Methods Recommended for Preventing River Drift and Sludge Ice from Getting into the Culverts of Diversion Power Plants
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2019-5-45-52Keywords:
river drifts, water intake structure, diversion canal, flow circulation, layout of structures, physical modeling, velocity distribution, diagram of regimes, improvement of structuresAbstract
The article discusses methods for preventing river drift from getting into the diversion canals of hydroelectric power plants (HPPs). The considered methods imply the use of a curvilinear intake channel, within which longitudinal-transverse circulation occurs, during the high-water period, and the use of drift protection thresholds for setting up artificial circulation during the period of low water level. The river flow hydromorphometric characteristics in the river bed curvilinear part were analyzed, as a result of which empirical dependencies for determining the water intake location and for calculating the intake stream canal straight section length have been obtained. A system of discharge balance equations in the section of the river hydroelectric power plant’s dike structure is given. Based on experimental investigation results, three water intake layout arrangements for mountain rivers are recommended.
A method for protecting the diversion canal from sludge ice is suggested. According to this method, in the winter season water is taken from the stream lower layers, and sludge and ice are dumped into the hydroelectric complex tail race by means of special sludge dumping devices. The problem of modeling spatial turbulent fluid flow within the water intake structure head race for diversion power plants (DPP WIS) is solved using the FLOW 3D software package. The velocity distribution patterns along the flushing path axis for favorable and unfavorable sludge passage conditions are given. The diagram of water intake structure flushing path regimes for diversion power plants has been drawn.
The obtained investigation results can be used in the design, construction, and operation of the water intake structures of diversion power plants in mountain and piedmont areas.
References
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.
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.
Downloads
Published
2019-09-30
Issue
Section
Renewable Energy Installations (05.14.08)
