книги из ГПНТБ / Тезисы докладов координационного совещания по гидравлике гидротурбинных блоков, 20-23 мая 1964 г.

б) изучение полей осредненных и пульсацпонных скоростей в нижнем -бьефе при различных режимах сопряжения сбросных по­ токов в условиях плоской и пространственной задач, а также ис­ следование влияния режимов работы турбин на распределение ско­

под зданием ГЭС и креплениями с учетом динамического и филь­ трационного воздействий на него; ■

д) изучение динамических нагрузок, действующих на элементы крепления в нижнем бьефе при различных режимах работы водо­ сбросов и турбин в условиях плоской и пространственной задач, т. е'. как с равномерным, так и неравномерным распределением рас­ ходов по сбросному фронту при различных схемах конструкций сов­ мещенных ГЭС и креплений русла; установление влияния режи­ мов работы турбины на динамические нагрузки, действующие на эти крепления;

е) разработка новых рациональных конструкций креплений с целью улучшения гидравлических условий в нижнем бьефе и выяв­ ление влияния этих устройств на работу турбин и водосбросов;

ж) изучение силового воздействия потока в нижнем бьефе на крепления берегов и установление необходимой длины этого креп­ ления при различных схемах расположения здания станции по от­ ношению к берегам.

4. В настоящее время с различной степенью полноты разрешены задачи, перечисленные в пп. а), б) п в). В ближайшие -годы во ВНИИГе намечается рассмотреть следующие задачи: продолже­ ние изучения кинематических характеристик потока и влияния их на размывы русла [пп. б) и в)], исследование динамических нагру­ зок, действующих на элементы крепления [п. д)], и разработка но­ вых конструкций этих креплений [п. е)].

В 1964—1965 гг. предполагается изучение кинематических ха­ рактеристик потока п проведение методических исследований, отно­ сящихся к определению динамических нагрузок на крепления за совмещенными ГЭС.

После доклада намечается демонстрация короткометражною кинофильма «Пропуск паводка 1957 г. на Камской ГЭС» для ил­ люстрации общего характера потока в нижнем бьефе совмещен­ ных ГЭС и процесса деформации русла этим потоком.

10

Проф., доктор техн. наук Н. А. Картвелишвили, канд. техн. наук И. А. Чернятин.

инженер Г. Е. Автономоз

(ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева)

МАКСИМАЛЬНОЕ УДАРНОЕ ДАВЛЕНИЕ В НАПОРНЫХ СИСТЕМАХ ГЭС НА ОСНОВЕ РЕАЛЬНЫХ ЗАКОНОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

1.Расчеты гидравлического. удара' при проектировании произ­ водятся по схематизированному закону закрытия направляющего аппарата турбин: либо линейному, либо кусочно-линейному. При­ нятие линейного закона закрытия направляющего аппарата тур­ бины связано с введением в исходные данные для расчета гидрав­ лического удара'значительных приближений, что существенно ис­ кажает результаты расчета и не может считаться приемлемым.

Программное регулирование в настоящее время признается не­ надежным и заводы, изготовляющие турбинное оборудование, не ориентируются на него.

2.Реальные законы изменения расхода во времени, определяю­ щие гидравлический удар, значительно отличаются от линейного и друг от друга и не могут быть связаны ни с типом рабочего колеса турбины, ни с напором, ни с какими-либо другими условиями.

3.-Закон регулирования зависит от большого числа факторов, влияние каждого из которых в отдельности, может быть, и не очень велико, но различные и притсМ реальные сочетания этих факторов, число которых практически безгранично, приводят к тому, что за­ коны регулирования оказываются разными. Таким образом, полу­ чается картина, близкая к вероятностной.

4.Все изложенное дает основание для принятия гипотезы, ана­ логичной эргодической, а именно, что имеющийся набор кривых

изменения расхода во времени (в относительных координатах) для реальных условий 30 гидростанций с разными напорами и раз- л и ч н ы м и агрегатами может рассматриваться как статистиче­ ская выборка, характеризующая возможные законы регулирования для любого о д н о г о агрегата.

