ГОСЭКЗАМЕН Шпаргалка (ИВЭ)

1. Схемы реактивн. гориз. гидроагрегатов; основные эл-ты; области применения. Капсульные агр-ты – применяются при H=3÷25. Конструкция: для гор-х турбин всех типов max D₁=10, min D₁=3,55 (освоены гор-е капсульные турбины с max D₁=7,5). Число лопаток НА z₀=16÷24 (растет с D₁). Число лопастей РК z₁=3÷5 (растет с Н). Очертание подводящей камеры, конфигурация ОТ, их размеры уточняются по усл-ям компоновки зд. ГЭС: B=(1,9÷2,25)D₁, h=(1,9÷2,25)D₁, D_К=(1,1÷1,2)D₁, L_ОТ=(4÷5)D₁, B_ВЫХ ≤ B (B_ВЫХ – кругл. прямоугольн. (+ со скругл. углами) формы); β=13÷15°. При D₁>6 – опорный бычок под капсулой; при D₁≤6 – распорные колонны и растяжки. Преимущества: 1) поток по длине всего тракта имеет min-е повороты и прямоосное движение без поворота в ОТ → снижение гидравл. потерь и увелич. КПД, особенно на больших Q, → N на 20-35% больше по сравн. с верт. агр-ми того же D₁; 2) бóльшая пропуск. способ-ть по сравнен. с вертик. агр-ми за счет спрямления водного тракта позволяет сократить разм. блока зд. ГЭС и упростить его формы; 3) возможность совмещения с донным водосливом → сниж. капвлож. и продолж-ть. стр-ва. Недостатки: 1) большие радиальные нагрузки, особенно на турбин. подшипник из-за консольного размещения РК → по возмож-ти приблизить центр тяж-ти РК к подшипнику; 2) при низком Н частота вращ. небольш., что треб. увелич. Ø ротора и размеров капсулы, что приводит к сниж. КПД → между валами турбины и генератора устанавливают мультипликатор, повышающ. част. вращения ротора в 5÷10 раз, однако мультипликатор – сложный и дорогой элемент и используется при передачи сравнительно небольших мощностей (каскад на р. Мозель (Герм.) N=4 МВт; Кислогубская приливная ГЭС – опыт. агр-т N=400кВт). Установлены: Киевская, Каневская, Череповецкая, Перепадные на р. Ингури, 2 опыт-х агр-та на Саратовской (N=45МВт, Н_Р=10, D₁=7,5), ГЭС Дженпег (Канада), Клостерфосс (Норвегия). Прямоточные агр-ты – ротор генератора насажен на обод осевого РК (т.е. периферийные кромки РК). В 1953 г. установлены на Орточальской ГЭС, демонтированы из-за попадания влаги в генератор. «Страффло» – с уплотнениями между наружным кольцом РК и ободом генератора. Достоинства: 1) малый Ø капсулы D_К=(0,5÷0,8)D₁ и снижение длины агр-та → снижение ст-ти по сравнению с капсульными при тех же напоре и мощности; 2) увелич-ся Ø ротора → маховый момент, что благопр-но сказ-ся на протекании переход. процессов и динамич. устойч-ти агр-та. Недостатки: пропеллерное РК, что искл-ет использ-е агр-та в кач-ве обратимого, т.к. для насосн. режима треб-ся др. угол установки лопастей. Примен-е: ПЭС, низконапор. ГЭС, ГАЭС.

2. Напорные водоприемнаки: типы; основное оборуд-е; гидравлический расчет. Водоприемники – головн. часть проточ. тракта ГЭС, служ-я для непосредств. приема воды из вдхр-ща, водотока, бассейна. Должны обеспеч. поступл-е необход. расх. воды в водоводы, прекращ поступ-я воды во врем осмотра, ремонта или в случае аварии, защиту проточ тракта от донных наносов, плавающ. тел, крупн. сора, шуги и льда. Очертания водопр-ка долж. обеспеч-ть плавный вход воды в водоводы и создавать min потери. Напорн. водопр-ки – примен. в усл-х значит. колеб. воды в ВБ во всех схемах ГЭС и ГАЭС (кроме дерив с низконапорн. голов узлами). Типы: 1) Плотинные – размещены в теле бет. или ж/б плотины или примыкают к ее напорн. грани. Примен. главн. образ. в приплот. зд-х (в приплот. зд-х, располож-х непоср. за плотиной – упрощает компоновку, сокр. длину турб. водоводов, сниж. ст-ть ГУ), иногда – в деривац. станц-х с регулир вдхр-ми (исп-ся, когда применение др. типов затруд-но или нецелесообразно по экономич., геологич., топогр. усл-ям – по ТЭС). а) в теле гравит. плотины (рис. справа): 1- СУР, 2- забрал стенка, 3- паз основн. рем. затвора (регулир-е козлов. краном), 4- паз авар.-рем. затвора (регулир-ся гидроподъём-м 6), 5- промеж. стенка, 7- аэрационная труба, 8- обводная труба (байпас), 9- кран. СУР бывают съемные, стационарные. очищаемые или неочищаемые; полуциркульная форма – уменьшение скорости или высоты; б) в теле ароч. и ароч.-грав. плотины (рис. слева): водопр-ки располаг. на вынесен-х в ВБ консолях чтобы не ослаблять тело плотины; обычно имеют большое заглубление, оборуд-ся неочищ. СУР и плоск. рем. затворами. Авар.