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

Установлено, что при всех возможных режимах работы блока распределение скоростей вполне удовлетворительное.

Коэффициент Кориолиса изменяется от 1,02 до 1,16. Модельные исследования блока ГЭС Садд-эль-Аали позволили

оценить надежность и эффективности работы блока в установив­ шихся режимах.

3. Исследования неустановившихся режимов в блоке, связан­ ных со сбросами нагрузки с агрегатов, проводились для случаев работы турбин при максимальном напоре 75 м и расчетном напоре 57,5 м при разных сочетаниях работы турбин и водосбросов.

В результате исследований получены данные по относительной величине изменения скорости вращения агрегатов (для нескольких значений махового момента), по относительной величине повыше­ ния давлений в различных точках турбинного блока и по относи­ тельной величине изменения крутящих моментов.

На основании этих данных заводом-поставщиком гидротурбин (ЛМЗ имени XXII съезда КПСС) будут сделаны уточнения гаран­ тий регулирования натурных гидротурбин ГЭС Садд-эль-Аали.

Инженер А. М. Прудовский, инженер В. Г. Вереземскиы

.(НИС Гидропроекта имени С. Я. Жука)

ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПОРНЫХ ДИФФУЗОРНЫХ ВОДОСБРОСОВ В ЗДАНИИ ГЭС С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ АГРЕГАТАМИ4321

1.В связи с тенденцией сокращения напорного фронта бетон­ ных сооружений и увеличения удельных расходов на фронте ГЭС рассматриваются пути увеличения, пропускной способности напор­ ных водосбросов в здании ГЭС с вертикальными агрегатами. При­ менение напорных диффузорных водосбросов позволяет увеличить пропускную способность здания ГЭС. В докладе приводится .клас­ сификация основных типов напорных диффузорных водосбросов, разработанных в последние годы Гидропроектом.

2.При увеличении пропускаемого через водосброс расхода воз­

растает опасность кавитации на внутренних поверхностях водо­ сброса, чем может ограничиваться сбросной расход.

С целью увеличения допустимого для данного водосброса рас­ хода необходима разработка мер по повышению давлений на его стенках, что прямо связано с распределением скоростей в водосбро­ се. Неравномерйость скоростей в районе ключевого сечения зависит от условий входа и кривизны стенок.

3. Приводятся данные по исследованию пропускной способно­

сти диффузорных водосбросов.

4. Намечаются пути повышения давления на внутренних по­ верхностях водосбросов:

20

t

а) обеспечением надлежащего маневрирования затворами во-

.досбросов; б) выполнением внутренних поверхностей с наименьшей кри­

визной или расположением участков'поверхностей с большой кри­ визной в зоне с малыми средними скоростями, либо в местах наи­ большего заглубления под уровень верхнего бьефа;

.зорных.водосбросов в здании ГЭС с вертикальными агрегатами.

Инженер В. М. Семенков, инженер С. И. Егоршин, инженер И. С. Розенберг

(НИС Гидропроекта имени С. Я- Жука)

РЕЗУЛЬТАТЫ И МЕТОДИКА СОПОСТАВИТЕЛЬНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОДВОДЯЩИХ ТУРБИННЫХ КАМЕР УПРОЩЕННЫХ ФОРМ

В докладе освещаются результаты и методика гидравлических исследований трех вариантов широких (3,88Щ) турбинных, камер с плоскопараллельными дном и потолком, применительно к турбин­ ному блоку Саратовской ГЭС: прямоугольной, с углом охвата 90°, и с углом охвата 136°.

Исследования проводились на модели турбинного блока мас­ штаба 1 : 29,5 без рабочего колеса, но с направляющим аппара­ том. Камеры исследовались в двух режимах работы ГЭС: при работе только турбины и при совместной работе турбин и водо­ сбросов.

Камеры сопоставлялись по следующим гидравлическим харак­ теристикам:

1)условиям входа потока в турбинную камеру и потерям на­ пора на входе;

2)характеру движения потока и потерям напора в камере (до окружности статорных колонн);

3)условиям подвода воды к направляющему аппарату и по­ терям напора в направляющем аппарате;

4)условиям подвода воды к рабочему колесу.

Исследования показали следующее.

1. Условия подвода воды к рабочему колесу практически не за­ висят от формы турбинной камеры и определяются положением лопаток направляющего аппарата.

