7.2 Напорные характеристики гэс
Если у плотины ГЭС поддерживается постоянный уровень воды, то потери напора во всех сооружениях до входа воды в турбинную камеру зависят от величины проходящего через них расхода. В графической форме эта зависимость представлена на рис. 10 (кривая 1). Как видно из графика, здесь величины потерянного напора, соответствующие различным значениям расхода воды, отложены вниз от горизонтальной прямой, проведенной на отметке уровня воды у плотины ГЭС. На этом же графике построена кривая зависимости уровня воды в нижнем бьефе ГЭС от величины расхода воды (кривая 2). Тогда расстояние, измеренное по вертикали между соответственными точками верхней и нижней кривых, дает величину напора, с которым работает ГЭС при заданной отметке уровня воды у плотины и при различных величина расхода воды, проходящего через турбины. После этого на отдельном графике можно построить кривую зависимости напора ГЭС от величины расхода воды, проходящего через турбины. Такая кривая называется напорной характеристикой ГЭС. Форма напорной характеристики может быть различной. На рис. 11 показан примерный вид напорной характеристики для низконапорной плотинной ГЭС.
В этом случае величина потерянного напора зависит главным образом от колебаний уровня воды в нижнем бьефе ГЭС. Кривая обращена выпуклостью вниз. Для высоконапорных деривационных ГЭС потери напора возникают главным образом в сооружениях — туннелях, каналах или трубопроводах. Колебания уровня воды в нижнем бьефе ГЭС при высоких напорах не имеют большого значения. Напорная характеристика высоконапорной ГЭС для смешанной плотинно-деривационной схемы построена на рис. 12. Здесь кривая обращена выпуклостью вверх. Построенные напорные характеристики относятся к одному определенному положению уровня воды в верхнем бьефе ГЭС. Если ГЭС работает с регулированием, то уровень воды в водохранилище не остается постоянным. В этом случае каждому положению уровня воды в водохранилище должна соответствовать своя особая напорная характеристика. Для получения напорных характеристик при различных положениях уровня воды в водохранилище ГЭС необходимо построить только одну напорную характеристику для произвольно выбранного положения уровня воды в верхнем бьефе и затем просто передвигать ее вверх или вниз, не изменяя ее формы. На рис. 11 и 12 построены напорные характеристики ГЭС, при наиболее высоком положении уровня воды в водохранилище НПГ и наиболее низком — ГМО. Они указывают самую большую и самую малую величину, которую может иметь напор при различных расходах воды, проходящих через турбины ГЭС.
Если на той реке, на которой построена ГЭС, в зимнее время образуется ледяной покров, то для этой ГЭС кривые зависимости уровня воды от величины расхода в нижнем бьефе неодинаковы для зимы и для лета. Следовательно, и напорные характеристики таких ГЭС также будут различными для периодов, когда русло реки покрыто льдом и когда оно открыто. Точно так же ГЭС имеет несколько семейств напорных характеристик в тех случаях, когда в ее нижнем бьефе сказывается влияние подпора.
Несколько более сложный вид имеют напорные характеристики тех ГЭС, у которых вода к каждой турбине подводится отдельным трубопроводом, причем эти трубопроводы не соединены в нижней части общим коллектором. Графическая зависимость величины потерь напора от расхода воды для этого случая построена на рис. 13. Здесь мы имеем не одну кривую, а столько, сколько агрегатов установлено на ГЭС. Если при одной и той же величине расхода воды одновременно работает не один агрегат, а несколько, то потери напора уменьшаются, так как скорость воды в каждом из трубопроводов становится меньше. Резкое уменьшение потерь напора происходит в момент включения каждого дополнительного агрегата. В результате кривая зависимости потерь напора от величины расхода воды получает сложную зубчатую форму, показанную на рис. 14 сплошной линией. Если учитывать только потери напора, то всегда была бы выгодной параллельная работа всех агрегатов ГЭС. Однако при малых нагрузках, приходящихся на каждый агрегат, к. п. д. турбин очень сильно уменьшается и оказывается более выгодным отключение части агрегатов для того, чтобы увеличить нагрузку других, так как при этом увеличивается общий к. п. д. ГЭС.
Все то, что сказано в данной лекции, относится к тем случаям, когда движение воды в бьефах и в сооружениях ГЭС является установившимся, т. е. когда величина расхода воды или не изменяется в течение некоторого промежутка времени, или изменяется достаточно медленно. При быстрых изменениях величины расхода воды, как, например, при суточном регулировании в бьефах и сооружениях ГЭС,- наблюдается неустановившийся режим движения воды, для расчетов которого применяются специальные гидравлические методы.