-рем. затворы размещ. в зд. ГЭС перед турб. камерами; в) в теле контрофорс. плотины (рис. справа): в основном незнач. Заглубл. под УСВ, оборуд-ся СУР и рем. затворами, пазы котор. устраив-ся в бычках, располож-х над контрофорсами; для уменьш. Выс. СУР устраив-тся верт. ж/б стенка, на котор. опир-ся СУР. Авар.-рем. затворы устанавл-ся на станц-х водоводах ниже водопр-ка. 2) Береговые – ж/б констр-я, примыкающая к берег. откосу, в котор. размещ. все оборуд-е. Примен. в деривац. ст-ях, а также в приплот. при благоприят. геологич. и топогр. усл-ях. Когда разм-е всего оборуд-я в одной констр-и неэконом-но (больш. колеб. ВБ, пологие или крут. Берега → треб. больш. объемы скальн. и бет. работ) – примен водопр-ки с шахтами: на берег. откосе устр-ся входной конфузорный уч-к с СУР, з-ры разм-ся в шахте или спец. помещ-и, котор. соед-ся с входным уч-ком коротк. напорн. штольней (примен в деривац ст-ях при хороших ск. породах). Шахты – сухие (рис.) и мокрые. Иногда устр-ся промеж. бычок: затвор разбивается на два → снижается грузоподъемность крана. При большой сработке вдхр-ща вместо шахты иногда делается подзем. выработка. 3) Башенные – отдельно стоящие башни с водоприемн. отверст-ми по всему периметру или на большей его части. Располаг. на склонах берегов или перед плотинами. Примен., когда устр-во берегового затруд-но или нецелесообразно по эконом., геологич., топограф. усл-ям или если после заполнения вдхр-ща возможны оползни; широко примен. в ГЭС с грунт. плот., в приплот-х зд. ГЭС с ароч. плотинами. В сейсм. районах высота башни сильно огранич., т.к. трудно обеспечить уст-ть, приходится делать верх ниже НПУ. Плюсы: 1) меньшая подрезка склона (чем у берегового); 2) свобода компоновки ГУ (ось водовода не зависит от расположения отверстий); 3) отверстия (6-12) можно располаг. на нескольк. ярусах (при значит. кол-ве наносов, при больш. объемах вдхр – начало эксплуатации до наполнения). СУР м/б стационар. или съемные в 1 или 2 ряда (мелк. или груб. решётка). Форма в плане: цилиндрическая с забором по всему периметру (рис. слева), прямоугольная с одностор. входом (прим-ся в приплотинных ГЭС с относит. больших расх. при объединении водоприёмника отдельно от водоводов) (рис. справа). Оборуд-е: в приплот. зд. ГЭС с коротк. водовод. и затворами перед турб. кам. – в водопр-ке только рем. затворы, а в схемах с длинными водовод. еще и авар.-рем. затворы. Плоск. авар.-рем. затворы прим-ся при одностор. входе и бок. отводе водовода. При располож. отв-тий по периметру и вертик. оси входного участка водовода предпочт. установка уравновеш. цилиндр. мет. или ж/б затворов. Плоск рем. загражд. СУР ставятся на кажд. отверстие. Гидравл. расчёт водопр-в: 1) Заглубление: отверстия располаг. выше расчётного ур. заиления (min на 3-5 м) и ниже УСВ (исключение образов-я воронок, учет льда и засор-ти потока: min – 3 скор. напора, 0,5-2 м). Допустим. скорость на СУР: 1-1,2 м/с (очищаем.); 0,25-0,5 м/с (неочищаем.). 2) Очертания: угол конфузор-ти вхон. уч-ка 15-35° – опр-ся соотнош-ем скор. на реш. и в водоводе и констр. самого уч-ка. Для насосн. режима ГАЭС при наличии колена – до 33-35° (т.к. поток отжимается к потолку); для уменьш потерь – между коленом и диффузор. участком – прямоосная вставка (1,5÷2,5)d_В. Потери min при эллептич. очертании порога и потолка: x²/a²_ВХ + y²/((1-ε)²a²_ВХ)=1 (ε – к-т сж-я потока). Расст-е между соседн. пазами оказ-ет влияние на потери: min потери при l_МП=1,5l_П; также следует смещать вых. кромку в глубь паза на δ=l_Пtg(5-6°). 3) Потери напора: полные потери склад-ся из мест-х и на тр-е по длине: h_ПОТ=^∑ζ_МЕСТv²/2^g. Условно предполаг-ся, что потери в последующих эл-тах не завис. от предидущих: ζ_МЕСТ=ζ_ТАБЛ(F_ВОД/F_МЕСТ)², а их сумма приним-ся за к-т сопр-я водопр-ка. (погреш. на засор-х СУР; дла насосн. режима ГАЭС при наличии колена). Для башен. водопр. с забором по периметру к-т потерь опр-ся по экспериментальной ф-ле. К-т потерь на СУР при фронт. подходе потока: ζ_РЕШ=ζ_С+ζ_К, где ζ_С, ζ_К – соотв-но к-ты потерь стержней и каркаса реш-ки. Стержни решётки м/б прямоугольной или клиновид. формы со скругл. вход. кромками.

