專利名稱：用于包括動力室的地下發電站的洞穴空氣腔的制作方法
用于包括動力室的地下發電站的洞穴空氣腔 技術領域一種開鑿在巖石中的洞穴，位于動力室的上游的不遠距離處，包 括多個體積元件，所述體積元件彼此之間獨立，并具有任何體積形狀， 在所述體積元件的內部包含壓力作用下的空氣或者任何氣體，從而洞 穴被用作空氣腔，目標是能夠非常靠近放水路坑道的端部或者否則在 緊鄰放水路坑道的出口的外部處構造動力室，并且能夠獲得渦輪發電 機的轉速的非常良好的控制穩定性。
背景技術：
它包括洞穴，洞穴的內部被引入大量的球體，所述球體通常由橡 膠、聚亞安酯、或者聚合物、或者任何其它有抵抗力的并且可在壓力的作用下膨脹的材料制成；密封；根據水錘作用計算等；或者洞穴內 部被引入任何體積元件，所述體積元件的材料會通過洞穴中它周圍的水的壓力作用而收縮或者膨脹。由于液壓負荷而具有壓力下的密封空氣并且彼此之間獨立的體積 元件的目的在于即使當巖石具有裂縫或者裂紋時，或者在地球運動 的事件中產生所述裂縫或者裂紋時，即使具有大開口裂縫外觀，用于產生空氣腔洞穴的空氣將永遠不會損失空氣或者氣體，這是因為體積 元素將制造成具有充分大的直徑，比相當大的裂縫更大，并且另外考 慮這樣的事實，即這些元件不會通過所述裂縫而離開，這是因為金屬 網將設置在洞穴中，目的是如果裂縫具有大的尺寸防止所述元件離開 所述裂縫或者被捕獲在裂縫的內部。這些元件，具有封閉的空氣或者氣體，無運動并且彼此獨立，位 于洞穴的內部，通過來自它們周圍的排出管道或者多個管道中的水的壓力的作用，這些元件會收縮從而減小它們的體積。這些位于洞穴內部的元件，目的是防止地下發電站受到水錘作用，每當全甩負荷(load rejection)或者部分甩負荷時，產生所述水錘作 用。發明內容本發明、本專利申請的目的是一種洞穴，所述洞穴在它的內部包 括多個球形的或者任何其它體積形狀的球，所述球由任意材料制成， 可膨脹，球之間獨立，球具有處于壓力作用下的空氣或者任何其它氣 體，作為一個元件使得洞穴作為空氣腔而工作，目的是具有非常良好 的調節，因為洞穴建筑在動力室上游距離動力室不遠距離處。當與發電站相連的電網需要負荷增加時，渦輪機通過控制器的作 用接納更多的流動，并且這種流動必須通過鄰近的源頭提供，從而發 電站可以以滿意的方式調節頻率。因此，當電力需求的這種增加產生 時，并且因此更多的流動被接納到渦輪機時，根據需求的增加，發電 站中的壓力降低。因為在需求增加之前，所述球或者體積元件是收縮 的并且它們的尺寸穩定，所以它們將隨著壓力的降低而膨脹，因此由 于需求的這種改變需要向渦輪機提供其需要的水流。之后，在下一個 階段，產生坑道中的壓力增加并且因此產生腔室處的壓力增加，使得 球收縮，從而吸收部分壓力增加。然后，相同的循環再次發生，但是 因為水頭損失，這次更加弱化。這種現象稱為水力瞬變。當由于渦輪轉速的快速停止(例如由于電能的切斷)而發生全甩 負荷時，產生水錘作用，使得整個系統中的壓力非常迅速地增大。在 那種情況中，所述球將在所述現象的第一階段中收縮，并且吸收所述 壓力升高的一部分。然后，接著發生壓力的下降，從而球將因此膨脹。 所述循環將重復，但是因為水頭損失的影響，它將隨著時間更加弱化， 最終結束。因此，所述洞穴的目的還在于減輕水錘作用的影響。涉及這種洞穴的技術已經存在了很長時間，但是空氣是在洞穴充 滿水時通過大型壓縮機在壓力下被射入這種洞穴中的，直到被射入的 空氣的體積達到根據水錘作用模擬的給定值，這樣，洞穴中的水位沒直到某一高度，使空氣和水保持平衡。