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

сации имеет порядок 0,05Н и частоту, равную отмеченной выше. Наблюдается сдвиг фаз, который не совпадает со сдвигом фазы, вычисленной по времени нрохождения волны гидравлического удара.

7. При исследовании пульсации давления по полю универ­ сальной характеристики (для осевых колес по полю пропеллер­ ной характеристики) можно выделить зону, в которой пульсация отсутствует. На режимах малых нагрузок и низких напоров (малые значения п{ и Q/) пульсация достигает особенно высо­

ких значений.

8. Изменение высоты отсасывающей трубы мало влияет на ве­ личину пульсации давления, так же как и некоторые технологиче­ ские изменения в конструкции колес.

9. За исключением случаев, когда необходимо получить значе­ ние динамических усилий, возникающих в облицовке отсасываю­ щей трубы, изменения пульсации давления за рабочим колесом не могут быть использованы для расчетов нестационарных сил, и бо­ лее прогрессивным методом является изменение нестационарных усилий в элементах конструкции гидроагрегата.

Канд. техн. наук В. Б. Дульнгв (ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева)

ПОДБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ОЧЕРТАНИЙ ГЛУБИННЫХ ВОДОПРИЕМНИКОВ ПРИПЛОТИННЫХ ГЗС

1.Водоприемник является важнейшей частью водоподводящего

ктурбине тракта, в пределах которой размещаются сороудержквающая решетка, рабочий и ремонтный затворы, воздушная шахта

идругие устройства, предназначенные для обеспечения надежной

работы турбины и блока ГЭС.

. Размеры и очертания водоприемника должны подбираться та­ кими, чтобы движение воды в пределах водоприемника и на пере­ ходном участке от него к напорному трубопроводу совершалось с минимальными потерями напора, без отрыва струй от стенок и без возникновения вихревых явлений, вызывающих вибрации соо­ ружения. До. сих пор указанный подбор делался эксперименталь­ ным путем при гидравлических исследованиях моделей гидротур­ бинных блоков ГЭС. Поэтому необходимо разработать метод опре­ деления основных размеров и очертаний водоприемников расчет­ ным путем.

2. Выбор основных размеров и очертаний глубинного водо­ приемника следует производить применительно к условиям, соответ­ ствующим наиболее длительной работе гидротурбинного блока при эксплуатации ГЭС. В большинстве случаев таковыми можно счи­ тать условия совместной работы всех смежных водоприемников по всему водозаборному фронту ГЭС при нормальном подпертом уровне воды в водохранилище.

30

3. Поперечные размеры оголовка водоприемника должны наз­ начаться такими, чтобы пбдходная скорость потока в сечении не­ посредственно перед сороудерживающей решеткой не превышала 1 м/сек. При этом следует стремиться к тому, чтобы поперечные размеры водоприемника в его выходном сечении были равны диа­ метру напорного трубопровода.

4.Для построения продольных профилей боковых, потолочной

идонной граней водоприемника могут быть использованы урав­ нения проф. Н. Е. Жуковского для предельной линии тока идеаль­ ной невесомой жидкости, вытекающей из торца бесконечно длин­ ного сосуда шириной А через щель, одна сторона которой совпа­ дает с прямолинейной линией тока, а другая наклонена к ней под

некоторым углом (3. Указанные уравнения имеют параметриче­ скую форму и для ряда частных значений угла 8 могут быть пред­ ставлены в развернутом виде, удобном для практического исполь­ зования.

Для возможности практического применения указанных формул необходимо знать положение прямолинейной (горизонтальной) линии тока в поступающем в водоприемник потоке.