3. Схемы ковшовых турбин; осн. эл-ты; способы управления расходом; конструктивные варианты. Ковш. турбины – турбины Пельтона «свободноструйные» – высоконапорные 400-600 м. Конструкция и размеры: 1) по положению вала: горизонтальные (1-, 2-х сопловые), вертикальные (2-х, 4-х, 6-и, 8-и сопловые; 2) по конструкции РК: цельнолитое, разъемное, сварно-литые. Лопасти РК работают в условиях резко переменной нагрузки, которая вызывает усталостные явления в металле и способствует расшатыванию креплений. Регулир-е ковшовых турбин. Вода подводится по напорным водоводам, на кот. влияют нагр-ки от большого Г.У. при быстром закрытии сопла и уменьшении расхода, поэтому – большое время закрытия иглы Т_ИГЛЫ (до 60 с). Быстро снизить мощность без закрытия сопла (снижения расхода) можно с помощью дефлектора – отклонителя, отсекателя, распылителя: Т_ДЕФ = 2÷3 с.

4. Отстойники ГЭС: условия применения; схемы работы; опред-е основн. разм. Отстойники – б/н сооруж-я, предотвращ. попадание значит. массы взв. наносов в дерив. водовод и турб. ГЭС в деривац. схемах, со значительно увелич. разм-ми жив. сечения по сравн. с дерив-ей. Вода в отст-ке движ-ся с небольшими скор. (0,2-0,5 м/с), что привод. к осаждению взвешен. фракций. Осевшие наносы удаляются периодич. или непрерывно. Обоснование применения: затраты на строит-во отст-ка могут составить до 25% от капвложений в соор-я ГЭС → строит-во отст-ка обосновывыв-ся ТЭР. Сооруж-е отст-ка предусматр-ся при содерж. в потоке свыше 0,5 кг/м³ наносов (мутность ρ≥0,5 кг/м³) или при кол-ве опас-х фракций (d≥0,2 мм) свыше 0,2 кг/м³. Наносы распр-ся в потоке в отст-ке неравномерно: большая часть – в нижн. слоях, при этом разм. частиц также увел-ся ко дну. Осредн. траектория движ-я наносов близка к кривой, при этом чем больше гидравл. круп-ть w частиц (при V=const), тем меньше длина пути, на котор. они опуск-ся на дно с той же высоты. Неблагопр. возд. на осажд-е частиц оказыв. пульсацион. составляющие скор-й, которые уменьш. скор. опуск-я w и увелич. длину осажд., а → длину отст-ка. По длине мутность уменьш-ся. В выходной части отст-ка во взв. сост. наход-ся наносы, не выпавшие в отст-ке, их кол-во пр-ся трансп-й способ потока, они поступают в водоводы, а затем в турбины. Кол-во вынесен-х из отст-ка наносов, в том числе фракций, опасн. для турбин, опр-ся расчетом. По харак-ру работы: периодические, непрерывн. По способу удаления наносов: гидравлический промыв, механич. или гидромех. промыв, комбинир. способ. С камерами периодич. действия – наносы постеп. заполн. мёртв. объём камеры (25%∙h_ПОЛН), при этом скорости увелич-ся; когда они достиг. знач., при кот. возмож. вынос опасн. фракций в дерив-ю, камеры поочередно, по мере заиления, отключ. от деривации и произв-ся удал-е наносов. Число камер 2-6. Гидравлический промыв: 1) закрыв-ся входной и выходной затворы; 2) откр-ся затвор промывной галереи и камера опорож-ся; 3) приподним. затвор на входн. пороге и струя воды из-под него смывает наносы через промыв устр-ва в русло реки. После промыва затвор промывной галереи закрыв. и камера включается в работу. Уклон камеры i=0,02÷0,05; промыв галереи – в выходн. пороге, но м/б и в входн. пороге по условиям компоновки. С камерами непрерывного действия – удаление наносов произв-ся без откл-я камер от деривации. М/б однокамер. и многокамер. Примен-ся при малых напорах. Гидравлич. промыв: в средней части устр-ся сборно-промывная галерея небольшого сечения, сверху перекрытая спец. решёткой (расст-е между стержнями переменно для обеспечения равномерного поступления расхода). Наносы поступают через просветы в галерею и через промывную галерею (в выходном пороге), отвод-ся в русло реки. При непрерыв. гидравлич. промыве большой напор не требуется. Гидромеханический промыв (рис. слева): с помощью землесосов насосного типа, установлен. на подвижн. ферме; землесосов сифон-го