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

I. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ ГИДРОТУРБИННЫХ БЛОКОВ

Доктор техн. наук А. С. Абелев (ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева)

ПЕРСПЕКТИВЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ В ОБЛАСТИ ГИДРОТУРБИННЫХ БЛОКОВ И РАЗВИТИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БАЗЫ ВНИИГа

I. Научные исследования в области гидравлики гидротурбинных блоков предполагается развивать в следующих основных направ­ лениях:

1) гидравлические исследования по совершенствованию компо­ новок блоков, форм их отдельных элементов и уменьшения потерь напора проточной части гидротурбинных блоков приплотинных и русловых' ГЭС с радиально-осевыми и поворотно-лопастными тур­ бинами;

2)гидравлические исследования проточной частиблоков ГЭС совмещенного типа с горизонтальными гидротурбинами;

3)гидравлические исследования блоков ГЭС с обратимыми тур­ бинами для гидроаккумулирующих станций;

4)' .гидравлические исследования гидротурбинных блоков придивных ГЭС;

5) исследования актуальных гидродинамических нагрузок на

,элементы проточной части гидротурбинных блоков и затворы гид­ ротехнических сооружений;

6)исследования явлений кавитации, кавитационной эрозии раз­ личных материалов (в том числе синтетических) и разработка ме­ тодов борьбы с вредными проявлениями кавитации в гидротехни­ ческих сооружениях;

7)исследования энергетических и кавитационных характеристик гидротурбин реактивного типа в условиях их работы в гидротур­ бинном блоке;

8)гидравлические исследования элементов проточной части блоков насосных станций крупных ГРЭС и ТЭЦ с целью сниже­ ния гидравлических потерь; обеспечение очистки воды от мусора, устранение вихреобразований и обеспечение устойчивой работы насосов;

3

9) исследования абразивного износа гидравлических машин и гидротехнических сооружений.

II. Существующая экспериментальная база Лаборатории вклю­ чает:

1) энергетический стенд для исследования гидротурбинных бло­ ков ГЭС приплотинного типа с диаметром рабочих колес модель­ ных турбин 250 мм, расходом 150 л/сек и напором до 4 м;

2)аэродинамический стенд производительностью 2,5 мг/сек, позволяющий испытывать элементы гидротурбинных блоков (ре­ шетки, пазы затворов и др.);

3)кавитационную камеру для исследования явлений кавитации

ииспытаний различных материалов на кавитационную эрозию при

напоре до 40 м и максимальной скорости в сжатом сечении

25м/сек;

4)стенд насосных блоков крупных тепловых электростанций

для исследования камер всасывания, явлений вихреобразования в насосных блоках и водоочистных сетках.

III. Экспериментальная база вновь строящейся лаборатории будет включать:

1).кавитационный стенд с максимальным расходом порядка 1400 л/сек и напором до 100 м для исследования гидротурбинных блоков с диаметром рабочих модельных турбин 250—460 мм и затворов гидротехнических сооружений;

2)аэродинамический стенд производительностью 5 мг/сек для исследования гидротурбинных блоков и их элементов с диаметром рабочих колес модельных турбин 460—600 мм;

3)энергетический стенд для исследований крупномасштабных моделей гидротурбинных блоков ГЭС со следующими диаметрами

рабочих колес модельных тур&н: радиально-осевые —до 460 мм и поворотно-лопастные — до 600 мм. На стенде при напоре до 6 м могут быть также исследованы гидротурбинные блоки насосных станций с обратимыми гидротурбинами, блоки совмещенных ГЭС с горизонтальными гидротурбинами, блоки приливных ГЭС и за­ творы гидротехнических сооружений;

4) стенд для испытания полупространственных моделей при од­ новременной работе трех модельных блоков с диаметром рабочих колес модельных турбин 250 мм;

5) высоконапорный стенд с расходом 160 л/сек и напором до 7 м для специальных исследований моделей гидротурбинных бло­ ков с диаметром рабочих колес модельных турбин 250 мм, рабо­ тающих в условиях потоков с 'повышенным содержанием в них на­ носов и исследований затворов гидротехнических сооружений;

6) гидродинамическую трубу замкнутого типа для исследова­ ний кавитационной эрозии различных материалов, .затворов и дру­ гих элементов гидротехнических сооружений со скоростями в испы­ тательной камере до 50 м/сек;

4

7) русловой лоток длиной 34 м, шириной 5,35 м, высотой 0,5 м с расходом 150 л/сек для исследования на полупространственных моделях гидравлики нижних бьефов ГЭС.