5. При построении очертаний боковых стенок водоприемника следует полагать, что прямолинейная линия тока совпадает с го­ ризонтальной осью симметрии входного оголовка водоприемника, причем расчетная ширина А равна половине ширины блока ГЭС. Обе боковые стенки водоприемника располагаются симметрично относительно указанной оси и имеют одинаковые в плане продоль- \ ные профили. Начальная ордината такого профиля может быть, вычислена по формуле:

D

где а —половина ширины входного сечения водоприемника; D — диаметр напорного трубопровода;

s — коэффициент сжатия струи, находимый по графику е =-•

=/(АГ, Р);

,,а

К— —.— относительная ширина входного сечения водопри-

емника.

Другие точки продольного профиля боковой стенки найдутся путем вычислений по уравнениям предельной линии тока.

6. При построении продольных профилей потолка и днища во­ доприемника, местоположение прямолинейной линии тока можно определить путем построения сетки движения потока в вертикаль­ ной плоскости, например; с помощью прибора ЭГДА.

В том случае, когда напорная грань плотины вертикальна, по­ ложение прямолинеййой (горизонтальной) линии тока приближен­ но может быть установлено расчетным путем н.а основе учета глу-

31

бины воды Н перед водоприемником, высотного положения по­ рога водоприемника и высоты входного сечения водоприемника п.

После того, как положение прямолинейной линии тока найдено, ■с помощью упомянутых ранее формул могут быть вычислены координаты верхней и нижней предельных линий тока, которые и принимаются за очертания потолка и днища водоприемника.

7.В водоприемнике с выбранными указанным выше образом размерами и очертаниями следует разместить сороудерживающую решетку, пазы ремонтного и рабочего затворов, воздушную шахту. При этом необходимо стремиться придавать пазам такие формы, которые исключают образование больших водоворотных областей,

атакже предусматривать возможность закрытия пазов.

8.Окончательную отработку очертаний отдельных элементов водоприемника следует производить при гидравлических исследо­ ваниях на модели гидротурбинного блока, выполненной в доста-- точно крупном масштабе.

Канд. техн. наук А: М. Чистяков (ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева)

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОТУРБИННЫХ БЛОКОВ ПРИПЛОТИННЫХ ГЭС И СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭТИХ ИССЯЕДОВАНИИ С НАТУРНЫМИ

1. Экспериментальными лабораторными исследованиями гидро­ турбинных блоков пяти приплотинных ГЭС, проведенными во ВНИИГе А. М. Чистяковым, В. Б. Дульневым, А. Ф. Бурковым, Е. Д. Ларциным и А. И. Титенковым, определены следующие гид­ равлические потери в водоподводящем тракте в делом и в водо­ приемнике.

v — скорость в напорном трубопроводе;

D x — диаметр рабочего колеса модели турбины;

v — коэффициент кинематической вязкости при t° =12-5- 13°С.

32

сь

2. В первом приближении все пять моделей гидротурбинных блоков, указанных в таблице, являются однотипными. Вместе с тем полученные величины коэффициентов сопротивления, характеризую­ щих гидравлические потери, колеблются в значительных пределах, что, по-видимому, объясняется различным масштабом моделиро­ вания.

3. Одним из основных вопросов методики гидравлических ис­ следований гидротурбинных блоков приплотинных ГЭС является вопрос о масштабе моделирования при моделировании проточного тракта блока по Фруду.

Причем, „если явление в натуре относится к автомодельной области, то на модели также необходимо обеспечить условия, относящиеся к этой области; это значит, что число Re для мо­ дели должно превышать величину, соответствующую нижней границе квадратичной зоны Rerp1.

При этом граничное значение числа Рейнольдса должно быть равно

84R

у х К

где К — высота бугорков шероховатости;

R — гидравлический радиус напорного водовода;

X— коэффициент сопротивления по длине напорного водо­ вода, отнесенный к гидравлическому радиусу.

4.Для того чтобы оценить порядок значений коэффициентов сопротивлений водоподводящего тракта и его элементов типовых гидротурбинных блоков высоконапорных приплотинных ГЭС, в сентябре 1963 г. Гидропроектом при участии ВНИИГа были про­ ведены натурные исследования гидравлики водоподводящего тракта гидротурбинного блока Братской ГЭС (агрегат № 13).