типа; плавающих земснарядов. Плюсы: 1) не треб-ся промывные галереи; 2) облицовка стенок и дна более простая. Расчет отст-ка период действ. Осн. задача – опред-е разм. рабочей части камер (глубины, ширины, длины). Глубина и ширина: Площадь живого сеч-я: C_КАМB_КАМh₀=Q/V , где с – кол-во камер, h₀ – наивыгоднейшая расч. глуб. (от 3÷5 до 6÷8 м), V – скор. потока (0,2-0,5 м/с). Длина: Раб длина камер д/б достаточн. для выпадения наиболее мелких, но еще опасных для турбин частиц, наход-ся у пов-ти воды в нач рабочей части отст-ка. Считаем, что i=0 и МО полн. занесен наносами. Тогда время выпадения: T₀=h₀/w , а длина l=T₀V=Vh₀/w; с учетом турбулентности: l_КАМ=kh₀V/w, k=1,3÷2.(Егизаров предлож. учит. турбул-ть вводом верт. состав-й, направ-ой вверх: V_ТУР=V/n, n=f(h₀)=5÷28; тогда w’=w-V/n. Губин предлож. опр-ть длину ∆l_КАМ послойно (для кажд слоя потока толщ. 1м) по V и n. Полная глуб, как сумма ∆l_КАМ.) Опр-е длины с использ. теор. вероят-ти: метод основан на физич. сущ процесса, позволяет. учит. реальн. распред наносов по глуб. при известном з-не распред. наносов на дне. Исх. дан: раб. расх Q, мутность ρ, фракц. состав взв. наносов, уклон i, d_ОПАС≥0,25 мм, распред наносов по глуб. в нач. створе, разность ур-ней ВБ и НБ. Расчет ведется на осаждение опасных фракций. Опред. гидравл круп. опас. фр-ций w. Опр-ся необход обеспеч осажд наносов: P_ТРЕБ=((ρ_ФАКТ – ρ_ТРЕБ)/ρ_ФАКТ)100, ρ_ТРЕБ=0,2 кг/м³. Раб. глуб h₀ разбив-ся на n слоев толщиной ∆h; приним, что в нач створе все частицы кажд слоя сосред-ны на верхн. его границе. Опр-ся кол-во (масса) наносов отдельн. опас фракций, поступ-х в сек в кажд элемент. слой в соотв с их распред-ем. Зад-ся скор v и различн. отнош l_i/h₀: 1) для кажд элем слоя и кажд фракц наносов опр-ют отнош l_i /a_{i J}; 2) по гр-ку для P_W=f( l_i /a_{i J}) опр-ся обеспеч-ти P_W осаждения кажд фракции из кажд элементарн. слоя; 3) по знач P_W и кол-ву поступ наносов G_ПОСТ в кажд слое опр-ся кол-во осевш наносов из кажд слоя q^ОСЕВШ; 4) опр-ся кол-во осевш наносов кажд фракции G_ОСЕВШ и общ кол-во осевш наносов ^∑G_ОСЕВШ (для кажд отнош l_i/h₀); 5) стр-ся гр-к P=f(l_i/h₀), по кот для треб обеспеч-ти Р_ТРЕБ опр-ся отнош l_КАМ/h₀, обеспеч-е осаждение необходимого кол-ва опас наносов при заданой скор V. Т.к. длина отст-ка завис от скор, расчет провод и для др скор-й: для кажд V наход-ся отнош l_КАМ/h₀ , соотв-е обеспеч-ти Р_ТРЕБ. Это позвол построить кривую l_КАМ/h₀=f(V), кот и исп-ся для опр-я размеров камеры: принимаем h₀ , опр-ем l_КАМ. Число камер: для обеспеч равномер распред скор-й по ширине: B_КАМ=Q/(c_РАБh₀V)≤l_КАМ/3 → c_РАБ≥3Q/(l_КАМh₀V); c_ФАКТ=c_РАБ+1 – для отст-ков периодит. дейст. Время заполнения и промыва МО: опр-ся частота циклов промывки камер. Т_ЗАП=((W_МОρ_MO)/G_ОСЕВШ)1000, где W_МО=c_РАБ∙ ∙h_МОl_КАМВ_КАМ, ρ_МО=1,6 кг/м³ Должно вып-ся усл-е: Т_ЗАП>с_РАБТ_ПР, где Т_ПР – полная продолж удаления наносов из одной камеры. Т_ПР включает в себя Т_СМ – время смытия наносов, вр маневр з-рами и вр опорожн и наполн камеры. Т_СМ опр-ся расчетом и недолжно превыш 0,5 ч, а Т_ПР одной камеры: Т_ПР=(1,5÷2)∙Т_СМ . Для опр-я Т_СМ задаются расч промыв расх Q_ПР (>0,3Q_ОТСТ); находят удельн. промыв расход: q_ПР=Q_ПР/В; глубина промыв потока: h_ПР=(q_ПРn/√i₀)^3/5; промывная скор: V_ПР=q_ПР/h_ПР; процент содерж в промыв потоке наносов: р_ПР=(V_ПР/w_ПР)⁴ (d_ПР/h_ПР)², где d_ПР и w_ПР – Ø и гидрав круп подлеж промыву частиц, мельче кот в отлож содерж 75% частиц. Опред. Т_СМ и Т_ПР: Т_СМ=1,2(ρ_MOW_МО)/( р_ПР Q_ПР)100 , 1,2 – к-т запаса. Если Т_ЗАП>с_РАБТ_ПР не выполн-ся, то увелич уклон дна камеры или увелич, если доп-мо, Q_ПР, и повтор расчет. Промыв устр-ва отст-ков период действ работают в б/н реж → отм ур-ня воды в конц сеч промыв устр-ва д/б не ниже отм воды в реке при пропуске паводка: h_ПОЛН+i₀l _КАМ ≤ z+h_ПР -^∑h_ПОТ , где ^∑h_ПОТ – сумма потерь в промывном тракте.

