专利名称：用于包括动力室的地下发电站的洞穴空气腔的制作方法
用于包括动力室的地下发电站的洞穴空气腔 技术领域一种开凿在岩石中的洞穴，位于动力室的上游的不远距离处，包 括多个体积元件，所述体积元件彼此之间独立，并具有任何体积形状， 在所述体积元件的内部包含压力作用下的空气或者任何气体，从而洞 穴被用作空气腔，目标是能够非常靠近放水路坑道的端部或者否则在 紧邻放水路坑道的出口的外部处构造动力室，并且能够获得涡轮发电 机的转速的非常良好的控制稳定性。
背景技术：
它包括洞穴，洞穴的内部被引入大量的球体，所述球体通常由橡 胶、聚亚安酯、或者聚合物、或者任何其它有抵抗力的并且可在压力的作用下膨胀的材料制成；密封；根据水锤作用计算等；或者洞穴内 部被引入任何体积元件，所述体积元件的材料会通过洞穴中它周围的水的压力作用而收缩或者膨胀。由于液压负荷而具有压力下的密封空气并且彼此之间独立的体积 元件的目的在于即使当岩石具有裂缝或者裂紋时，或者在地球运动 的事件中产生所述裂缝或者裂紋时，即使具有大开口裂缝外观，用于产生空气腔洞穴的空气将永远不会损失空气或者气体，这是因为体积 元素将制造成具有充分大的直径，比相当大的裂缝更大，并且另外考 虑这样的事实，即这些元件不会通过所述裂缝而离开，这是因为金属 网将设置在洞穴中，目的是如果裂缝具有大的尺寸防止所述元件离开 所述裂缝或者被捕获在裂缝的内部。这些元件，具有封闭的空气或者气体，无运动并且彼此独立，位 于洞穴的内部，通过来自它们周围的排出管道或者多个管道中的水的压力的作用，这些元件会收缩从而减小它们的体积。这些位于洞穴内部的元件，目的是防止地下发电站受到水锤作用，每当全甩负荷(load rejection)或者部分甩负荷时，产生所述水锤作 用。发明内容本发明、本专利申请的目的是一种洞穴，所述洞穴在它的内部包 括多个球形的或者任何其它体积形状的球，所述球由任意材料制成， 可膨胀，球之间独立，球具有处于压力作用下的空气或者任何其它气 体，作为一个元件使得洞穴作为空气腔而工作，目的是具有非常良好 的调节，因为洞穴建筑在动力室上游距离动力室不远距离处。当与发电站相连的电网需要负荷增加时，涡轮机通过控制器的作 用接纳更多的流动，并且这种流动必须通过邻近的源头提供，从而发 电站可以以满意的方式调节频率。因此，当电力需求的这种增加产生 时，并且因此更多的流动被接纳到涡轮机时，根据需求的增加，发电 站中的压力降低。因为在需求增加之前，所述球或者体积元件是收缩 的并且它们的尺寸稳定，所以它们将随着压力的降低而膨胀，因此由 于需求的这种改变需要向涡轮机提供其需要的水流。之后，在下一个 阶段，产生坑道中的压力增加并且因此产生腔室处的压力增加，使得 球收缩，从而吸收部分压力增加。然后，相同的循环再次发生，但是 因为水头损失，这次更加弱化。这种现象称为水力瞬变。当由于涡轮转速的快速停止(例如由于电能的切断)而发生全甩 负荷时，产生水锤作用，使得整个系统中的压力非常迅速地增大。在 那种情况中，所述球将在所述现象的第一阶段中收缩，并且吸收所述 压力升高的一部分。然后，接着发生压力的下降，从而球将因此膨胀。 所述循环将重复，但是因为水头损失的影响，它将随着时间更加弱化， 最终结束。因此，所述洞穴的目的还在于减轻水锤作用的影响。涉及这种洞穴的技术已经存在了很长时间，但是空气是在洞穴充 满水时通过大型压缩机在压力下被射入这种洞穴中的，直到被射入的 空气的体积达到根据水锤作用模拟的给定值，这样，洞穴中的水位没直到某一高度，使空气和水保持平衡。