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

значительное влияние на величины £/д* как при донных, так и. при поверхностных режимах сопряжения бьефов оказывает турбинный поток. С увеличением турбинного расхода qr, а сле­ довательно и соотношения qT:qB, 0 Л* уменьшается.

При проектировании совмещенных ГЭС для расчета макси­ мальных мгновенных придонных скоростей рекомендуются сле­

на дно отводящего русла для рассматриваемого сооружения в об­ щем случае зависят от формы сопряжения бьефов, удельного рас­ хода турбинного и водосбросного потоков и конфигурации дна. Результаты анализа опытного материала представлены в виде рас­ четных графиков и эмпирических формул, которые могут быть ис­ пользованы для определения максимальных перепадов давления при заданных размерах сооружения, гидравлических характеристи­ ках турбинного и водосбросного потоков.

5. В работе приведена методика расчета крепления дна отводя­ щего русла за совмещенной ГЭС по предлагаемым расчетным за­ висимостям.

Канд. техн. наук В. В. Баланип (ЛИВТ)

ПРИБЛИЖЕННЫЙ СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ ПОТОКА

ВНИЖНЕМ БЬЕФЕ СОВМЕЩЕННЫХ ГЭС

1.Для решения целого ряда практических задач и в первую оче­ редь для выбора рационального крепления русла ниже совмещен­ ных ГЭС первостепенное значение имеет получение кинематиче­ ской картины потока в нижнем бьефе гидроузла.

40

В докладе дается попытка предложить приближенную методику аналитического определения осредненных скоростей в рассматри­ ваемой зоне для случая, отвечающего довольно значительной общ­ ности, Предполагается, что русло прямолинейное, прямоугольного поперечного сечения; трением на контуре пренебрегают. Следует заметить, что за совмещенными ГЭС или двухъярусными плоти­ нами влияние трения на контуре сравнительно невелико. Основ­ ное решение относится к симметричной схеме..

2. Рассматривается случай двухстороннего несимметричного расширения потока. При этом берется комплекс бесконечного чис­ ла групп струй двух видов, каждая из которых отвечает симмет­ ричной схеме.

3. Дается решение для частных случаев более сложных схем. В качестве примера приводятся кинематические схемы, построен­ ные применительно к нижнему бьефу некоторой определенной ГЭС. Дается анализ полученного решения и предлагаются выводы бо­ лее или менее общего характера.

4. Рассмотренные примеры показывают, что предлагаемая ме­ тодика, базирующаяся в основном на теории турбулентных струй проф. Коновалова И. М., дает возможность придавать, большую це­ леустремленность последующим лабораторным исследованиям, снижая их стоимость.

Канд. техн. 'наук Н. А. ’Михайлова, канд.

техн. наук К. И. Российский, инженер Т. П. Кромекая, инженер Н. Б. Мулюкова

(МГУ имени М. В. Ломоносова)

-ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПОТОКА ПРИ СБРОСЕ РАСХОДОВ СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ СТРУЯМИ ЧЕРЕЗ ГИДРОСТАНЦИЮ СОВМЕЩЕННОГО ТИПА

Исследовалась структура потока на модели гидростанции с сов­ мещенными турбинами и сбросными трактами при разных схемах их открытия. Опыты проводились применительно к одному из ва­ риантов Саратовской ГЭС. Модель, состоящая из четырех турбин­ ных блоков и выполненная в масштабе 1/100, имела ширину 1,8 м. Длина руслового лотка, на котором проводились опыты, равна

23,0 м.

Средние значения скорости потока над закрепленной частью русла определялись с помощью флюгера типа НИСа Гидропроек­ та. С этой целью фиксировались крайние положения стрелки, соответствующие поочередно минимальным и максимальным зна­ чениям скорости.

В результате исследований сделаны следующие выводы.

41

1.При одном открытом водосбросе по бокам транзитной струи образуются . водоворотные зоны, распространяющиеся за пределы крепления. Образование водоворотных зон объясняется подсасыва­ нием боковых струй от турбинных трактов к струе, идущей от водо­ сброса.

2.При полном открытии всех водосбросов и полном или частич­ ном открытии турбинных трактов растекание потока по ширине нижнего бьефа происходит значительно быстрее.

3.В случае неравномерного распределения .удельных расходов по ширине потока имеет Место увеличение удельных расходов при сходе потока с горизонтальной части крепления в яму размыва, что было отмечено ранее и другими исследованиями.