Расчет отст-ка непрерывн. действ. Через нач сеч камеры проход суммар расх Q+Q_ПР. Пром расх равномер по длине поступает в сборно-промыв галерею, поэтому в камере получ-ся сложное движение: гориз скор убывает и появл возраст верт скор. Общ метода опр-я длины с учетом этого нет. Но с достаточ точностью можно произвести расчет как для отст-ка период дейст-я, за искл след-го: вместо скор V представ-ся средн. гор-я скор V_СР.ГОР=(V_НАЧ+V_КОН)/2 (при входе в отст-к скор опр суммар расх, а при выходе – только расх камеры), гидравл круп w увелич на верт состав-ю скор-ти: w’=w+V_{СР.ВЕРТ}, вместо a=hV/w подставл-ся a=hV_СР.ГОР/(w+V_{СР.ВЕРТ}), V_{СР.ВЕРТ}=kQ_ПР/(h₀Bv_НАЧ/w_MIN) , k=0,9.

5. Понятие о режиме работы турбины; треуг-ки скоростей. Поток, создаваемый НА реактив турбин. В реакт турб-х поток, поступ на РК, форм-ся НА, представлящем собой круговую решетку лопаток. Хар-ные показ-ли круг-ой реш-ки: форма лопаток и густота реш-ки. Профиль: симметр (когда ср лин прям), и несимметр (когда ср лин искревлена). Показатель густоты L/t – длина профиля/шаг решетки – L/t>1(=1,1). Т.о. НА представ собой густую решетку. При выходе на D₀₂ направление скор-й v₀ близко к направл-ю выходн кромок лопаток: α₀=α_НА. Вектора. Вектор v₀ в НА можно представить как: v₀=v_0R+v_0U, где v_0R – радиал-ая компонента, v_0U – окруж-ая. V_0R=Q/πD₀b₀; v₀=v_0R/sinα₀; v_0U=v₀cosα₀. Т.к. v_0U≠0, то поток за НА закручен относ-но оси 0. Закруч-ть потока опр-ся циркуляцией Г=∫v cos(v;dS)dS, ^[м²/с^], где S – замкнутый контур внутри потока; (v;dS)=α – угол между v и dS. Для осред-го потока за НА на выход-м D₀₂: Г₀=πD₀₂v₀cosα₀ → НА создает циркуляцию потока Г₀. В предколесном пространстве поток движ-ся своб-но по траектории ab. Выделим из этой траектории элементар массу m на радиусе r и применим з-н о моменте кол-ва движ-я: d(mv_Ur)₀/dt=^∑M₀. Силы давления радиал направ-я (P_R, P_R+∆P_R) момента не образуют; давления на торцевые пов-ти P_U равны и недают момента отнтс оси 0. Пренебрегаем каст-ми усил-ми от трения трения жид-ти. В итоге: ^∑M₀=0 → d(mv_Ur)₀/dt=0 → mv_Ur=const → v_Ur=const – з-н постоянства момента скорости – определяет усл-я свобод движ-я ж-ти → по мере приближ-я к оси 0 окруж-я состав-я скор-ти возрастает: v_U=v_0U(0,5D₀₂/r), т.е. эпюра v_U=f(r) – гипербола. Т.к. Г=2πrv_U, то Г=Г₀=const – в пространстве между НА и РК циркуляция, созданная НА, сохраняется. Кинематика потока в РК реактив турбин. Преобраз-е энерг ж-ти в мех энерг на валу осущ-ся в РК за счет взаимодействия потока с лопастями РК, представ-го собой вращ-ся решетку профилей. Движ-е ж-ти сложное, состоит из относ-ого и перенос-го: v=w+u. Соотнош-я между векторами v, w, u опр-ся треуг-м или параллелогр-м скор-й. Рассмотрим поток в РК РО-турбины. На меридианное сеч снесены все точки входн. кромки лопастей (1) и т-ки вых кромки (2). Поток, выходящий из НА, раздел-м на неск равных слоев и праекторию кажд слоя в РК нанесем на меридиан пл-ть, получим крив линии, причем пов-ть вращ кажд линии представ собой поверхности тока, т.