因此， 所述洞穴具有与上述相同的功能和作用。但是因为所述空气或者气体 与水接触并且在压力的作用下稀释，所以需要使用压缩机来射入损失 的空气。但是实际技术的很大不便在于围绕洞穴的岩石必须具有高的质 量，但是即使如此，在发电站启动之前需要利用"灌浆，，技术来密封岩 石的所有的裂紋和裂缝。这项工作非常繁重，并且非常类似于在许多 被设计和建造成具有用作空气腔的实际洞穴构造的发电站中的工作， 因为在其运行过程中，由于不可能准确地预测剩余的没有被密封的裂紋，或者由于许多原因而出现裂紋(例如地震、块石容纳等)，所以已 经损失比开始预期的空气更多的空气。产生了一个问题为何一些发电站建造成具有这种洞穴空气腔系 统？原因很简单并且下面将解释。
图1示出了地下发电站的示意图，所述地下发电站没有位于动力 室上游的洞穴，所迷动力室也在岩石中开凿、远离河流并在山的内部 深处。图2示出了具有发电站上游的空气腔的地下布局。 图3示出了尼泊尔的标准布局的发电站。 图4示出了甩负荷。调压罐处的水位。 图5示出了甩负荷。涡轮机处的压力。 图6示出了负栽导纳50%到100%。涡轮机处的压力。 图7示出了地下发电站。全甩负荷。涡轮机处的压力。 图8示出了地下发电站。全甩负荷。流过安全阀，所述阀的直径 为4.0米。图9示出了地下发电站。负栽导纳从50%到100%。涡轮机处的压力。
具体实施方式
因为如果水源和动力室之间的L较大(见图1)，控制问题较大，所以动力室设置在山的内部非常深的位置处。如果这个距离相当大，例如如果动力室靠近放水路坑道的出口，那么发电站将不能调节频率，并且结果它将不能运行。另一方面，管道L的横截面比放水路坑道的橫截面小很多，后者 从动力室开始并且在河流处(或者水被最终倾泻的位置处)结束，因 为这个管道中的速度大约为3到5米/秒，而在坑道中，速度较小，这 是由于所有的能量已经被消耗在涡轮机中，因此坑道中的流动没有受 到压力的作用，而是如同在开放通道中流动。由此可以推断，放水路 坑道的成本，除长度单位以外，比压力作用下的管道昂责许多。因此， 如果可以将动力室建造在放水路坑道的出口附近或者它的外部，可节省数百万美元，这是因为坑道具有数公里长的长度。但是为了实现这 种设置，岩石的质量必须非常高。这种理想的布局在图2中示出。因为在图2中所示的并且在前面段落中已经叙述的空气腔的空气 泄漏之前，获知岩石的准确特性具有很大的不确定性，所以许多应该 按照这个方案构造的地下发电站即使具有关于岩石质量的良好的条 件，也没有按照这种布置建造，而是按照图l所示的布置建造，这样 就放弃了数百万美元费用的节约，即使考虑"灌浆"、压缩机和从这些 压缩机产生的电能消耗的成本。通过本发明的目的的应用，总是可以在每个地下发电站中选择具 有独立的球的洞穴系统，在它们的内部具有压力作用下的空气或者气 体，这是因为空气不可能逸出，甚至在大的裂缝存在的情况下。正是 由于这个原因，这种提出的电站的方案或者布置甚至在劣质岩石的情 况中也可以采用。甚至，由于本发明，洞穴可以靠近洞穴出口开凿， 岩石在所述出口处总是比放水路坑道内部具有更差的质量，并且将动 力室露天建造，这就除了已经获得的成本节约之外的另外的大的节约。在这种情况中，假设动力室在外部，并且空气腔洞穴设置在坑道 内200米。在瞬态现象发生之前，洞穴在通过压力作用而收缩的球的 内部容纳150立方米的空气。对于全甩负荷，地下电站需要安全阀。图6示出了对于全甩负荷的涡轮机中的压力的变化，其中置入了直径4.0米的安全阀，其方式 使得过压等于在标准发电站(图5)中产生的压力。