5.При проектировании важно знать величину гидравлического удара до окончательной обработки конструкций турбины и регу­ лятора. Однако в силу изложенных выше условий можно говорить не о тех или иных характеристиках диаграмм гидравлического удара (например, о его максимуме), а о вероятностях непревышения значения этих характеристик, т. е. о функциях распределения.

6.Для определения величины гидравлического удара в системе рекомендуется статистический путь решения. Расчеты гидравличе­ ского удара были выполнены для 30 ГЭС по 100 различным зако­ нам регулирования при разных параметрах трубопровода по эле­ ментарной теории с использованием уравнений в конечных разно­ стях Аллиеви на ЭЦВМ «Урал-1» и «Урал-2».

И

Из результатов машинных расчетов были выбраны значения максимумов максиморумов и построены эмпирические кривые рас­ пределения их вероятностей.

7.Дальнейшая их обработка позволила построить расчетные номограммы и вынести формулы для определения значения мак­ симального ударного давления, соответствующего заданной вели­ чине вероятности.

Последняя должна быть увязана с прочностными расчетами тру­ бопровода и в данной работе не рассматривается.

8.Предлагаемый путь решения поставленной задачи с исполь­ зованием машинного счета позволяет учитывать в расчетах гидрав-

.лического ударз_ изменение числа оборотов агрегата при сбросе нагрузки и, кроме того, получить в вероятностной форме значение ударного давления при сбросе частичной нагрузки.

II ГИДРАВЛИКА ГИДРОТУРБИННЫХ БЛОКОВ РУСЛОВЫХ ГЭС

Канд. техн. наук А. И. Модзалевский, инженер М. А. Данилов

(ВНИИ УкрВОДГЕО)

РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛЬНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ БЛОКА КАНЕВСКОЙ ГЭС

1. Проектирование совмещенных ТЭС с горизонтальными кап­ сульными агрегатами и требование внедрения максимального объе­ ма сборного железобетона выдвигают вопросы, ответы на которые можно зачастую получить лишь на основании проведения лабора­ торных модельных исследований. К ним относится определение пропускной способности поверхностных водосбросов для различ­ ных конструктивных решений их, выяснение координат свободной поверхности, распределение осредненного и пульсационного давле­ ний для тех или иных решений, определение режима и количествен­ ных характеристик сопряжения бьефов (определенные скорости, дефициты давления), пульсации гидродинамического давления в различных точках крепления нижнего бьефа, а также и на плиты

вцелом.

2.Изучение гидравлики блока производилось на модели, вы­

полненной из оргстекла в масштабе 1 : 50. Установка состояла из лотка с подводящими и отводящими воду коммуникациями. Длина лотка 10 м, ширина 0,85 м. Модель блока включала три сбросных пролета и три турбинных камеры. Пропускная способность турбин­ ных трактов регулировалась диафрагмовыми затворами. Измере­ ние расходов производилось мерными водосливами: осредненпых скоростей.— скоростной трубкой, осредненпых давлений — пьезо­ метрами, пульсационных давлений — расшифровкой осциллограмм, записанных посредством тензодатчиков.

12

3. Пропускная способность поверхностных водосбросов харак­ теризуется средним коэффициентом расхода 0,'375. Отметим, что изменение сечения забральной балки с трапецеидальной на полуцилиндрическую увеличило коэффициент расхода на 2—2,5%. Уст­ ройство вырезов в бычках увеличивает коэффициент расхода при­ мерно на 2—3%- Наличие задних вырезов в бычках не влияет на

'пропускную способность водосбросов.

4.Протекание потока в пределах водосброса характеризуется наибольшей равномерностью глубин при закрытых' вырезах в раз­ делительных бычках. Наличие вырезов приводит к образованию волн возмущения. Наибольшее возмущающее воздействие оказы­ вают задние вырезы в бычках; высота всплеска у оголовка дости­

гает 4,7 м при пропуске максимального расхода 25 000 м3/сек. От­ крытие передних вырезов в бычках усиливает пульсацию давления. Так, при максимальном сбросном расходе амплитуда пульсации на пороге увеличивается примерно в 1,9 раза, а при открытии и задних вырезов пульсация на конце перекрытия отсасывающих труб увеличивается более чем в 2 раза. Установка в вырезах быч­ ков успокоительных балок, заглубленных под поверхность потока, сохраняя преимущества в пропускной способности водосброса с вырезами в бычках, уменьшает возмущение в потоке, и, по-видн- мому, пульсацию гидродинамического давления на водосбросе.

