикали на 50 м и более. В этом случае температурныедеформации диафрагмы не приведут кзависанию элемента крепления настенках резервуара, а стенки резервуара можно будет выполнить построительным, а не машиностроительным допускам. При этом для уменьшения массопереноса через щелевое отверстие элемент крепления заглубленпод уровень воды, чем увеличиваетсядлина пути массопереноса молекулрастворенного воздуха и, самое главное, процесс массообмена переводитсяиз конвективного с турбулентным перемещением струй в диффузионный(щель закрыта элементом крепления),интенсивность которого на несколько порядков меньшеОднако при наличии щелевого отверстия между элементом крепленияи стенками резервуара диафрагма изрезины и другого материала с удель-,ным весом больше, чем у воды, зато 1 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 потоплениядиафрагмы последняя выполнена, в от личие от известных, с удельным весом.меньше, чем у воды.На фиг. 1 схематично показана гидроаккумулирующая электростанция,35 .общий вид; на фиг, 2 - узел 1 нафиг. 1.Шахтная гидроаккумулирующая электростанция содержит заполненный сжатым воздухом подземный резервуарверхнего бьефа 1, машинный вал 2 соборудованием, подземный резервуарнижнего. бьефа 3, компрессорную станцию 4, водовоздухонепроницаемую ди-афрагму 5 с удельным весом меньше,чем у воды, и элементом крепленияпо 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. Вцикле выработки электроэнергии водапропускается через расположенные вмашинном зале 2 гидротурбины ГАЭС З 5 из резервуара верхнего бьефа под напором, суммированным из перепада уровней воды между резервуарами и давле-ния сжатого воздуха в резервуареверхнего бье 4 а. При этом водовоздухоне проницаемая диафрагма, отделяя водуот сжатого воздуха, устраняет объемные потери сжатого воздуха, благодаря чему снижаются энергозатратына подкачку сжатого воздуха и улуч шаются условия работы гидротурбин.В цикле накопления энергии вода перекачивается насосами ГАЭС из резервуара нижнего бьефа в резервуарверхнего бьефа, а насосы развиваютнапор, суммированный из перепадауровней между резервуарами и давления сжатого воздуха в резервуареверхнего бьефа. Элементы креплениямогут взаимодействовать с боковымиповерхностями резервуара через катки колесную связь, а в щели располагаться, закрепленная на элементекрепления, легко деформируемаялента.Основной экономический эффектизобретения связан с уменьшением на 3-5 порядков энергозатрат на подкачку сжатого воздуха в резервуаре верхнего бьефа и улучшением условий эксплуатации гидротурбин,960366 Заказ 7211/3 9 Подписное ВНИИПИТираж 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, обраилиал ППП "Патент", Ужгород, ул.Проектная,4.эуюшим с вертикальными стенкамирезервуара щелевое отверстие, причемниэ элемента крепления заглубленпод уровень воды в резервуаре, аверх выступает над поверхностьюдиафрагмы.2. Электростанция по п. 1, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что водо,воэдухонепройицаемая диафрагма выполнена из материала с удельным весом1 Ю меньше удельного веса воды.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов, Й.,15 1967., с. 293-294.2. Авторское свидетельство СССРР .746028, кл. Е 02 В 9/00, 1975,