在图6、图7和图8中所示的仿真中，受到稳定流动的外部压力 的球内部的初始空气体积为300立方米。这种稳定流动压力为102 m。因此，在水力瞬态之前，球的内部 的空气总量必须是100m。显然，所迷球不必具有比在瞬态过程中的最小压力更大的内部压 力，根据图9，所述最小压力为54m。如果一个具有特殊制造的球例如具有80厘米的直径(Vo-0.268 m3)，具有54 m的压力(79 lb/in2)，当受到102 m的外部压力时，将 减小它的体积假设Hb = 10 m结果，所需要的球的总数为 = -^L = 1935* 2000 0.155在被引入洞穴之前，这2000个球占用的体积为「緣=0.268 * 2000 = 546m3因为集中在一起的许多球体的球之间的未占用空间系数接近 0.50,所以所述洞穴需要1070 1113的最小开凿体积。应当观察到，具有直径为20米的调压罐的发电站需要10500 m3 的最小开凿。这些值显示出本发明还可以代替调压罐，即使在具有导流隧道的 传统布局的水力发电站中，并且调压罐、引水道和动力室在露天。
权利要求
1. 一种用于包括动力室的地下发电站的洞穴空气腔，旨在解决由于压力的下降或者升高以及水锤现象造成的水力瞬变的问题，其特征在于，所述空气腔在邻近动力室的岩石中开凿，使减轻压力梯度的腔元件由多个囊形状的元件构成，所述囊具有根据发电站的流动压力而收缩或者膨胀的特性。
2. 如权利要求1所述的用于发电站的洞穴空气腔，其特征在于， Duch腔位于动力室的上游。
3. 如权利要求1或2所述的用于发电站的洞穴空气腔，其特征在 于，所述多个囊形状的元件是由可压缩或者可膨胀材料形成的固体容 积体。
4. 如权利要求3所述的用于发电站的洞穴空气腔，其特征在于， 所述固体容积体的嚢由诸如橡胶、聚亚安酯或类似物的弹性体材料形 成。
5. 如权利要求1或4所述的用于发电站的洞穴空气腔，其特征在 于，所述多个嚢形状的元件为中空容积体，在其内部具有压力气体。
6. 如权利要求5所述的用于地下发电站的洞穴空气腔，其特征在 于，所述袭的内部的压力气体为空气。
7. 如上述权利要求中任一项所述的用于发电站的洞穴空气腔，其 特征在于，所述多个嚢形状的元件具有任意体积形状，优选为球形。
8. 如权利要求7所述的用于发电站的洞穴空气腔，其特征在于， 所述多个嚢(12)形状的元件是特别制造的球。
9. 如上述权利要求中任一项所述的用于发电站的洞穴空气腔，其 特征在于，所述多个嚢形状的元件无运动，并且它们之间彼此独立地 浸入腔内部的水中，并受到与发电站的坑道相同的内部压力，所述液 压腔与该坑道连接。
全文摘要
一种开凿在岩石中的洞穴，位于地下发电站的动力室的上游的不远处，在它的内部包括许多球形的或者任何其它体积形状的囊，所述囊之间独立，并由可以膨胀或者收缩的材料(优选是聚合物、橡胶等)制成，在囊的内部具有任何的压力气体，优选是空气；因为在发电站的需求增加之前，它向动力室提供流动，目的是具有涡轮机旋转的良好控制稳定性，并且另外能够控制水锤作用，并且具有这样的特点，即空气将不能穿过洞穴周围的岩石中的裂纹或者裂缝逸出，这将使得不需要通过压缩机进行空气供应。
文档编号E02B9/00GK101240532SQ20071000543
公开日2008年8月13日 申请日期2007年2月8日 优先权日2007年2月8日
发明者费利佩·蒙萨尔韦·蒙萨尔韦, 路易斯·费尔南多·蒙萨尔韦·孔特雷拉斯 申请人:路易斯·费尔南多·蒙萨尔韦·孔特雷拉斯;费利佩·蒙萨尔韦·蒙萨尔韦