Проф., доктор техн. наук С. М. Слисский (МИСИ имени В. В. Куйбышева)

ИНСТРУКЦИЯ ПО ГИДРАВЛИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ МАШИННЫХ ЗДАНИИ ГЭС

1. В связи с возведением в нашей стране большого числа гидро­ электрических станций в ряде случаев, весьма оригинальных и имеющих уникальные параметры, в соответствующих научно-иссле­ довательских и проектных институтах были проведены и проводятся для проверки проектных решений и их улучшения лабораторные гидравлические исследования турбинных блоков.

В настоящее время многими авторами разработаны методы гид­ равлических расчетов, позволяющие при проектировании машин­ ных зданий разрешать ряд вопросов расчетным путем. Однако до сих пор большинство из имеющихся решений или совсем не исполь­ зуется в проектной практике, или нашло слабое применение. В то. же время расчетный путь не только способствует принятию пра­ вильных приемлемых решений, но и позволяет порой избежать ла­ бораторных исследований или сократить их объем. Назрела необхо­ димость обобщения способов гидравлических расчетов машинных зданий и рекомендаций,, полученных в процессе лабораторных ис­ следований. Такой обобщающей работой может быть «Инструкция но гидравлическим расчетам машинных зданий гидроэлектростан­ ций». '

2. Разрабатываемая в МИСИ имени В. В. Куйбышева по пору­ чению Госстроя и Гидропроекта имени С. Я. Жука «Инструкция по гидравлическим расчетам проточной части гидроэлектростанций» рассматривается авторами работы как составная часть будущей полной инструкции по гидравлическим расчетам машинных зданий в целом, т. е. включая гидравлику подводящего и отводящего русел машинного здания (участков верхнего и нижнего бьефов, примы­ кающих к машинному зданию). Инструкция предназначается для использования при проектировании машинных .зданий I, II и III классов капитальности, и распространяется на русловые и припло-

тинные гидроэлектростанции как обычного, так и совмещенного ти­ пов.

3. В окончательном виде «Инструкция по гидравлическим рас­ четам машинных зданий», по-видимому, будет иметь следующие разделы: Вводная часть, Гидравлические параметры ГЭС, Подво­ дящее русло машинного здания, Водоприемник ГЭС (русловые и приплотинные ГЭС), Водосбросы (пропускная способность, очерта-

5

ния, построение профиля водослива, расчет давлений в сечениях напорных водосбросов), Нижний бьеф машинного здания (режи­ мы, гашение энергии, длины креплений, концевое крепление), Рас­ чет отметки водобоя, Эжекция, Турбинные камеры, Отсасывающие трубы, Влияние гидравлики проточной части на габариты блока, Нагрузки на элементы проточной части турбины при нестационар­ ных режимах, Пропуск строительного расхода через машинное зда­

ние.

В разработанную МИСИ первую редакцию «Инструкции по гш дравлическим расчетам проточной части гидроэлектростанций» включены лишь некоторые из перечисленных разделов.

4. Новизна и разнообразие компоновок турбинных блоков, и/ гидравлических схем вызвали появление ряда новых наименовании

итерминов, не установившихся до сих пор, часто противоречивых

ипорой нелогичных, что вносит в технический язык нечеткость и путаницу. Поэтому собственно гидравлической части Инструкции предшествует раздел, посвященный вопросам терминологии и клас­ сификации, в том числе в части определения типов машинных зда­

ний.

В частности,, признано неприемлемым разделение гидроэлектро­ станций на «совмещенные» и «водосливные», или выделение совме­ щенных ГЭС в особый вид «специальных гидроэлектростанций», как это предлагается Г. А. Претро.

5. При отборе рекомендуемых методов решения той или иной гидравлической задачи предпочтение должно быть отдано реше­ ниям, имеющим более строгую теоретическую основу. Однако ряд теоретических решений является сложным и потому трудоемким. В таких случаях в Инструкции приводятся два метода расчета-- простой, обычно основанный на использовании эксперименталь­ ных зависимостей, и наиболее строгий, являющийся в ряде случаев сложным и трудоемким.