Ликвидация .уступа уменьшает пульсацию давления в конце перекрытия в 2,6 раза.

5. Гидравлика нижнего бьефа характеризуется поверхностным режимом сопряжения бьефов. Заданные горизонты определяют вол­ нообразование в нижнем бьефе, с высотой стационарной волны 3,5—5 м. Форма сопряжения в некоторых случаях совпадает с оп­ ределяемой по рекомендациям Киевского института гидродинамики. Дефицит давления не корреспондируется со свободной поверх­ ностью потока и определяется перепадом восстановления в ниж­ нем бьефе с учетом негидростатичности распределения давления

впотоке с волнообразной поверхностью.

6.Точечная пульсация гидродинамического давления на пли-

V 2

тах водобоя по данным эксперимента примерно равна (1,2 1,3) ~—

давления на плиту водобоя подтверждают возрастание амплиту­ ды пульсации на расстояние более 3//кр от здания ГЭС в сторону нижнего бьефа.

13

Канд. техн, наук Т. Н. Астафичева, канд. техн. наук Ю. С. Васильев, инженер А. В. Гаген,

инженер И. С. Саморукоч

(ЛПИ имени М. И. Калинина), канд. техн. наук Л. В. Мошков (ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева), гл. инженер проекта К. С. Пецуль (ЛО Гидропроекта)

КОМПЛЕКСНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИКИ ГИДРОАГРЕГАТНОГО БЛОКА ЧЕРЕПОВЕЦКОЙ ГЭС

1. Череповецкая ГЭС на Шексне запроектирована ЛО Гидропроекта. Она оборудуется четырьмя горизонтальными капсульными гидроагрегатами и имеет открытый водосброс водосливного типа. Капсулы с малогабаритными генераторами размещаются в напор­ ных камерах проточной части турбины. Диаметр рабочего колеса турбины .5,5 м. Здание ГЭС выполнено в сборномонблитном желе­ зобетоне.

Конструкция здания ГЭС, основное гидросиловое и. электроме­ ханическое оборудование подобного типа осуществляются в СССР

впервые.

В процессе проектирования Череповецкой ГЭС были проведены достаточно подробные гидравлические и ■энергетические лабора­ торные исследования моделей турбин, их проточных частей и гид­ роагрегатных блоков. Эти исследования проводили ЛМЗ, ЛПИ, ЦКТИ, ВИГМ и ВНИИГ.

2. Гидравлические исследования гидроагрегатного блока прово­ дились в лабораториях Кафедр гидравлики и использования вод­ ной энергии ЛПИ, выполнение которых проходило в контакте с Гидротурбинной лабораторией ЛМЗ. Вопросами, подлежащими изучению, являлись:

участка блока ГЭС и в нижнем бьефе при совместной работе агре­ гата и водосброса;

г) подбор уклона на участке сопряжения отсасывающей трубы с водобоем;

д) проверка пропускной способности.штрабленных блоков ГЭС для пропуска строительных расходов;

е) выяснение характера распределения потерь напора в пре­ делах входной части блока ГЭС и другие вопросы.

3. На первом этапе гидравлических исследований модель блока ГЭС была выполнена в масштабе 1 ; 50 н. в. с заменой турбины

14

имитирующим вращающимся органом, что позволило в сжатые сроки закончить гидравлические исследования. На втором этапе модель .блока ГЭС имела масштаб 1 : 22 и. в. и энергетические ис­

пытания проводились с рабочим колесом модельной турбины

Di = 250 мм.

4. В результате исследований получены следующие выводы. Очертание поверхности водосброса, принятое Ленгидропроек-

том, является хорошим.