2L

2. Основным источником потерь энергии на подводе воды к ра­ бочему колесу является направляющий аппарат.

Потери напора в направляющем аппарате зависят от формы и угла охвата подводящей камеры и составляют основную часть,

потерь в подводе.

Наиболее благоприятные условия подвода воды к направляю­ щему аппарату обеспечивает камера с углом охвата <р= 136°.

3. Потере напора в камере составляют 0,8—12% от общих по­ терь на подводе к рабочему колесу и тем более, чем больше угол-, охвата спирали.

4. Для каждой формы спирали имеется зона расходов, в кото­ рой данная спираль, благодаря оптимальному подводу потока к направляющему аппарату, обеспечивает более высокий к. п. д. тур­ бины по сравнению со спиралью другой формы. Поэтому выбор формы спирали необходимо проводить на основании энергоэконо­ мических расчетов с учетом графика нагрузки ГЭС.

Инженер С. И. Егоршин

(НИС Гидропроекта имени С. Я- Жука)

ГИДРАВЛИКА СОРОУДЕРЖИВАЮЩИХ РЕШЕТОК СОВМЕЩЕННЫХ ГЭС

Опыт проектирования и эксплуатации совмещенных ГЭС пока­ зывает, что одним из немаловажных факторов, определяющих энер­ гетическую эффективность и удобства эксплуатации ГЭС, особенно, в первые годы работы ГЭС, является правильный выбор местопо­ ложения, конструкции и средств очистки сороудерживающих ре­ шеток совмещенных ГЭС.

С точки зрения нормальной эксплуатации и потерь напора на. решетках должны приниматься во внимание следующие особенно­ сти совмещенных ГЭС:

1)повышенное количество сора, привлекаемое к зданию ГЭС;

2)недопустимость падения пропускной способности водосбро­

сов;

3)большие скороститечения в водоприемнике;

4)изменчивость структуры потока в водоприемнике, связанная

срежимами работы ГЭС в межень и в паводок;

5)возможность использования сбросного потока водосбросов-, для очистки решеток.

Всвете вышеизложенного рассматривается.

1.Целесообразное местоположение сороудерживающих решеток: во взаимосвязи с гидравликой водоприемника.

22

3.Возможность гидравлической чистки решеток сбросным по­ током.

4.Вопросы энерго-экономического сопоставления вариантов

■сороудерживающих решеток.

Инженер М. Ф. Саркисова

(НИС Гидропроекта имени С. Я- Жука)

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНОЙ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ГИДРОТУРБИН САРАТОВСКОЙ ГЭС

1. При проектировании институтом Гидропроекта Саратовского гидроузла рассматривался ряд вариантов компоновки гидроузла и агрегатов ГЭС.

Наиболее целесообразным был признан вариант гидроузла без

.водосливной плотины с водосбросами в здании ГЭС, конструкция и форма которых определила ширину блока в 40 м.

Перед Отделом гидроэнергетических исследований НИСа Гидропро'екта была поставлена задача выбора оптимальной проточной части вертикального гидроагрегата с изогнутой отсасывающей тру­ бой при ширине блока В = 3,88ПЬ

Ранее, решением постоянной комиссии гидравлических турбин и гидравлического оборудования гидроэлектростанций ГЭС Госко­ митета по автоматизации и машиностроению, НИСу Гидропроекта имени С. Я- Жука и ХТГЗ имени Кирова было поручено проведе­ ние отборочных и контрольных испытаний турбин Саратовской ГЭС.

2. В силу этого, исследования по выбору оптимальной проточной части вертикального агрегата Саратовской ГЭС состояли из трех этапов.

Первый этап включал энергетические и кавитационные испы­ тания колес ПЛ-661-46 и ПЛ-103-46 с целью выбора рабочего ко­ леса вертикальной гидротурбины Саратовской ГЭС.

Второй этап включал энергетические испытания ПЛ-661-46 с че­ тырьмя вариантами изогнутых отсасывающих труб при ширине блока В = 3,88Z)i.

Третий этап состоял из контрольных энергетических, кавита­ ционных разгонных и пульсационных испытаний выбранного ва­ рианта проточной части.