Результаты этих исследований отражены в табл. 2.

5.На основании выполненных исследований и сопоставления результатов натурных испытаний с модельными установлено, что для обеспечения условий автомодельности и получения достаточ­ ной точности измеряемых величин линейный масштаб моделиро­ вания гидротурбинных блоков приплотинных ГЭС должен опре­

деляться с учетом допускаемой нижней границы числа Рейнольдса:.

Rerp > 2,2-105.

I

1 И. И. Леви, Моделирование гидравлических явлений, Госэнергоиздат, 1960

34

канд. техн. наук А. Ф. Бурков, инженер С. А. Тюкана (ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева)

СОПОСТАВЛЕНИЕ МОДЕЛЬНЫХ И НАТУРНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТУРБИННОГО ПОДВОДА БРАТСКОЙ ГЭС

1.В сентябре—октябре 1963 г. группой ОГИ НИСа Гпдропроекта совместно с отделом турбин ЛО Гидропроекта, ЛМЗ имени XXII съезда КПСС и дирекцией Братской ГЭС были проведены на­ турные гидравлические исследования подводящего тракта 2-го и 13-го Гидроагрегатов Братской ГЭС.

2.Исследования проводились по программе комплексных испы­

таний гидроагрегатов (гидравлических,'гидромеханических и элек­

трических) .

3. В задачи исследований входило определение гидравлических потерь по элементам проточного тракта 2-го и 13-го гидроагрегатов при различных режимах работы их от минимума нагрузки до воз­ можного при существующем напоре (/У6р = 78 м ) . максимума.

Врезультате проведенных исследований были определены:

1)потери, напора на сороудерживаюгцих-решетках;

2)общие потери в водоприемнике;

3)суммарные потери напора на участке верхнего и нижнего колена турбинного трубопровода;

4)потери напора на прямом участке турбинного трубопровода;

5)расходы через агрегат (с помощью гидрометрических вер­ тушек, установленных в концепрямого участка турбинного тру­ бопровода).

4. В связи с трудностями закладки мерных створов наиболее

полно были проведены исследования 2-го гидроагрегата; на (3-ом гидроагрегате удалось замерить потери напора на сороудерживающей решетке и водоприемнике, а также оценить общие потери до входа в спираль.

5. Для всех исследованных в натурных условиях режимов ра­ боты гидрагрегата были сделаны гидравлические расчеты потерь по имеющимся справочным данным и проведено сопоставление опытных и расчетных данных.

С. По заданию дирекции строящейся Братской ЕЭС в 1956— 1957 годах были проведены в Гидротехнической лаборатории ВНИИГа им. Б. Е. Веденеева модельные исследования водоприем­ ника и водоподводящего турбинного тракта (масштаб— 1:50), необходимые для обоснования проекта блока Братской ГЭС.

7. Исследованию подлежали две схемы компоновки ГЭС: ГЭС. встроенная в тело плотины и пристроенная к плотине для двух вариантов расположения сороудерживающих решеток (фронталь­

ное н полуциркульное), а также для двух типов аварийных затво­ ров— плоского (установленного при входе в трубопровод) и дрос­ сельного- (установленного на выходе из трубопровода перед спи­ ральной камерой).

8.В результате этих исследований были получены необходимые гидравлические характеристики работы турбинного блока, на ос­ нове которых даны строительству соответствующие рекомендации по компоновке, конструкции водоприемника, сороудерживающнм решеткам и др., обеспечивающие минимальные гидравлические потери в подводящем тракте блока ГЭС,

9.При исследованиях получены следующие основные выводы,

A. Коэффициенты сопротивления, полученные по эксперимен­ тальным данным для модели трубопровода от входа до спираль­ ной камеры (без входных решеток и дроссельного затвора), со­

ставляют:

Б. Гидравлические потери в пазах и проеме плоского аварий­

эффициент сопротивления при полном его открытии Сф0с ="=0,15—

10. Приисследовании гидравлических потерь в решетках были поставлены специальные опыты по выяснению направления струй потока (в двух плоскостях) непосредственно в створе установки решетки. Результаты этих исследований представлены в виде кри­ вых, с помощью которых представляется возможным наиболее це­ лесообразно, с '(•очки зрения обтекания (минимума потерь), раз­ местить опорные балки и каркас решетки.