Для обеспечения расчетной пропускной способности водосброса необходимо перекрыть паз турбинных затворов, но в тот период, когда водосброс не работает (для повышения к. п. д. агрегата паз следует открывать); запроектированный носок создает поверхност­ ный режим в нижнем бьефе почти во всем диапазоне колебаний уровня воды. Гидроагрегатный блок Череповецкой ГЭС обладает высокими энергетическими свойствами. При совместной работе агрегата и водосброса имеет место эффект эжекции (в условиях плоской задачи). Для уменьшения сбойности потока в отводящем канале было обосновано устройство раздельного бычка, отделяю­ щего потоки между вторым и третьим агрегатами.

5. Для выяснения условий пропуска строительных расходов оп­ ределена пропускная способность штрабленного блока, а для сброса паводковых расходов определена также пропускная способность проточной части агрегата при демонтированных лопастях рабочего колеса турбины. Изучена возможность использования проточной части агрегата для сброса холостых расходов в период эксплуата­ ции ГЭС. В настоящее время проводятся исследования пульсации давления в напорной камере и отсасывающей трубе.

6. С целью оценки масштабного эффекта и распространения ре­ зультатов лабораторных исследований на натуру намечено про­ вести детальные испытания гидроагрегатного блока Череповецкой ГЭС. Эту работу необходимо выполнить в -кратчайшее время, так как блоки ГЭС с капсульными агрегатами намечаются на многих крупных гидроэлектростанциях.

Канд. техн. наук А. М. Тамадаев (Казахский институт энергетики ГПКЭиЭ СССР)

УПРОЩЕНИЕ ТУРБИН И ТУРБИННЫХ БЛОКОВ ГЭС В ОБЪЕДИНЕННЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМАХ

За последние годы значительно снижена стоимость гидротехни­ ческих сооружений в капиталовложениях по ГЭС. Наоборот, до сих пор существует тенденция к усложнению и соответственно к удорожанию оборудования гидроэлектростанций. Удельный вес за­ трат на оборудование в капиталовложениях по ГЭС увеличился и доходит до 20—30%. Доля же отчислений от оборудования в общих амортизационных отчислениях доходит до 50 %. Дальнейшее умень­ шение капиталовложений по ГЭС можно получить комплексным

15

решением вопроса упрощения всего гидротурбинного блока вместе с турбиной в целом.

Объединение энергосистем, увеличение числа параллельно рабо­ тающих энергоисточников, изменение характера суточного графика нагрузки и режимов работы ГЭС дает возможность упростить тур­ бинное оборудование и соответственно гидротурбинные блоки.

С объединением энергосистем уменьшаются диапазоны колеба­ ний нагрузки на к. п. д. на агрегатах около оптимальных точек их рабочих характеристик, увеличивается возможность для взаим­ ной поддержки энергоисточников во всевозможных нормальных и аварийных режимах эксплуатации межсистемным, межстанцион­ ным и межагрегатным маневрированием. Уменьшается также отно­ сительная величина кратковременных толчков нагрузки на долю отдельных агрегатов. При конструировании агрегатов ГЭС в боль­ ших энергосистемах эти особенности должны быть учтены в коор­ динации с существующими факторами сокращения сроков окупае­ мости и числа часов использования оборудования, внедрения авто­ матизации и сборного железобетона и т. д.

Особенно целесообразно удешевление строительства и упроще­ ние эксплуатации агрегатов пиковых ГЭС. При этом на насосноаккумулирующих ГЭС (НАГЭС) можно добиться уменьшения по­ терь подведенной энергии и в насосном режиме.

Поскольку диапазоны колебания нагрузок на агрегатах сужи­ ваются к оптимальным точкам, то все элементы их должны быть сконструированы с учетом получения максимальной мощности при минимальных затратах в зоне этих нагрузок.

Дополнительные затраты с целью приспособления элементов аг­ регатного блока в целом ко всевозможным режимам за пределами основной рабочей зоны гидроагрегата в энергосистеме зачастую не окупаются. В перспективе с уменьшением числа часов использова­ ния оборудования ГЭС окупаемость этих затрат будет падать.

Необходимо расширить экспериментальные исследования е целью составления баланса потока энергии по узлам гидротурбин и выяснения достоинств каждого органа агрегата при его работе в рабочей зоне. Изучение рабочего процесса и явлений, сопутствую­ щих ему (кавитационных и т. д.), в этих зонах должно быть тща­ тельным.