Исследования моделей вертикальных гидротурбин Саратовской ГЭС проведены на стенде с диаметром рабочего колеса 460 мм, яв­ ляющегося энергокавитационным стендом проточного типа. Иссле­ дования на стенде ведутся в условиях, приближающихся к натур­ ным, при напорах Н — 10-г- 20 м.

Стенд оборудован измерительной аппаратурой, позволяющей вести энергетические, кавитационные, разгонные испытания и. ис­

23

следования гидродинамических нагрузок (пульсация давления) на стенки элементов проточной части гидротурбин.

3. Результаты исследований первого этапа (универсальные ха­ рактеристики № 100—104), при сопоставительном анализе их с аналогичными испытаниями ЛПИ, ВИГМ, МЭИ, МВТУ, позволили рекомендовать рабочее кол_есо ПЛ-661-46 со сферической втулкой в сочетании с направляющим аппаратом симметричного профиля высотой 5 0 = 0,415Di для дальнейших проектных и исследователь­

практически равноценна по к.п.д. стандартной отсасывающей трубе с коленом АД при спиральной камере 6 = 180° В = 2,6Д^ в диапазоне расходов Q=900—2200 л/сек при «/=140 —190 об мин.

Изогнутая отсасывающая труба высотой h = 2,25ДХ, с расши­ ренным коленом, двумя бычками в выходном диффузоре, распо­

стандартной отсасывающей трубой с коленом АД энергетические

отсасывающей трубы (характеристики № 117 и 118), обусловлен­ ное необходимостью обеспечить несущую способность фундамент­ ной плиты и балок, образующих стены водосбросов в средней части секции, ухудшило энергетические показатели при расхо­ дах Q ,'= 1900-:-2200 л;сек на 0,6 —0,8% во всем диапазоне.

5. Контрольные энергетические, кавитационные, разгонные,

.пульсационные испытания ПЛ-661-46 проточной части со спираль­ ной камерой <р= 136°, шириной В = 3,88£>i изогнутой отсасываю­ щей трубой симметричной формы, с расширенным коленом, с дву­ мя бычками в выходном диффузоре, расположенными на 13 м от оси агрегата, и вутами в нижней части бычков размерами 15 X X 2,5 м, шириной выходного сечения диффузора В = 3,88Dt под­ твердили полученную ранее характеристику № 118 и позволили ре­ комендовать установку на Саратовской ГЭС вертикальных гидро­ турбин с рабочим колесом ПЛ-661-1030 в указанной проточной части.

Принятый.вариант проточной части вертикальной гидротурби­ ны обеспечивает в условиях блока шириной B = 3,88Dl наиболее рациональную компоновку агрегатов ГЭС и отвечает техническому

24

заданию на проектирование вертикальных гидротурбин Саратов­ ской ГЭС.

III. ГИДРАВЛИКА ГИДРОТУРБИННЫХ БЛОКОВ ВЫСОКОНАПОРНЫХ ГЭС

Канд. ,техн. наук И. Е. Михайлов, канд. техн. наук Е. Л. Митюрев (МИСИ имени В. В. Куйбышева)

ГИДРАВЛИКА ТУРБИННЫХ СПИРАЛЬНЫХ КАМЕР РАДИАЛЬНО-ОСЕВЫХ ТУРБИН

1. Спиральная камера является одним из важнейших элементов гидроагрегата, который в этой или иной степени определяет как энергетические показатели гидростанции, так и капитальные вло­ жения в ее строительство.

2. Назначение турбинной спиральной камеры состоит в под­ воде потока к направляющему аппарату с заданными характери­ стиками и обеспечении равномерного распределения расхода по его периметру.

3. Экспериментальные исследования потока показали, что в

направляющего аппарата близко к равномерному. Выполняется также и предположение о постоянстве окружных скоростей по высоте поперечного сечения спирали. Другие же основные поло­ жения расчета не имеют места в действиГельности.

вполне подтверждаются экспериментальными данными,, а поэтому необходимо отступать от этого условия в тех случаях, когда это целесообразно.

5. Условия работы рабочего колеса и отсасывающей трубы за­ висят от характера распределения меридиональных скоростей по высоте направляющего аппарата. Однако в настоящее время при расчете рабочих колес и подборе отсасывающих труб для них это обстоятельство недостаточно учитывается. Так, например, для камер, развитых вниз и вверх относительно направляющего аппарата, ра­ бочее колесо и отсасывающая труба принимаются одинаковыми, несмотря на то, что эти камеры создают по высоте направляющего аппарата различны,е эпюры меридиональных скоростей.