е. пов-ти, кот не пересек-ся движущейся жид-ю – движ-е представл-ся слоистым. Отобразим сеч-е лопастей РК средней поверх-ю тока pk на гор-ю пл-ть так, чтобы сохран-сь факт-е знач углов. Направл-е лопастей в дан-ой т-ке опр-ся углом δ между кас к ср лин профиля лопасти, провед-ой в сторону, противополож вращ РК, и окр-ю с центром на оси вращ. Условия работы турбины (режим) задаются 2-мя парам-ми: Q и n. При зад-х разм-х РК это дает возмож-ть опр-ть компоненты параллелограмов скор-й. Перенос окруж скор: u=πDn/60. Проекция вектора абс скор-ти на меридиан пл-ть – v_m≈Q/F_i , где F_i – суммар площадь потока в РК, норм к пов-тям тока. Во вход сеч (1): v_1m=Q/πD_1P b_P. Окруж состав-я зависит от усл-й выхода потока из НА: v_1U=v_0U(D₀₂/D_1P). Абс скор на входе в РК: v₁=v_1m+v_1U. Зная v₁ и u₁=πD_1Pn/60 строим параллелогр скор-й и опр-ем w₁. Углы α₁=u₁;v₁ и β₁=u₁;w₁ опред-ют форму параллелогр скор-й. В вых сеч (2): u₂=πD_2Kn/60 и v_2m=Q/πD_2K b_K. Т. к. реш лопастей густая → можно считать, что относ скор направ по кас к лопасти: β₂=δ₂, → w₂=v_2m/sinδ₂. Имея u₂ и w₂, строим параллелогр скор-й и опр-ем v₂. Углы α₂=u₂;v₂ и β₂=u₂;w₂ опред-ют форму параллелогр скор-й. Если построить тр-ки скор-й и для промежуточ сеч-й, то по векторам v_i можно провести траектории абс движ-я ж-ти в РК. Форма траектории абс движ-я на завис от скор-ти v, а опр-ся только ее направлением. Поток в РК осевой турбины. Пов-ти тока близки к цилиндрическим, т.е. D_1P=D_2K=D_P= =√(0,5(D²₁+d²_K). Особенность: u₁=u₂=u= πD_Pn/60 и v_1m=v_2m=v_m=Q/(π(D²₁– d²_K); v_1U=v_0U(D₀₂/D_P). Абс скор на входе в РК: v₁=v_1m+v_1U. Абс скор на выходе из РК: v₂=w₂+u₂, при этом β₂=δ₂ и → w₂=v_2m/sinδ₂ (рис.). Условия работы турбины (режим) задаются 2-мя парам-ми: Q и n. При зад-х разм-х РК это дает возмож-ть опр-ть компоненты параллел-ов скор-й. Для данного РК при a₀=const форма параллелогр. скор-й, определ-ая углами α и β, зависит от Q и n. Рассмотрим влияние Q и n на течение в РК. Пусть Q=const и n=var. При этом на входн. кромках лопастей РК абс скор v₁ будет сохр-ть неизмен знач, т.к. не завис от n. Измен-ся будут перенос и относ скор-й u₁ и w₁, при этом вектор w₁ меняет свое направление. При мал n он отклон-ся в стор вращ, β₁>δ₁, а при больш n – в противополож стор, β₁<δ₁, при этом натекание ж-ти на вх кромку происходит под углом, сопр-тся образ-ем вихревых зон → доп потери энергии (на удар). При β₁=δ₁ потери = min – режим безударного входа. На выход кромках w₂ зависит от Q и δ₂, т.е. не завис от n. Однако т.к. u₂ пропорц-но n, то v₂ зависит от n. Т.о. с ростом n и u₂ угол α₂ уменьш и вектор v₂ поворач-ся в стор вращ. Хотя Q=const, знач вектора v₂ зависит от n и min знач его mod при α₂=90°. В общем случае поток за РК имеет закрученность Г₂≠0, причем при α₂ < 90° направление крутки потока совпадает с вращ РК, при α₂ > 90° поток вращ в обрат направл. Только при α₂ = 90° Г₂=0. При α₂ = 90° v₂=min → потери = min и Г₂=0 – режим нормального выхода. Режим, при кот одновр-о удовлетвор-ся и усл-я безудар входа, и норм выхода, обеспеч-е min потери (т.е. max КПД), наз-ют оптимальным режимом. Особенности рабоч процесса ковшовых турбин. РК вращ в воздухе и может исп-ть только кинетич энергию ж-ти, а вода одновр воздейств только на часть лопастей. При a₀=var v_C=const. Скор на вход кромке: v₁=v_C=φ√(2gH). Окруж скор (переносн) для дан-го сеч лопастей, располож-го на расст-й r от оси вращ: u₁=u₂=u_R=2πrn/60 (ср знач r_СР=0,5D₁). При этом параллелогр скор-й w₁=v₁-u₁ на вход кромке вырождается в прямую линию и w₁ совпадает с направл струи → для приближ к усл-ям безудар-го входа угол вход кромки δ₁ д/б min (нож). Параллелогр скор-й на выход кромке опр-ся тем, что в процессе движ-я по лопасти относ скор измен-ся мало → w₂=w₁, а. ее направ-е совпадает с δ₂. В итоге: v₂=w₂+u₂. Т.к. угол δ₂ мал, папраллелогр вытянутый и несмотря на высок знач w₂ и u₂, скор-ть v₂ небольшая. При изменении n и сохран-и Q и w изменится угол α₂ и скор v₂. Min v₂ при α₂=90° – условие нормального выхода.