Канд. техн. наук Л. А. Золотов (НИС Гидропроекта имени С. Я. Жука)

ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБИННЫХ БЛОКОВ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ КАПСУЛЬНЫМИ АГРЕГАТАМИ

(НИЖНЕ-КАМСКАЯ, КИЕВСКАЯ И САРАТОВСКАЯ ГЭС)

1. Работы Гидропроекта имени С. Я- Жука в области унификации конструкций гидроэлектростанций привели в послед­ нее время к созданию наиболее экономичного в условиях низко-

16

напорных русловых ГЭС турбинного блока гидростанции с гори­ зонтальным капсульным агрегатом.

2. Гидравлические и энергетические исследования турбинных блоков совмещенных гидростанций с открытыми поверхностными водосливами или с напорными водосбросами, а также исследова­ ния по определению динамических нагрузок на элементы проточ­ ного тракта турбины проводились на стендах отдела гидроэнерге­ тических исследований НИСа Гидропроекта с модельными гори­ зонтальными турбинами диаметром 250 мм.

Всостав исследований, основные результаты которых изложены

внастоящем докладе, входило как изучение гидравлических усло­ вий работы турбинного блока совмещенной ГЭС в целом, так и разработка и изучение энергетических оптимальных конструкции элементов проточной части турбины.

.3. В состав исследований элементов проточного тракта, выпол­ нявшихся на большом энергетическом стенде, при напоре, обеспе­ чивающем работу турбины в автомодельной зоне, входило:

а) изучение структуры потока в прямоосной отсасывающей тру­

бе;

б) определение гидравлических потерь в прямоосных отсасы­ вающих трубах;

в) обоснование оптимальной длины и угла диффузорности пря-. моосных отсасывающих труб;

г) сопоставление рабочих колес ПЛ-101, ПЛ-103, ПЛ-984 и ПЛ-2002 при работе их в проточной части Киевской ГЭС;

д) сравнение отсасывающих труб: конической и' с прямоуголь­ ным выходным сечением, при различной длине участка перехода от круглого поперечного сечения к квадратному.

4. Исследования турбинных блоков Нижне-Камской, Киевской и Саратовской ГЭС, проводившиеся на малом энергетическом стен­ де, при моделировании по Фруду, включали:

а) изучение работы верхнего (водоприемная часть блока) и

г) определение пульсаций давления на элементы проточного тракта турбинного блока.

5. Результаты проведенных исследований включены в проект­ ные материалы Нижне-Камской, Киевской и Саратовской ГЭС, а также использованы при разработке унифицированного турбинного блока гидростанции с горизонтальным капсульным агрегатом, при­ менительно к условиям ГЭС Волжско-Камского каскада. Данные исследований пульсаций гидродинамических давлений в проточ­ ном тракте турбины вошли во «Временные указания по расчету Киевской гидроэлектростанции на действие динамических нагру­ зок».

2 ГС ^ 'Гп УЕЛ И И Н АЯ Н А У Ч Н О -Т Е Х Н И Ч Е С К А Я

б :-Б': 'ОТЕКА СССР

Канд. техп. наук А. Р. Скуг (ЛПИ имени М. И. Калинина)

О РАЦИОНАЛЬНОМ ОЧЕРТАНИИ ТРУБЧАТЫХ ВОДОСБРОСОВ СОВМЕЩЕННЫХ ГЭС

1. При проектировании ГЭС, совмещенных с водосбросными устройствами, применяются трубчатые водосбросы,- расположенные в здании ГЭС и присоединенные к спиральным камерам турбин

свыходом в нижний бьеф над отсасывающими трубами.

2.Возможны случаи, когда турбинный расход близок к расхо­ ду водосбросов или равен ему, но скорости потока в водосбросах значительно (например, в 5—6 раз) превосходят скорости потока, выходящего из отсасывающих труб. При этих условиях большое значение, с точки зрения обеспечения благоприятного гидравличе­ ского режима в нижнем бьефе, приобретает, в частности, придание

надлежащих очертаний к о н ц е в ым (обращенным в сторону нижнего бьефа) участкам трубчатых водосбросов.