36

[V. ГАШЕНЙЕ ЭНЕРГИЙ И БОРЬБА С РАЗМЫВАМИ РУСЛА В НИЖНЕМ БЬЕФЕ ЗА ЗДАНИЕМ ГЭС

Канд. техн. наук П. К. Цветков, инженер Н. В. Малюк (Институт гидромеханики АН УССР)

РАСЧЕТ СОПРЯЖЕНИЯ БЬЕФОВ ЗА ВОДОСЛИВНЫМИ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ КАПСУЛЬНЫМИ АГРЕГАТАМИ

1. За последнее время все большее распространение в стране приобретает строительство нового типа гидроэлектростанций, сов­ мещенных с горизонтальными капсульными агрегатами. Такие гид­ роэлектростанции строятся, например, на Днепре — Киевская и Ка­ невская, на Волге — Саратовская и т. д. Преимуществом их по сравнению с обычными ГЭС является совмещенйе в одном соору­ жении ГЭС и водосливной плотины, простота конструкции, высо­ кийпроцент сборности, что дает возможность собирать здание из отдельных заранее заготовленных элементов, возможность сокра­ щения сроков строительства и значительный экономический эффект.

2.При проектировании таких ГЭС возникает' ряд специфиче­ ских вопросов, связанных, например, с условиями сопряжения бье­ фов (расчет оптимальных форм течения воды, выбор отметки во­ добоя, конфигурация дна ’отводящего русла, типа и размеров креп­ ления русла за зданием ГЭС и т. д.). Эти вопросы, несмотря на имеющиеся работы ряда отечественных исследователей, ' нельзя считать достаточно изученными. Особенно слабо изучены скорост1 ная структура потока на участке сопряжения бьефов и характер затухания избыточной турбулентности за ГЭС.

Сцелью изучения указанных вопросов в Институте с 1962 г. ведутся исследования гидравлики нижнего бьефа (плоская задача) за моделями блока совмещенной ГЭС. Программой работ, рассчи­ танной на несколько лет, предусматривается исследование следую­ щих основных вопросов: пропускной способности водосбросов, форм течения за зданием ГЭС, распределения осредненных и пульсациоиных скоростей на участке сопряжения бьефов, распределения пьезо­ метрического давления на дно, эжекции потока в нижний бьеф.

3.Расчет сопряжений бьефов за водосбросными сооружениями вообще и за совмещенными гидроэлектростанциями в частности должен включать в себя: определение возможных форм течения воды за водосбросом, выбор наилучшей (оптимальной) формы те­ чения, что связано обычно с'выбором отметки водобоя, типа гаси­ телей и конфигурации дна отводящего канала (русла), расчет осредиенных и пульсационных скоростей, расчет дефицитов давления на участке сопряжения бьефов, определение длины жесткого креп­ ления, прогнозы возможных размеров ямы размыва, рекомендации

отипе и размерах концевого крепления.

37

Для разработки методики расчета сопряжения бьефов необхо­ димо было выполнить исследования, которые бы дали ответы на указанные выше вопросы.

4. Расчет сопряжения бьефов начинается с определения форм течения воды, которые могут наблюдаться за сооружением.

Исследование возможных форм течения воды за совмещенной ГЭС осуществлялось на модели ГЭС, выполненной в 1 : 60 н. в. (без моделирования агрегатов) и на модели в 1 : 32 н. в. (с моделью действующего агрегата).