6. Б/н деривац-е водоводы: типы; условия применения; гидравлич режимы и задачи их расчета; сооружения на трассе. Б/н водоводы трассируются на отм-х, близких к ур-ню ВБ, колеб кот обыч незнач-ны. Типы: подводящие и отводящие. Каналы – при отн ровной и слабопересеч-ой мест-ти и при достаточ устойч-ти горн склонов; V=1÷2 м/с. Сеч каналов: (форма попер сеч завис от геолог и топогр усл-й трассы) 1) трапециидальная; 2) если канал в глуб выемке в грунте с мал углом естеств откоса – полигональная, параболическая, круговой профиль; 3) в скал породах – более крут откосы до верт, прямоугол профиль. Размещение каналов: 1) в выемке – обеспеч лучш уст-ть откосов, упрощ тех-ю стр-ва, но увелич объем земл работ; 2) в полувыемке-полунасыпи – min объем земл работ, но может привести к неравномерн деформ откосов → вызывает необход-ть утяжеления облицовки; 3) в насыпи – больш объемы земел работ, сложн констр облицовки; встреч. при пересеч водотоков или на уч-ках неглуб пониж мест-ти. Крепление откосов и дна: облицовки позвол уменьш площ жив сеч (т.к. уменьш к-т шерохов-ти); увелич допустим скор воды; сниж фильтр-ю и выпор грунтов; предохр от поврежд льдом, мусором, животными, раст-тью. Распостранены бетонные и ж/б облиц-ки – надежны, меньше завис от геолог усл-й, но дороги (наиболее эконом при налич на месте заполнителей). Монолит обл-ка: бет на слой грав-песч подготов. В местах излома, сопряж с дном и зоне образ-я льда делаются утолщ в виде упора; швы через 3-6 м (уплотнители – дерево, асф-т, битум, войлок и пакля пропит смолами, реже металлич лист эласт прокладки). Монол ж/б бол-ка: толщ 7÷15 см, армир. 2%; более дорогая, но менее деформ-я и более проч-я; примен в сложн усл-ях. При необход устр-ся гидроизол-я. Примен обл-ка из отдел плит: более гибкая, изготавл на заводе и уклад-ся в люб погоду, но из-за больш кол-ва швов выше фильтр-я и к-т шерохов русла, низк вес. Примен обл-ку из асф-х и битум-х смесей и полимеров. Туннели – при малых колеб ур-ня воды в ВБ; более дорогие, чем каналы, но более надеж и долговечн (не подверж атмосф воздейств; колеб t-ры меньше, чем на пов-ти, → не возникают ледовые затруднения); V=2÷3 м/с. Сеч туннелей: форма попер сеч завис от режима раб тун, инж-геол усл, статич раб несущ обделки, способа проходки и примен горнопроходч. оборуд-я. 1) прямоугол сеч с гориз лотком, верт ст-ми и сводч перекр-ем – в крепк. ск. породах без признаков гор давл (f_КР≥8); 2) корытообраз сеч с полуциркул сводом – в породах с небольш верт гор давл (f_КР=4÷8) и при отсутств бок давл; 3) овоидальное – больш верт (f_КР=2÷4) и небольш бок давл; 4) подковообразное – при интенсивн верт (f_КР<2) и актив бок давл и со стор основ-я. h/b=1÷1,5 (при знач колеб ур-ня воды м/б и больше) – размеры должны обеспеч б/н реж теч-я при всех реж ГЭС. Для доступа воздуха должны предусматр вентиляц трубы. Облицовка: опр-ся харак-м окруж породы. В проч породах примен т.н. выравнивающие обделки, уменьшающие к-т шерохов-ти; при наличии трещин – обделки, обеспечивающие водонепрон-ть. Гидравл реж и задачи их расчета. 1) Установившийся: а) несаморегулир схема: max расч расход пропуск при равномер установивш движ-и на всем протяж водовода – свобод пов-ть потока параллельна дну водовода и глубина по длине const. При расх-х ГЭС, меньших max, устанавл-ся различ формы свобод пов-ти потока. При пониж ур-ня ВБ пропуск способ дерив-й уменьш до Q_ДЕР. При Q_ГЭС=Q_ДЕР хар-р теч-я и ф-ма свобод пов-ти не измен-ся. При Q_ГЭС<Q_ДЕР избыточн объемы воды в дерив водоводе приведут к повыш ур-ня. Во избежание перелива воды через стенки напор бас-на и продольн дамбы канала (или занапоривания б/н туннеля) устраиваются водосбросы. Расх регулир з-ром на водопр-ке. б) саморегулир схема: стенки и продол дамбы по длине канала подняты выше max отм ВБ (в б/н туннеле потолок – горизонтальный). При уменьш расх ГЭС ур. воды в водоводе и напор бас-не постеп повыш (кривая подпора) и при Q_ГЭС=0 станов-ся гориз-м. Каждому Q_ГЭС соотв-ет опр-й ур. в напор бас-не и крив свобод пов-ти по длине деривации (УВБ). Потери напора для такой схемы опр-ся потерями ∆h, необход-ми для пропуска дан-го расх Q при имеющейся отм-ке ур-ня ВБ (∆h_MAX при Q_MAX). Объем воды между крив свобод пов-ти вдоль продол профиля водовода при max и min экспл-х расх-х м/б использ-н для регулир-я стока при работе ГЭС. Водосброс устраивается, но для расхода плз попуска. По энергетч показ-м явл-ся более соверш, т.