4.Эпюры средних скоростей течения на ближайших к гидро­ станции створах имеют донный характер с максимумом' скорости на некотором расстоянии от поверхности. По мере движения потока вдоль горизонтальной части крепления происходит перераспреде­ ление скоростей течения по глубине, причем во всех опытах к кон­ цу крепления закон их распределения становится близким к нор­ мальному, свойственному равномерному движению. Далее в месте

углубления дна наблюдается уменьшение донных скоростей.

5. В большинстве опытов пульсация скорости возрастает к на­ чалу горизонтальной части крепления. По мере продвижения по­ тока вдоль горизонтального крепления пульсация уменьшается. Рост или убыль пульсаций в углубленной части русла за крепле­ нием зависит от интенсивности пульсаций в конце горизонтальною участка крепления. Если на подходе к углублению относительная пульсация скорости превышает величину порядка 0,30, то в углуб­ лении пульсация уменьшается, при меньших значениях относитель­ ной пульсации скорости в углублении пульсация скорости увели­ чивается.

Инженер Г. Л. Рубинштейн

(ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева)

РЕЖИМ ПОТОКА И МЕСТНЫЕ РАЗМЫВЫ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ ПЛЯВИНЬСКОИ ГЭС (ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ)

1.Основные характеристики и особенности исследуемого объек­ та и задачи исследований.

2.Краткое описание исследованных вариантов:’ водосливная ГЭС с низким носком и длинными бычками водосброса; два ва­ рианта ГЭС, совмещенной с глубинными водосбросами и прямо­ осной (раструбной) отсасывающей трубой; вариант водосливной

Г'ЭС с короткими бычками, водосброса.

42

3. Результаты лабораторных исследований показали, что в гид­ равлическом отношении наилучшнм является вариант водосливной ГЭС с короткими бычками водосброса, который и принят для строительства.

Варианты ГЭС, совмещенной с глубинными водосбросами, хотя и имеют некоторые преимущества по сравнению с принятыми в ус­ ловиях пропуска строительных расходов II очереди, характери­ зуются крайне неблагоприятным (неравномерным) распределением удельных расходов и скоростей и существенным увеличением объе­ ма работ, особенно земляных, что явилось достаточным основанием для отказа от применения этих вариантов.

4.Основные результаты исследований режима потока и мест­ ных размывов в период эксплуатации. Улучшение условий сопря­ жения бьефов и упрощение схемы маневрирования затворами бла­ годаря устройству коротких бычков водосброса (интенсификация планового растекания сбрасываемого потока в пределах водосбро­ са). Обоснование принятой конструкции гасителей энергии и оцен­ ка необходимой длины рисбермы. Необходимость борьбы с вакуу­ мом под струей, мероприятия по подводу воздуха под.струю.

5.Усложнение условий сопряжения бьефов в период пропуска строительных расходов II очереди и необходимые изменения кон­ струкций нижнего бьефа по условиям пропуска строительных рас­

ходов.

Некоторые замечания о "режиме потока внутри штрабленного турбинного блока и необходимые мероприятия для борьбы с опас­ ным вакуумом внутри блока, и особенно в районе пазов строитель­ ных затворов. .

6. Характеристика конструкций сооружений нижнего бьефа, принятых окончательно с учетом условий периода эксплуатации и строительства. Основные выводы из проведенных исследований.

Канд. техн. наук М. Э. Факторович, инженер

А. Б. Векслер, инженер В. М. Доненберг

(ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева)

ТРАНСФОРМАЦИЯ РУСЛА НИЖНИХ БЬЕФОВ СОВМЕЩЕННЫХ ГЭС

1. Так называемые совмещенные ГЭС являются новым типом сооружений, относительно короткий срок эксплуатации которых со­ вершенно недостаточен для всесторонней оценки этих сооружений. Первые совмещенные ГЭС (Камская и Дубоссарская) вступили в частичную эксплуатацию лишь в 1954 г. В настоящее время ь стадии эксплуатации находится более 10 гидростанций совмещен­ ного типа; в стадии же проектирования и строительства находится еще около 10 ГЭС этого типа.

43

2. ' В 1962 г. ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева приступил к широ­ ким исследованиям общих трансформаций и, в относительно мень­ шем объеме, местных деформаций, наблюдаемых в неподпертых и подпертых нижних бьефах речных гидроузлов. В общем плане исследований большое место занимает ознакомление с натурными эксплуатационными данными, касающимися изучаемой проблемы.

В связи с этим было обследовано состояние русла нижних бьефов значительного количества крупных речных гидроэлектростанций и ь их числе большинство эксплуатируемых в настоящее время ГЭС совмещенного типа.