25

6. При проектировании агрегатов большой единичной мощно­ сти размеры камеры получаются значительными. Уменьшение раз­ меров спирали можно получить путем применения двухподводных спиральных камер вместо обычных одноподводных. Подробные ис­ следования потока и пульсации давления в двухподводных спи­ ральных камерах показали, что по характеру распределения рас­ хода, эпюр скоростей и направления потока по высоте и периметру направляющего аппарата двухподводная камера равноценна одно­ подводной.

7. Амплитуда пульсации давления на крышке турбины перед лопастями рабочего колеса с двухподводной камерой в 1,5—2 раза больше, чем с одноподводной, и составляет 12—15% от скорост­ ною напора.

Доктор техн. наук Г. И. Кривченко, инженер

В. М. Клабукова, канд. техн. наук Е. В. Квятковский

(МИСИ имени В: В. Куйбышева)

НЕСТАЦИОНАРНОСТЬ ПОТОКА ЗА РАБОЧИМ КОЛЕСОМ РАДИАЛЬНО-ОСЕВЫХ ГИДРОТУРБИН

В УСТАНОВИВШИХСИ РЕЖИМАХ И ПРИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ1

1. В связи с увеличением единичной мощности агрегатов ГЭС с радиально-осевыми турбинами, значительным ростом размеров гидротурбин и все большей форсировкой максимальных расходов существенно возрастают динамические нагрузки на оборудование и сооружения, вызываемые вибрациями как следствием гидравличе­ ских нестационарностей в полостях проточной части турбин. В ря­ де случаев эти явления оказывают также влияние на работу на­ порных водоводов. Причем, если частота периодических измене­ ний крутящего момента на валу агрегата и расхода, вызываемых гидравлическими нестационарностями, окажется близкой к часто­ те собственных колебаний водовода, то могут появиться большие вибрации вплоть до резонансных явлений.

2. Несмотря на возросшую степень важности учета при проек­ тировании оборудования и сооружений ГЭС динамических нагру­ зок, вызываемых гидравлическими нестационарностями, исследо­ ваниям этих явлений уделялось недостаточное внимание. Имею­ щиеся к настоящему времени сведения содержат в основном ре­ зультаты модельных исследований динамического воздействия по­ тока на отдельные конструкции сооружений в процессе их возве­ дения.

Необходимо, чтобы данные исследования проводились не толь­ ко на модельных установках, но и в натурных условиях, что поз-

26

рудован турбиной РО 82-ВМ 225, были произведены натурные ис­ следования явлений нестационарное™. В процессе исследований осуществлялись измерения величин давления и пульсации давле­ ния в потоке отсасывающей трубы непосредственно за рабочим колесом. Исследования производились как при установившихся ре­ жимах и широком диапазоне нагрузок, так и в процессе сброса различных по величине нагрузок. Параллельное измерение, наряду с указанными, других величин (давление по тракту напорного тру­ бопровода, крутящий момент на валу агрегата, вибрация трубо­ провода) позволило установить характер влияния гидравлических нестационарностей на режим работы гидроагрегата.

Канд. техн. наук Л. В. Тананаез (ЛПИ имени М. И. Калинина), канд. техн. наук- В. П. Зверков (ЛО Гидропроекта),

инженер В. И. Григорьев

(ЦКТИ имени И. И. Ползунова)

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОАГРЕГАТНОГО БЛОКА КРАСНОЯРСКОЙ ГЭС1

1.Необходимость лабораторных исследований моделей гидро­ агрегатных блоков крупных гидростанций на сибирских реках воз­ никла в связи с появлением ряда технических проблем при уве­ личении единичной мощности агрегатов до 500 Мет и более. Так, одной из проблем является проблема подвода воды к рабочему колесу турбины. Один вариант ее решения — подвод воды двумя трубопроводами к спиральной камере обычного изготовления (однозаходная); второй вариант — подвод воды двумя трубопроводами

кдвухподводной (двухзаходной) спиральной, камере. Оба вариан­ та конструктивного выполнения водоподводящего тракта рассмат­ ривались применительно к Красноярской ГЭС. В настоящее время

кисполнению принят первый вариант..