5. При повышении горизонта воды в нижнем бьефе за здани­ ем ГЭС (при горизонтальном дне отводящего русла) наблюдается та же последовательность смены основных форм течения воды, что и за водосливной плотиной с уступом: донный отогнанный прыжок, донный затопленный прыжок, затопленный донно-поверх­ ностный прыжок,>поверхностный незатопленный прыжок, поверх­ ностный затопленный прыжок, форма течения, возникающая за сооружением при подтоплении струи на водосливе с характер­ ным поверхностным режимом. При недостаточной длине водо-

сливного носка и малых значениях турбинного расхода

восстанавливается донный затопленный прыжок.

Изменение очертания дна отводящего русла, например наличие наклонного участка водобоя за отсасывающей трубой, .вносит не­ которые изменения в названные формы.

6. ..Установлено влияние турбинного расхода на границы пере­ хода одной формы течения в другую. С увеличением турбинного расхода горизонты воды, при которых происходит переход от одной формы течения к другой, понижаются.

7.Предложен весьма простой графический способ определения границ перехода одной формы течения в другую при различных соотношениях турбинного qT и водосливного qaрасходов. Пользуясь графиком, приняв наиболее выгодную в данных условиях форму течения за зданием ГЭС, можно определить отметку водоб»)я.

8.Каждая форма течения характеризуется определенной зако­

номерностью распределения осредненных и пульсационных ско­ ростей по глубине и по длине потока.

Для определения максимальных актуальных скоростей в при­ донной области потока, характеризующих его размывающую спо­ собность, для каждой формы течения предлагаются графики, ;. также эмпирические формулы.

9. Разработан графический способ определения давления на дно отводящего русла за зданием ГЭС для любой формы течения воды.

38

Инженер Н. В. Мал'юк (Институт гидромеханики АН УССР)

РАСЧЕТ СКОРОСТЕЙ И ДАВЛЕНИЙ НА ДНО ОТВОДЯЩЕГО КАНАЛА ЗА ВОДОСЛИВНЫМИ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ КАПСУЛЬНЫМИ АГРЕГАТАМИ

1. Несмотря на широкое применение в гидроэнергетическом строительстве совмещенных зданий ГЭС, в частности ГЭС с гори­ зонтальными капсульными агрегатами, все вопросы, связанные с расчетом крепления отводящего русла, решаются пока эксперимен­ тальным путем на моделях конкретных объектов. Такое положение является следствием еще слабой изученности скоростной струк­ туры потока и характера распределения давлений на жесткое креп­ ление русла реки за зданием ГЭС. Поэтому до сих пор отсутствует и обоснованная методика расчета крепления русла на участке со­ пряжения бьефов.

2. В Институте в течение ряда последних лет ведутся экспери­ ментальные исследования гидротурбинных блоков совмещенного типа. Опыты производились намодели (в семи вариантах) водо­ сливной ГЭС с горизонтальными агрегатами без рабочих колес.

Скоростная структура потока исследовалась как при донном, так и при поверхностном режимах сопряжения бьефов при несколь­ ких конфигурациях дна отводящего русла.

Наряду с измерением.осредненных скоростей на участке сопря­ жения бьефов в значительной части опытов производилось измере­ ние пульсационных скоростей.

3. В работе приведены результаты опытов по определению максимальных мгновенных придонных скоростей и я* по длине отводящего русла в виде графиков

здесь v 3= -р- — средняя скорость потока в нижнем бьефе; /г2

q2= q1-}- qB— суммарный удельный расход турбин и водосбро­ сов в нижнем бьефе;

h2— глубина потока на рисберме.

На основании опытов по исследованию ' Цд* были получены

высоты уступа и величины сбрасываемого через водосбросы рас­ хода ;

при наличии наклонного участка дна нижнего бьефа относи­ тельные величины (£/д*)‘ уменьшаются по сравнению с вариан­ том модели, имеющим горизонтальное дно;

39