3. Исследования модели одной из ГЭС рассматриваемого здесь типа с напором ~ 27 м, имеющей в своем составе 3 турбины ПЛ-495 и 3 трубчатых водосброса диаметром 2,4 м с расходом 75 м3/сек на каждую турбину и каждый водосброс, в процессе которых прове­ рялись различные варианты очертаний концевых участков водо­ сбросов, показали, что названные участки целесообразно осущест­ влять в виде д и ф ф у з о р о в своеобразной формы.

4. При водосбросах, не имеющих таких диффузоров, а именно, при цилиндрических водосбросах, в нижнем бьефе ГЭС даже в случае симметричных схем включения турбин и водосбросов, на­ блюдалась значительная сбойность потока; равномерное распреде­ ление скоростей течения по поперечному сечению отводящего ка­ нала (выравнивание эпюры скоростей течения) обеспечивалось лишь на расстоянии ■—200 м от здания ГЭС. В этих условиях пред­ ставлялось необходимым устройство крепления отводящего ка­ нала за зданием ГЭС на большой длине.

5. При водосбросах, снабженных диффузорами, гидравлический режим в нижнем бьефе ГЭС существенно улучшается. В рассмат­ риваемом примере эпюра скоростей течения выравнивается на рас­ стоянии (от здания ГЭС), примерно в 2,5 раза меньшем расстояния, на котором это выравнивание происходит при наличии водосбро­ сов без диффузоров, чем обусловливается возможность значитель­ ного уменьшения длины крепления отводящего канала.

18

Инженер С. И. Горбачев

(НИС Гидропроекта имени С. Я. Жука)

ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБИННЫХ БЛОКОВ СРЕДНЕНАПОРНЫХ СОВМЕЩЕННЫХ ГЭС

(на примере ГЭС Садд-эль-Аали)

1. По своей компоновке турбинный блок ГЭС Садд-эль-Аали представляет собой совмещенный блок, состоящий из глубинного водоприемника с сороудерживающими решетками, напорного под­ водящего туннеля диаметром 15 м и длиной 220 м, заканчиваю­ щегося тройником, от которого вода поступает к двум радиально­ осевым турбинам мощностью по 180 Мет с диаметром рабочего колеса 6,3 л и к двум водосбросам, оборудованным на выходе сегментными затворами. Сложная разветвленная в плане и по высоте система водоводов вызвала большие затруднения при гид­ равлических расчетах блока в установившихся и особенно в не­ установивших ся переходных режимах. В связи с этим были про­ ведены исследования крупномасштабной модели, выполненной из оргстекла при полном геометрическом подобии в масштабе 1 : 25,2 н. в., с двумя действующими радиально-осевыми турбина­ ми типа РО 75/728 диаметром 250 мм.

Крупный масштаб модели блока дал возможность осуществить достаточно полное моделирование установившихся и динамических процессов при соблюдении равенства основных критериев подобия установившихся и переходных процессов в турбинном блоке.

2. В результате гидравлических исследований блока в устано­ вившихся режимах были получены надежные гарантированные ги­ дравлические характеристики напорных водосбросов, работающих с выбросом струи в’ атмосферу.

Коэффициент расхода напорного водосброса при отсутствии подтопления со стороны нижнего бьефа составил 0,940. Влияние подтопления со стороны нижнего бьефа сказывается при отметках нижнего бьефа > 108 м. При пропуске максимального расхода на потолке водосброса в концевом участке отмечается только избы­ точное положительное давление.

На установленных в блоке двух модельных турбинах были про­ ведены энергетические испытания со снятием универсальных ха­ рактеристик в диапазоне от т]макс = 90% до -ц= 0 (полный разгон). Максимальные разгонные обороты при открытии направляющего аппарата 0,9а0макс равны 2птм.

На основании универсальных характеристик построена эксплуа­ тационная мощностная характеристика натурной турбины. Ожидае­ мый к. п. д. натурной турбины в оптимуме характеристики — 94%, а в расчетном по мощности режиме (//„= 57,5 м, Q = 345 м3/сек) —

93%.

Большое внимание было уделено исследованиям гидравлических характеристик потока во входном сечении турбины.