2.Программа исследований гидроагрегатного блока делится на

три раздела:

1)гидравлические исследования турбинных трубопроводов и

тройника, соединяющего два трубопровода в один перед входом в спиральную камеру;

27

2)энергетические испытания модели гидроагрегатного блока;

3)изучение нестационарных явлений в потоке всего водопро­ водящего тракта, включая проточную часть турбины.

3. В настоящее время закончены гидравлические и энергетиче­ ские испытания модели. Гидравлические испытания и отработка

в Гидроэнергетической лаборатории Ленинградского политехниче­ ского института. Испытания тройника носили контрольный харак­ тер.

4. Полученные результаты гидравлических испытаний свиде­ тельствуют о совершенной форме проточного тракта гидроагрегат­ ного блока Красноярской ГЭС.

Коэффициент сопротивления всего водоподводящего тракта на основании статистической обработки экспериментальных данных получился равным £ = 0,536, коэффициент сопротивления трой­ ника ? —0,13. Коэффициент Кориолиса на входе в тройник изме­

гидроагрегатного блока при различных соотношениях расхода воды в трубопроводах. Максимальный коэффициент полезного действия блока при обоих работающих трубопроводах составляет ~ 89%.

6. С целью получения значений гидродинамических нагрузок на оболочку трубопроводов и тройника, а также на разделитель­ ную диафрагму в тройнике ведутся исследования нестационарного режима течения воды. Указанные исследования ведутся и с целью выявления наиболее опасных источников возникновения пульсации давления в потоке, а также тех сечений по длине трубопровода, где пульсация давления может достигать опасной величины.

Предварительные результаты эксперимента показывают, что пульсация давления охватывает широкий диапазон частот, а по амплитуде может достигать величины 0,1 -ч- 0,15 от статического напора установки.

28

Инженер Ю. М. Исаев, (ЛПИ имени М. И. Калинина)

ИССЛЕДОВАНИЕ ПУЛЬСИРУЮЩИХ ДАВЛЕНИЙ В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТУРБИН

НА МОДЕЛЯХ

1. В практике эксплуатации гидроэлектрических _ станций нередко наблюдаются случаи вибрации гидроагрегатов. Одной из причин такой вибрации может, быть пульсация давления в проточ­ ной части гидротурбины. При этом, помимо вибрации, возникают динамические усилия в элементах конструкции блока, в облицовке отсасывающей трубы и в подводящих трубопроводах. Учет этих усилий приобретает особенно.серьезное значение при разработке мероприятий, направленных на уменьшение металлоемкости кон­ струкции гидротурбинного агрегата и на снижение капитальных затрат по блоку в целом.

2: Нестационарные процессы в проточной части гидротурбины исследовались на моделях Е. В. Бутовским,' К. К- Шальневым, Т. М. Саркисовой, Л. А. Золотовым и рядом других авторов и в на­ туре— Л. А. Владиславлевым, И. П. Полушкиным, группой сотруд­ ников ЛМЗ имени XXII съезда КПСС.

•3. В Лаборатории гидромашин ЛПИ имени М. И. Калинина, начиная с 1958 г., ведутся регулярные исследования нестационар­ ных процессов в гидротурбинах. Для этих целей используется вы­ соконапорный кавитационный стенд ТК-250.

4. Было установлено, что в осевых гидротурбинах имеют ме­ сто два вида пульсации: низкочастотная и высокочастотная. Вы­ сокочастотная пульсация имеет место только на комбинаторных режимах и достигает величины 0,1//-г- 0,2//. Низкочастотная пульсация возникает при наличии положительной закрутки по­ тока. Максимальный размах пульсаций в отсасывающей трубе достигает величины 0,1//-;-0,2//. Частота пульсаций оказалась

у 0,2п

равной gg , где п — число оборотов агрегата. С уменьшением

быстроходности колеса частота пульсации давления несколько увеличивается.

5. В радиальноосевых турбинах высокочастотная пульсация давления практически отсутствует. Размаос пульсаций в отсасы­ вающей трубе достигает величины 0,1//-г- 0,15// и частота имеет

величину порядка 0,3л .

6. Установлено, что непосредственной причиной возникнове­ ния пульсации давления является вихревой жгут, возникающий в отсасывающей трубе при наличии положительной закрутки по­ тока. Установлено, что при этом возникает также пульсация в спиральной камере и напорном баке установки. Величина пуль­

29.