因此， 所述洞穴具有與上述相同的功能和作用。但是因為所述空氣或者氣體 與水接觸并且在壓力的作用下稀釋，所以需要使用壓縮機來射入損失 的空氣。但是實際技術的很大不便在于圍繞洞穴的巖石必須具有高的質 量，但是即使如此，在發電站啟動之前需要利用"灌漿，，技術來密封巖 石的所有的裂紋和裂縫。這項工作非常繁重，并且非常類似于在許多 被設計和建造成具有用作空氣腔的實際洞穴構造的發電站中的工作， 因為在其運行過程中，由于不可能準確地預測剩余的沒有被密封的裂紋，或者由于許多原因而出現裂紋(例如地震、塊石容納等)，所以已 經損失比開始預期的空氣更多的空氣。產生了一個問題為何一些發電站建造成具有這種洞穴空氣腔系 統？原因很簡單并且下面將解釋。


圖1示出了地下發電站的示意圖，所述地下發電站沒有位于動力 室上游的洞穴，所迷動力室也在巖石中開鑿、遠離河流并在山的內部 深處。圖2示出了具有發電站上游的空氣腔的地下布局。 圖3示出了尼泊爾的標準布局的發電站。 圖4示出了甩負荷。調壓罐處的水位。 圖5示出了甩負荷。渦輪機處的壓力。 圖6示出了負栽導納50%到100%。渦輪機處的壓力。 圖7示出了地下發電站。全甩負荷。渦輪機處的壓力。 圖8示出了地下發電站。全甩負荷。流過安全閥，所述閥的直徑 為4.0米。圖9示出了地下發電站。負栽導納從50%到100%。渦輪機處的壓力。
具體實施方式
因為如果水源和動力室之間的L較大(見圖1)，控制問題較大，所以動力室設置在山的內部非常深的位置處。如果這個距離相當大，例如如果動力室靠近放水路坑道的出口，那么發電站將不能調節頻率，并且結果它將不能運行。另一方面，管道L的橫截面比放水路坑道的橫截面小很多，后者 從動力室開始并且在河流處(或者水被最終傾瀉的位置處)結束，因 為這個管道中的速度大約為3到5米/秒，而在坑道中，速度較小，這 是由于所有的能量已經被消耗在渦輪機中，因此坑道中的流動沒有受 到壓力的作用，而是如同在開放通道中流動。由此可以推斷，放水路 坑道的成本，除長度單位以外，比壓力作用下的管道昂責許多。因此， 如果可以將動力室建造在放水路坑道的出口附近或者它的外部，可節省數百萬美元，這是因為坑道具有數公里長的長度。但是為了實現這 種設置，巖石的質量必須非常高。這種理想的布局在圖2中示出。因為在圖2中所示的并且在前面段落中已經敘述的空氣腔的空氣 泄漏之前，獲知巖石的準確特性具有很大的不確定性，所以許多應該 按照這個方案構造的地下發電站即使具有關于巖石質量的良好的條 件，也沒有按照這種布置建造，而是按照圖l所示的布置建造，這樣 就放棄了數百萬美元費用的節約，即使考慮"灌漿"、壓縮機和從這些 壓縮機產生的電能消耗的成本。通過本發明的目的的應用，總是可以在每個地下發電站中選擇具 有獨立的球的洞穴系統，在它們的內部具有壓力作用下的空氣或者氣 體，這是因為空氣不可能逸出，甚至在大的裂縫存在的情況下。正是 由于這個原因，這種提出的電站的方案或者布置甚至在劣質巖石的情 況中也可以采用。甚至，由于本發明，洞穴可以靠近洞穴出口開鑿， 巖石在所述出口處總是比放水路坑道內部具有更差的質量，并且將動 力室露天建造，這就除了已經獲得的成本節約之外的另外的大的節約。在這種情況中，假設動力室在外部，并且空氣腔洞穴設置在坑道 內200米。在瞬態現象發生之前，洞穴在通過壓力作用而收縮的球的 內部容納150立方米的空氣。對于全甩負荷，地下電站需要安全閥。圖6示出了對于全甩負荷的渦輪機中的壓力的變化，其中置入了直徑4.0米的安全閥，其方式 使得過壓等于在標準發電站(圖5)中產生的壓力。