Рекомендуемые способы предотвращения попадания речных наносов и шуги в водоводы деривационных гидроэлектростанций

  • Николай [Nikolay] Петрович [P.] Лавров [Lavrov]
  • Геннадий [Gennadiy] Иванович [I.] Логинов [Loginov]
  • Александр [Aleksandr] Владимирович [V.] Шипилов [Shipilov]
  • Татьяна [Tatyana] Александровна [A.] Шестопалова [Shestopalova]
  • Алина [Alina] Олеговна [O.] Аристархова [Aristarkhova]
  • Анна [Anna] Евгеньевна [E.] Матюкова [Matyukova]
Ключевые слова: речные наносы, водозаборное сооружение, деривационный канал, циркуляция потока, компоновка сооружений, физическое моделирование, распределение скоростей, диаграмма режимов

Аннотация

Рассмотрены способы предотвращения попадания речных наносов в деривационные каналы гидроэлектростанций (ГЭС) путем использования в многоводный период криволинейного подводящего русла, в пределах которого возникает продольно-поперечная циркуляция, а в меженный период путем создания искусственной циркуляции наносозащитными порогами. В результате анализа гидроморфометрических характеристик речного потока для криволинейного участка речного русла получены эмпирические зависимости для определения местоположения водоприемника и расчета длины прямолинейного участка подводящего русла. Приведена система уравнений баланса расходов в створе перегораживающего сооружения речного гидроузла. На основе экспериментальных исследований рекомендованы три компоновочные схемы водозаборных сооружений для горных рек.

Принят способ защиты деривационного канала от шуги путем забора воды в зимнее время из нижних слоев потока и сброса шуги и льда в нижний бьеф гидроузла с помощью специальных шугосбросных устройств. Решена задача моделирования пространственного турбулентного течения жидкости в пределах верхнего бьефа водозаборного сооружения для деривационных ГЭС (ВСДГ) с использованием программного комплекса FLOW 3D. Дана картина распределения скоростей по оси промывного тракта для благоприятных и неблагоприятных условий пропуска шуги. вставлена диаграмма режимов промывного тракта водозаборного сооружения для деривационных ГЭС.

Результаты исследований могут быть использованы при проектировании, строительстве и эксплуатации водозаборных гидроузлов деривационных ГЭС в горно-предгорной зоне.

Сведения об авторах

Николай [Nikolay] Петрович [P.] Лавров [Lavrov]

доктор технических наук, профессор кафедры водохозяйственного и гидротехнического строительства Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, e-mail: lavrov_np@spbstu.ru

Геннадий [Gennadiy] Иванович [I.] Логинов [Loginov]

доктор технических наук, заведующий кафедрой гидротехнического строительства и водных ресурсов Кыргызско-Российского Славянского университета, e-mail: logi-gennadij@yandex.com

Александр [Aleksandr] Владимирович [V.] Шипилов [Shipilov]

кандидат технических наук, начальник отдела № 303 Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е. Веденеева, e-mail: shipilovav@vniig.ru

Татьяна [Tatyana] Александровна [A.] Шестопалова [Shestopalova]

кандидат технических наук, директор института гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии, заведующая кафедрой гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии НИУ «МЭИ», e-mail: tatyana64.08@mail.ru

Алина [Alina] Олеговна [O.] Аристархова [Aristarkhova]

магистрант Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, e-mail: alinaaristarhova0@gmail.com

Анна [Anna] Евгеньевна [E.] Матюкова [Matyukova]

магистрант Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, e-mail: fou_merveille@inbox.ru