3. Наибольшие местные деформации незакрепленного русла нижнего бьефа совмещенных ГЭС на участках, непосредственно примыкающих к сооружению, наблюдающиеся на ряде обследо­ ванных гидроузлов, произошли в результате пропуска через водо­ сбросные отверстия здания гидростанции строительных расходов в весьма неблагоприятных условиях. Временная эксплуатация гид­ роузлов при недостаточном в результате строительных недоделок обеспечении расчетного водосбросного фронта также способство­

сооружения, что обусловило сбойность движения с большими со­ средоточенными расходами и привело к местным размывам, до­ стигшим на Волжской ГЭС имени В. И. Ленина глубины свыше 30 м, что почти вдвое превысило ожидавшуюся расчетную глубину.

4. Строительные недоделки в виде остатков перемычек, непропзведенных энергетических расчисток и др. приводят в ряде случаев (Пермская, Павловская, Новосибирская ГЭС) к существенному несоответствию принятых в эксплуатацию русел нижних' бьефов их проектному очертанию. Указанное несоответствие способствует поз- > никновению сбойности потока, что обусловливает значительные местные деформации русла.

5. Опыт эксплуатации Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС показывает, что при отсутствии отмеченных выше недостатков и при обеспечении нормальных условий эксплуатации водосбросных отверстий зданий совмещенных ГЭС в их нижних бьефах не наблю­ дается сколько-нибудь существенных местных деформаций русла нижнего бьефа.

6. Существующие правила эксплуатации ГЭС предусматри­ вают пропуск паводковых расходов через водосбросы зданий сов­ мещенных ГЭС лишь в тех крайних случаях, когда другие водо­ сбросные отверстия полностью использованы или не могут быть использованы по каким-либо особым обстоятельствам. В связи с этим в условиях нормальной эксплуатации совмещенных ГЭС их водосбросные отверстия, как правило, не работают, а относительно

44

короткийсрок эксплуатации не дал возможности накопления до­ статочно полных данных о работе этих сооружений.

7. Есть основания полагать, что на общие трансформации русел на значительном протяжении нижних бьефов не должны сказывать­ ся особенности ГЭС совмещенного типа.

Инженер Н. В. Шрагип

(ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева)

ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕМАТИКИ ПОТОКА В НИЖНЕМ БЬЕФЕ СОВМЕЩЕННЫХ ГИДРОСТАНЦИИ

НА ОДНОПРОЛЕТНОЙ МОДЕЛИ

1. За последние десятилетия в гидроэнергетическом строитель­ стве широкое распространение получили гидроэлектростанции, раз­ личным образом совмещенные с водосбросами. Выполненные С. М. Слпсским и другими исследователями работы, посвященные гидравлике совмещенных станций, позволяют говорить о доста­ точной изученности режимов сопряжения и методов их расчета.

Однако вопросы кинематической и динамической структуры по­ тока за зданием совмещенных станций,-вопросы гашения энергии и крепления нижнего бьефа до настоящего времени почти не рассмат­ ривались. Поэтому изучение, этих вопросов является весьма акту­ альным.

2. В порядке подготовки к исследованиям указанных вопросов в пространственных условиях на многопролетной модели в 1963 году в Лаборатории плотин и гидроузлов проводилось .изуче­ ние кинематики потока на однопролетной модели совмещенной ГЭС, имеющей напорные донные водосбросы. Целью исследования было решение двух основных задач:

а) установление степени влияния закрутки потока модельной турбиной на поле осредненных скоростей в нижнем бьефе стан­ ции;

б) разработка метода расчета распределения осредненных ско­ ростей в нижнем бьефе при поверхностном режиме.

3. Первая задача возникла в связи с необходимостью обосно­ вания возможности изучения кинематики потока в нижнем бьефе совмещенных ГЭС на схематических многопролетиых моделях без турбин. .

Решение второй задачи позволяет подойти к оценке воздействия потока на дно н крепление нижнего бьефа.

4. Сравнение распределения осредненной скорости и ее трех со­ ставляющих, измеренных при установленной в блоке турбине и без нее при наличии водосбросного расхода, показывает доста­ точно хорошее их совпадение.

45

Таким образом, проведенное исследование позволяет при на-

Y~- < 1 ] проводить изучение ки-

Увод /

нематической структуры в нижнем бьефе совмещенных ГЭС на моделях без турбины.

5. В процессе исследования была выявлена универсальность профиля относительной избыточной скорости па участке значитель­ ной протяженности, что определило сходство потока в нижнем бьефе при наличии сбросного расхода со струйным течением.