在圖6、圖7和圖8中所示的仿真中，受到穩定流動的外部壓力 的球內部的初始空氣體積為300立方米。這種穩定流動壓力為102 m。因此，在水力瞬態之前，球的內部 的空氣總量必須是100m。顯然，所迷球不必具有比在瞬態過程中的最小壓力更大的內部壓 力，根據圖9，所述最小壓力為54m。如果一個具有特殊制造的球例如具有80厘米的直徑(Vo-0.268 m3)，具有54 m的壓力(79 lb/in2)，當受到102 m的外部壓力時，將 減小它的體積假設Hb = 10 m結果，所需要的球的總數為 = -^L = 1935* 2000 0.155在被引入洞穴之前，這2000個球占用的體積為「緣=0.268 * 2000 = 546m3因為集中在一起的許多球體的球之間的未占用空間系數接近 0.50,所以所述洞穴需要1070 1113的最小開鑿體積。應當觀察到，具有直徑為20米的調壓罐的發電站需要10500 m3 的最小開鑿。這些值顯示出本發明還可以代替調壓罐，即使在具有導流隧道的 傳統布局的水力發電站中，并且調壓罐、引水道和動力室在露天。
權利要求
1. 一種用于包括動力室的地下發電站的洞穴空氣腔，旨在解決由于壓力的下降或者升高以及水錘現象造成的水力瞬變的問題，其特征在于，所述空氣腔在鄰近動力室的巖石中開鑿，使減輕壓力梯度的腔元件由多個囊形狀的元件構成，所述囊具有根據發電站的流動壓力而收縮或者膨脹的特性。
2. 如權利要求1所述的用于發電站的洞穴空氣腔，其特征在于， Duch腔位于動力室的上游。
3. 如權利要求1或2所述的用于發電站的洞穴空氣腔，其特征在 于，所述多個囊形狀的元件是由可壓縮或者可膨脹材料形成的固體容 積體。
4. 如權利要求3所述的用于發電站的洞穴空氣腔，其特征在于， 所述固體容積體的嚢由諸如橡膠、聚亞安酯或類似物的彈性體材料形 成。
5. 如權利要求1或4所述的用于發電站的洞穴空氣腔，其特征在 于，所述多個嚢形狀的元件為中空容積體，在其內部具有壓力氣體。
6. 如權利要求5所述的用于地下發電站的洞穴空氣腔，其特征在 于，所述襲的內部的壓力氣體為空氣。
7. 如上述權利要求中任一項所述的用于發電站的洞穴空氣腔，其 特征在于，所述多個嚢形狀的元件具有任意體積形狀，優選為球形。
8. 如權利要求7所述的用于發電站的洞穴空氣腔，其特征在于， 所述多個嚢(12)形狀的元件是特別制造的球。
9. 如上述權利要求中任一項所述的用于發電站的洞穴空氣腔，其 特征在于，所述多個嚢形狀的元件無運動，并且它們之間彼此獨立地 浸入腔內部的水中，并受到與發電站的坑道相同的內部壓力，所述液 壓腔與該坑道連接。
全文摘要
一種開鑿在巖石中的洞穴，位于地下發電站的動力室的上游的不遠處，在它的內部包括許多球形的或者任何其它體積形狀的囊，所述囊之間獨立，并由可以膨脹或者收縮的材料(優選是聚合物、橡膠等)制成，在囊的內部具有任何的壓力氣體，優選是空氣；因為在發電站的需求增加之前，它向動力室提供流動，目的是具有渦輪機旋轉的良好控制穩定性，并且另外能夠控制水錘作用，并且具有這樣的特點，即空氣將不能穿過洞穴周圍的巖石中的裂紋或者裂縫逸出，這將使得不需要通過壓縮機進行空氣供應。
文檔編號E02B9/00GK101240532SQ20071000543
公開日2008年8月13日 申請日期2007年2月8日 優先權日2007年2月8日
發明者費利佩·蒙薩爾韋·蒙薩爾韋, 路易斯·費爾南多·蒙薩爾韋·孔特雷拉斯 申請人:路易斯·費爾南多·蒙薩爾韋·孔特雷拉斯;費利佩·蒙薩爾韋·蒙薩爾韋