Литература

1. Логинов Г.И. Гидравлические процессы при водозаборе из малых горных рек. Бишкек: Кут-Бер, 2014.
2. Дмитриева И.Л., Гурьевич Т.Б., Самосейко А.Н. Опыт геоэкологического обоснования проектов малых деривационных ГЭС на реках Северного Кавказа // Вестник Российской академии естественных наук. 2011. Т. 11. № 1. С. 85—91.
3. Малик Л.К. Проблемы и перспективы создания малых ГЭС на малых реках // Малая энергетика. 2004.№ 1. С. 37—48.
4. Бальзанников М.И., Евдокимов С.В., Орлова А.А. Сооружения деривационной ГЭС (выбор основных параметров и их расчет). М.: Изд-во МЭИ, 2007.
5. Лавров Н.П., Атаманова О.В., Логинов Г.И., Фролова И.Е. Физическое моделирование водозаборного сооружения на р. Асса в Республике Ингушетия // Гидротехническое строительство. 2016. № 3. С. 44—50.
6. Hydraulic Structures for Small Power Engineering of Mountain and Foot-mountain Area / Ed. N.P. Lavrov. Bishkek: KRSU, 2009.
7. Лавров, Н.П., Логинов Г.И. Водозаборные и водопроводящие сооружения в горно-предгорной зоне. Бишкек: Изд-во КРСУ, 2016.
8. Филончиков А.В. Проектирование автоматизированных водозаборных узлов на горных реках. Фрунзе: Изд-во Кыргызстан, 1990.
9. Фазылов А.Р. Технологические процессы и технические средства защиты водных объектов от наносов в горно-предгорной зоне. Душанбе — Бишкек: Промэкспо, 2014.
10. Соболин Г.В. Водозаборные узлы для оросительных систем горно-предгорной зоны. Фрунзе: КирНИИВХ, 1990.
11. Zolezzi G., Repetto R., Tubino M., Toropov M., Serafini M. Mathematical Modeling of Silting in Kugart River. Kyrgyzstan River Costal and Esturine Morphodynamics: Dohmen-Janssen & Hulscher (eds), Taylor & Francis Group. London, 2008. Pp. 1179—1189.
12. Vatin N., Lavrov N., Loginov G. Processes at Water Intake from Mountain Rivers into Hydropower and Irrigation Systems // Proc. MATEC Web of Conferences [Электрон. ресурс] https://www.researchgate.net/publication/306070335_Processes_at_Water_Intake_from_Mountain_Rivers_into_Hydropower_and_Irrigation_Systems (дата обращения 27.10.2018).
13. Естифеев А.М. Регулирование шугового потока на гидроэлектростанциях. М.-Л.: Госэнергоиздат 1958.
14. Жулаев А.Ж., Назаров Ц.А. Зимняя эксплуатация деривационных ГЭС на горных реках Казахстана. Алма-Ата.: Изд-во АН Казахской ССР, 1963.
15. Brian B.B. Cold Climate Problems of a Microhydroelectric Development on Crow Creek. Anchorage: University of Alaska, 2007.
16. Фазылов А.Р. Управление твердым стоком реки Вахш в условиях изменения климата // Проблемы управления речными бассейнами при освоении Сибири и Арктики в XXI веке: Сборник докл. XIX Междунар. науч.-практ. конф. Тюмень: ТИУ, 2017. Т. III. С. 216—222.
17. Шипилов А.В. Совершенствование конструкции водозаборного сооружения деривационной ГЭС для зимнего режима эксплуатации: автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб: ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2013.
18. Векслер А.Б., Генкин З.А., Васильева И.М. Условия гидравлического моделирования шуги при ледотермических исследованиях гидротехнических сооружений // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 1988. Т. 205. С. 12—15.
19. Vatin N., Lavrov N., Shipilov A. The Water Intake Facility for Diversion HPPs in Winter Operation Conditions in an Urban Area // Procedia Eng. 2015. V. 117. Iss. 1. Pp. 374—380.
20. Пат. № 123423 РФ. Шугосбросное устройство водозаборного сооружения для деривационных ГЭС / Н.П. Лавров, А.В. Шипилов, Г.И. Логинов // Бюл. изобрет. 2012. № 36.
---
Для цитирования: Лавров Н.П., Логинов Г.И., Шипилов А.В., Шестопалова Т.А., Аристархова А.О., Матюкова А.Е. Рекомендуемые способы предотвращения попадания речных наносов и шуги в водоводы деривационных гидроэлектростанций // Вестник МЭИ. 2019. № 5. С. 45—52. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-5-45-52.
#
1. Loginov G.I. Gidravlicheskie Protsessy pri Vodozabore iz Malykh Gornykh Rek. Bishkek: Kut-Ber, 2014. (in Russian).