к. повышает напор ГЭС при работе в реж с частич нагруз и искл потери, неизбеж при сбросах из несаморег водоводов. Однако ст-ть превышает ст-ть аналог несаморег деривации. в) комбинир. схема – возможна при большой длине водовода, когда примен соморегул схемы в полном объеме не эконом. Осущ-ся частич саморег каналы или туннели, дополн-е подъем ур-ня в напор басс-не. Это достиг-ся устр-вом водосброс соооруж с гребнем выше ур. в деривации при пропуске Q_MAX, или размещ водосброса не в конце, а в серед дерив водовода. Сх состоит из 2-х уч-ов: верх-го – несаморегул, и уч-ка ниже водосброс соооруж – саморегулир. Такое реш встреч в дерив схемах с БСР, размещён. по трассе канала. 2) Неустановившийся: возникает в деривации при быстрых измен нагруз ГЭС, сопровождается образованием волн (подроб – волновые явл в б/н водоводах). Окончат выбор размеров и расчет проч-ти производ-ся с учетом неустановивш реж. Осн задача гидрав расч – опр-е размеров попер сеч при зад-м знач расч расх, потерь напора при реж работы, отлич-ся от расч, экстрем знач разл пар-ров (скор, давл, ур. и т.д.) при неустановивш движ-и. Размеры попереч сеч опр-ют из усл-я пропуска расч расх при установ равномер движ воды по ф. Шези: w=Q/(C√(Ri)). Известны: расч расх Q, форма сеч, к-т шерохов-ти n (может измен в порцессе экспл → удел больш внимание). В расч трапец сеч канала при извест к-те откоса m опр-ся глуб h при зад-ой ширине канала по дну b или наоборот. Скор при пропуске расч расх д/б незаиляющей и неразмыв-й (необлиц канал). В расч замкнутого сеч исп-т вспомогат. графики Q/Q_П или v/v_П=f(h/H). При извест форме и площади жив сеч опр-т уклон i=Q²/(w²C²R)=v²/(C²R) и падение по длине ∆z=iL=(Q²/(w²C²R))L (бол i → мен w → мен K (h_W=KQ²)→ бол потери → мен N). Соор-я на трассе: на канале – соор-я, позвол дерив преод-ть различ препятствия (реки, овраги, дороги). Ручьи с мал расх пропуск с помощью трубы или лотка. При знач расх и отн малой разн-ти ур-ней в канале и водотоке – дюкеры. При знач разн-ти ур-ней, переходе канала через овраг, реку – акведуки. Инж соор-я – устр-ва для защиты канала от сора или наносов, влеком-х ливнев и талыми водами – с нагор стор предусматр спец каналы для сбора ливнев и талых вод. При прохожд трассы по оползн уч-кам – дренир-е склна и стр-во подпор стенок. Пропуск селев. потоков – круп лотки распол. выше канала или трубч констр пропуск под каналам.

7. Турбины одного типа и подобие режимов; приведенные параметры. Основное энергетическое ур-ние турбины – ур-е Эйлера. Для опр-я силовых и энергетич показ-й потока в РК применим з-н момента кол-ва движ-я. Рассм-м сеч РК и выделим обл-ть между пов-тями 1 и 2 вместе с лопастями. d(mv_Ur)₀/dt=^∑M₀. Для установивш осред-го потока внутри обл-ти v_Ur не измен во времени → d(v_Ur)=v_1Ur₁ – v_2Ur₂. Протекающая за время dt масса ж-ти: m=ρQdt → ρQ(v_1Ur₁–v_2Ur₂) = ^∑M₀. Силы давления на пов-ти вращ 1 и 2 уравновеш и момента не дают; силы веса – через центр 0 – момента не дают; силы давления и трения ж-ти на лопастях создают момент М. ^∑M₀=М. v_1U=v₁cosα₁ ; r₁=0,5D_1P ; v_2U=v₂cosα₂ ; r₂=0,5D_2P → M=ρQ(0,5D_1P v₁cosα₁ - 0,5D_2P v₂cosα₂); используя Г₁=πD_1Pv₁cosα₁; Г₂=πD_2Pv₂cosα₂ → M=(ρQ/2π)∙(Г₁ – Г₂) – крутящий момент на РК возникает только, если РК своими лопастями изменяет циркуляцию потока. Зная М и задавая углов скор w, можно опр-ть мощ-ть турбины: N=Mw=ρgQHη; окружные скор-ти: u₁=0,5wD_1P; u₂=0,5wD_2P → Hη=1/g(u₁v₁cosα₁ – u₂v₂cosα₂); Hη=(w/g2π)(Г₁ – Г₂) – основное энергетическое ур-ние турбины – ур-ние Эйлера – дает связь между энергетическими и кинематическими параметрами в турбине. Благоприят реж близок к усл-ям норм выхода Г₂=0. Г₁=Г₀ → можно опр-ть треб знач Г ₀ в завис-ти от H и w при Г₂=0. При прохождени воды через РК циркуляция должна убывать, т.е. РК срабатывает циркуляцию, создаваемую НА. Турбины одного типа и подобие режимов. Тип турбины опр-ся геометрией ее проточного тракта. Турбины данного типа имеют геометрически подобную проточную часть. Все соответственные углы равны: δ₁₁=δ₁₂, δ₂₁=δ₂₂, δ_i1=δ_i2, отнош всех соотв-х разм-ов постоянно: D₁₁/D₁₂ = D₂₁/D₂₂ = b₀₁/b₀₂ = const. Режимы турбин одного типа подобны при геометрическом подобии треуг-ов скор-й в соотв-х точках проточного тракта. Направ-я соотв-х скор-й д/б одинаковыми, т.е. соответственные углы равны: α_i1=α_i2, β_i1=β_i2 (изогональные режимы). Отнош всех скор-й в соотв-х т-х постоянно: v_i1/v_i2=u_i1/u_i2=w_i1/w_i2=const. Имеем две турбины D₁₁ и D₁₂, H₁ и H₂, α₀₁=α₀₂, φ₁=φ₂. Найти при подобных режимах: n₁/n₂-? Q₁/Q₂-? N₁/N₂-?.