На основе этого путем использования экспериментальных дан­ ных и методики расчета скоростей в смесительной камере эжектора была установлена величина эмпирической постоянной и даны фор­ мулы для'расчета распределения осреднениых скоростей по длине и глубине потока в нижнем бьефе в условиях плоской задачи.

Канд. техн. наук М Э. Факторович (ВНИИГ имени Б. В. Веденеева)

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОУДАРЕНИЯ ПОТОКОВ ДЛЯ ГАШЕНИЯ ЭНЕРГИИ И БОРЬБЫ СО СБОИНОСТЫО

ВНИЖНИХ БЬЕФАХ СОВМЕЩЕННЫХ ГЭС

1.Основная идея совмещения водосбросов и водопроводящего тракта гидротурбин в одном сооружении заключается в использо­ вании здания ГЭС для пропуска сбросных расходов, что позволяет существенно сократить фронт бетонной водосбросрогг плотины или полностью отказаться от ее сооружения. Следуя этой идее, было бы целесообразным стремиться к увеличению удельных сбросных рас­ ходов. Однако это стремление ограничивается необходимостью га­ шения энергии сбросного потока, необходимостью' устройства ста ционарных гасителей энергии в непосредственной близости от вы­ ходных сечений отсасывающих труб, что приводит к подпору рабо­ чих колес турбин и к соответствующей недовыработке электроэнер­ гии. Использование соударения потоков в качестве мероприятия по гашению энергии сбросного потока, проходящего через совмещен-,

ные ГЭС, лишено отмеченных недостатков и позволяет существен­ но увеличить удельные расходы этих сооружений.

2.В общем плане исследований взаимодействия соударяющихся потоков жидкости, выполненных во ВНИИГе имени Б. Е. Веде­ неева, значительное внимание уделено изучению простейшей схемы совмещенной ГЭС, в которой часть сбросного расхода пропускается через водосбросы, расположенные над отсасывающими трубами, а остальная часть сбрасывается через водосбросы, заканчивающиеся щелевым выпуском на водобое.

3.В процессе экспериментальных исследований было подтвер­ ждено предположение,о линейном законе распределения гпдродн -

46

-намических давлений в створе выходного сечения отсасывающих труб и была дана оценка потери энергии на участке движения сбросного и турбинного потоков до их соударения со сбросным по­ током, выходящим из донного щелевого выпуска на водобое. Эти данные позволяют теоретически определить сжатую глубину тур­ бинного и сбросного потоков.

4. На основании уравнения количества движения установлена теоретическая зависимость между сопряженными глубинами, на участке соударения турбинного и сбросных потоков в условиях плоской задачи при критическо-крптическом режиме и даны соот­ ветствующие расчетные графики в безразмерных координатах. По­ лученные аналитические зависимости хорошо согласуются с экспе­ риментальными данными.

5.В результате теоретических и экспериментальных исследо­ вании установлена принципиальная возможность эффективного га­ шения энергии путем использования соударения потоков в рассмот­ ренной схеме совмещенной ГЭС.

6.Заслуживает внимания вопрос о возможности использовании соударения потоков для борьбы со сбойностыо движения в нижнем бьефе водосбросных сооружений. Опытами установлено, что устрой­ ство донных щелевых выпусков на водобое способствует интенсив­ ному растеканию потока в плане при частичной работе водосброс­ ного фронта. В частности, таким способом можно полностью лик­ видировать водоворотную область при пятикратном плановом рас­ ширении потока.

При этом удельный расход донного щелевого выпуска состав­ ляет около 15% от удельного расхода в начальном створе расши­ рения.

7.Вопрос о технико-экономической эффективности использова­

ния соударения потоков для гашения энергии в нижнем бьефе сов­ мещенных ГЭС может быть решен после разработки приемлемой в инженерном отношении конструктивной схемы размещения водо­ водов в гидротурбинных блоках, обеспечивающей эффективное со­ ударение потоков и после экспериментальных гидравлических ис­ следований указанной схемы.

Канд. техц. наук А. Г. Соловьева (ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева)

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ НИЖНЕГО БЬЕФА ВЫСОКОНАПОРНЫХ ГЭС НА МНОГОВОДНЫХ РЕКАХ

1. Строительство высоконапорных ГЭС на многоводных реках обусловливает необходимость сброса в нижйий бьеф значителоных паводковых расходов в течение относительно длительного периода времени.