2. Dmitrieva I.L., Gur'evich T.B., Samoseyko A.N. Opyt Geoekologicheskogo Obosnovaniya Proektov Malykh Derivatsionnykh GES na Rekakh Severnogo Kavkaza. Vestnik Rossiyskoy akademii estestvennykh nauk. 2011;11;1:85—91. (in Russian).
3. Malik L.K. Problemy i Perspektivy Sozdaniya Malykh GES na Malykh Rekakh. Malaya Energetika. 2004;1:37—48. (in Russian).
4. Bal'zannikov M.I., Evdokimov S.V., Orlova A.A. Sooruzheniya Derivatsionnoy GES (Vybor Osnovnykh Parametrov i ikh Raschet). M.: Izd-vo MEI, 2007. (in Russian).
5. Lavrov N.P., Atamanova O.V., Loginov G.I., Frolova I.E. Fizicheskoe Modelirovanie Vodozabornogo Sooruzheniya na r. Assa v Respublike Ingushetiya. Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo. 2016;3:44—50. (in Russian).
6. Hydraulic Structures for Small Power Engineering of Mountain and Foot-mountain Area. Ed. N.P. Lavrov. Bishkek: KRSU, 2009.
7. Lavrov, N.P., Loginov G.I. Vodozabornye i Vodoprovodyashchie Sooruzheniya v Gorno-predgornoy Zone. Bishkek: Izd-vo KRSU, 2016. (in Russian).
8. Filonchikov A.V. Proektirovanie Avtomatizirovannykh Vodozabornykh Uzlov na Gornykh Rekakh. Frunze: Izd-vo Kyrgyzstan, 1990. (in Russian).
9. Fazylov A.R. Tekhnologicheskie Protsessy i Tekhnicheskie Sredstva Zashchity Vodnykh Obyektov ot Nanosov v Gorno-predgornoy Zone. Dushanbe — Bishkek: Promekspo, 2014. (in Russian).
10. Sobolin G.V. Vodozabornye Uzly dlya Orositel'nykh Sistem Gorno-predgornoy Zony. Frunze: KirNIIVKH, 1990. (in Russian).
11. Zolezzi G., Repetto R., Tubino M., Toropov M., Serafini M. Mathematical Modeling of Silting in Kugart River. Kyrgyzstan River Costal and Esturine Morphodynamics: Dohmen-Janssen & Hulscher (eds), Taylor & Francis Group. London, 2008:1179—1189.
12. Vatin N., Lavrov N., Loginov G. Processes at Water Intake from Mountain Rivers into Hydropower and Irrigation Systems. Proc. MATEC Web of Conferences [Elektron. Resurs] https://www.researchgate.net/publication/306070335_Processes_at_Water_Intake_from_Mountain_Rivers_into_Hydropower_and_Irrigation_Systems (Data Obrashcheniya 27.10.2018).
13. Estifeev A.M. Regulirovanie Shugovogo Potoka na Gidroelektrostantsiyakh. M.-L.: Gosenergoizdat, 1958. (in Russian).
14. Zhulaev A.Zh., Nazarov Ts.A. Zimnyaya Ekspluatatsiya Derivatsionnykh GES na Gornykh Rekakh Kazakhstana. Alma-Ata.: Izd-vo AN Kazakhskoy SSR, 1963. (in Russian).
15. Brian B.B. Cold Climate Problems of a Microhydroelectric Development on Crow Creek. Anchorage: University of Alaska, 2007.
16. Fazylov A.R. Upravlenie Tverdym Stokom Reki Vakhsh v Usloviyakh Izmeneniya Klimata. Problemy Upravleniya Rechnymi Basseynami pri Osvoenii Sibiri i Arktiki v XXI Veke: Sbornik Dokl. XIX Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Tyumen': TIU, 2017; III:216—222. (in Russian).
17. Shipilov A.V. Sovershenstvovanie Konstruktsii Vodozabornogo Sooruzheniya Derivatsionnoy GES dlya Zimnego Rezhima Ekspluatatsii: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. SPb: VNIIG im. B.E. Vedeneeva, 2013. (in Russian).
18. Veksler A.B., Genkin Z.A., Vasil'eva I.M. Usloviya Gidravlicheskogo Modelirovaniya Shugi pri ledotermicheskikh Issledovaniyakh Gidrotekhnicheskikh Sooruzheniy. Izvestiya VNIIG im. B.E. Vedeneeva. 1988;205:12—15. (in Russian).
19. Vatin N., Lavrov N., Shipilov A. The Water Intake Facility for Diversion HPPs in Winter Operation Conditions in an Urban Area. Procedia Eng. 2015;117;1:374—380.
20. Pat. № 123423 RF. Shugosbrosnoe Ustroystvo Vodozabornogo Sooruzheniya dlya Derivatsionnykh GES. N.P. Lavrov, A.V. Shipilov, G.I. Loginov. Byul. izobret. 2012;36. (in Russian).
---
For citation: Lavrov N.P., Loginov G.I., Shipilov A.V., Shestopalova T.A., Aristarkhova A.O., Matyukova A.E. Methods Recommended for Preventing River Drift and Sludge Ice from Getting into the Culverts of Diversion Power Plants. Bulletin of MPEI. 2019;5:45—52. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-5-45-52.
Опубликован
2019-09-30
Раздел
Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии (05.14.08)