47

Для пропуска паводковых расходов в этих условиях, как пра­ вило, используются водосливные плотины.

2. Одной из рациональных схем сопряжения бьефов при строи­ тельстве высоконапорных ГЭС на скальных основаниях является схема сопряжения бьефов по типу отброса струи, т. е, возведение в составе гидроузла водосливной плотины с носком-трамплином. При таком сопряжении бьефов представляется возможным отка­ заться от устройства в нижнем бьефе специальных гасителей энер,- гии. Используя сброс струи, можно удалить возможную яму раз­ мыва на расстояние, где она уже не будет представлять опасности для сооружения.

3. При подобной схеме сопряжения бьефов, однако, могут иметь место некоторые затруднения в эксплуатации ГЭС, обусловленные возникновением . перепада давления между ' пространством под струей, сбрасываемой с плотины, и нижним бьефом ГЭС.

Значительное понижение давления, в области под струей вызы­ вает возникновение вдоль фронта ГЭС поперечных течений с боль­ шими скоростями, что, естественно, оказывает влияние па скорост­ ной режим выходящего из отсасывающих труб потока.

4. Исследования, проведенные на модели высоконапорного гид­ роузла (Красноярская ГЭС), позволили установить факторы, влияющие на режим течения в нижнем бьефе ГЭС.

Эти исследования показали, что длина фронта ГЭС, в пределах которого наблюдается поперечное течение с большими скоростями, зависит от следующих факторов:

а) действующего напора;

д) деформации русла в нижнем бьефе, расположения и вы­

а) величина поперечных скоростей на выходе потока из ГЭС уменьшается с уменьшением действующего напора и расхода;

б) увеличение расстояния между водосливной частью плотины и станцией способствует уменьшению длины фронта ГЭС, в пре­ делах которого наблюдается поперечное течение;

в) увеличение длины раздельного пирса, расположенного между ГЭС и плотиной, определяет уменьшение скоростей поперечного течения и пульсаций давления на выходе потока из отсасывающих

труб; г) интенсивность поперечного течения на выходе потока из

ГЭС увеличивается с ростом высоты и распространения в сторону станции бара, образующегося из продуктов размыва на границе ямы размыва.

48

6.Наличие перепала давления между ГЭС и плотиной, обуслов­ ливающее возникновение поперечных течений вдоль станции, ведет также-к размыву основания у раздельного пирса.

7.Для улучшения режима в нижнем бьефе ГЭС было реко­

мендовано:

а) увеличить расстояние между водосливной частью плотины и ГЭС путем переноса одного водосливного пролета в сторону про­ тивоположного от ГЭС берега;

б) увеличить длину раздельного пирса, расположенного на границе плотины и ГЭС;

в) ограничить пропуск расхода через ближайшие к ГЭС про­ леты;

г) производить периодическую чистку русла путем уборки части бара, распространившегося в сторону ГЭС.

8. Исследования также показали,. что переход к сопряжению бьефов с помощью устройства водобойного колодца, что в условиях рассматриваемого гидроузла представлялось экономически нецеле­ сообразным, позволял улучшить режим потока в нижнем бьефе ГЭС за счет более интенсивного гашения энергии в водобойном колодце.

9. Анализ проведенных исследований указывает на необходи­ мость своевременного, на стадии составления проекта, учета осо­ бенностей трамплинной схемы сопряжения бьефов и, исходя из этого, в целях обеспечения благоприятного режима в нижних бье­ фах ГЭС, определять взаимное расположение станции и водослив­ ной плотины, назначать длину раздельного пирса, устанавливать график.открытия пролетов па плотине.

Инженеры М. Н. Лебедев и С. И. Егоршин

(НИС Гидропроекта имени С. Я. Жука)

ОПЫТ ОРГАНИЗАЦИИ НАТУРНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ НИЖНЕГО БЬЕФА СРЕДНЕНАПОРНЫХ

'ГЭС (КАИРАК-КУМСКАЯ ГЭС)

1.Программа натурных исследований Кайрак-Кумской ГЭС предусматривала в качестве одной из задач оценку условий сопря­ жения ГЭС с нижним бьефом.

Это требовало измерения гидравлических характеристик потока непосредственно на выходе из турбинного блока (устье отсасываю­ щей трубы), в пределах водобоя и рисбермы ГЭС.

2. Повышенные скорости и бурность течения, а также требуе­ мые гидравлические характеристики исключают применение в этих условиях методов и средств обычной гидрометрии.

3. Необходимость измерения направлений векторов скорости заставили разрабатывать специальные устройства, конструкция,