6.В некоторых частях Инструкции предлагаются способы рас­ чета, использующиеся в существующих справочных или норматив­ ных руководствах. В значительной мере использованы ТУиНы МЭС

СССР, 1951 г. «Гидравлические расчеты водосливов». В задачу со­ ставителей инструкции в данном случае входило отобрать наибо­ лее надежные способы расчета и применить их к машинным зда­ ниям гидроэлектростанций.

7.Для использования способов расчета, не вошедших пока в нормативные или справочные руководства, проведена работа по выявлению наиболее приемлемых из них. Например, сопоставлены формулы перепада восстановления, полученные А. А. Сабанеевым, С. М. Слисским, В. Б. Дульневым и другими авторами. Сопостав­ лены формулы для расчета потери напора в пазах, предложенные Н. Т. Назаровым, Г. А. Чепайкиным, Э. Мошони, С. М. Слисским.

В Инструкции используются формулы М .' Ф. Складнева и С. М. Слисского для расчета режимов нижнего бьефа; Г. ГГ Скреб-

6

нова —для расчета коэффициента скорости в сечении на водобос или на носке водослива и для определения оптимального заглуб­ ления отверстий напорных водосбросов; С. М. Слисского — для оп­ ределения пропускной способности напорных водосбросов; В. Б. Дульнева — для расчета потерь напора на сороудерживающих решетках; А. Р. Березинского — для определения коэффициента ■расхода водослива с широким порогом и для расчета потерь напора па решетках, а также формулы некоторых других авторов.

8. Некоторые из использованных методов расчета еще не опуб­ ликованы в печати. Например, предлагается способ расчета дав­ лений на стенках напорных водосбросов в сечениях на повороте, разработанный автором настоящего доклада. Расчет потерь напора на решетках в случае неравномерного по направлению поля ско­ ростей в ртворе перед решеткой предлагается производить путем суммирования сопротивлений по элементам расчлененной решетки. Потери напора в водоприемнике машинного здания предлагается для некоторых схем определять с помощью уравнения количества движения.

Для построения поля скоростей в водоприемнике машинною здания как обычной, так и совмещенной ГЭС с успехом использует­ ся метод ЭГДА.

9. Большинство рекомендуемых методов расчета проверено на обширном экспериментальном материале. Случаи недостаточного экспериментального обоснования рекомендуемых формул оговари­ ваются с тем, чтобы ориентировать проектные организации на необходимость проведения в надлежащих случаях соответствую­ щих лабораторных исследований.

10. Для завершения работы над Инструкцией требуется даль­ нейшее изучение и отбор для нее расчетных методов и рекомен­

НОВАЯ ЛАБОРАТОРИЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ ЛПИ И ЕЕ ЗАДАЧИ В ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОАГРЕГАТНЫХ БЛОКОВ ГЭС

1.В 1963 году завершено строительство Лаборатории гидро­

энергетики Ленинградского политехнического института имени М. И. Калинина и начаты научно-исследовательские работы. Па­ раллельно с этими работами студенты старших курсов Гидротех­ нического факультета выполняют лабораторные задания по курсу использования водной энергии.

7

ний моделей гидроагрегатных блоков ГЭС руслового типа с гори­ зонтальными капсульными агрегатами при диаметре рабочих ко­ лес D| = 250 мм, расходах.до 300 л!сек и напорах до 1 м;

б) стенд АГ° 2 для энергетических и гидравлических исследова­ ний гидроагрегатных блоков ГЭС руслового и приплотинного типа

сдиаметром модельных турбин 460—250 мм, расходом до 500 л/сек

инапором до 4,5 м;

в) стенд Лг9 3 для энергетических и гидравлических исследова­ ний гидроагрегатных блоков ГЭС высокого напора (прнплотннпого или подземного типа) с диаметром модельных турбин 250 мм, расходом до 200 л/сек и напором до 9 м.

На стенде № 2 имеется возможность проводить испытания об­ ратимых гидроагрегатов.

3. Задачи в области исследования гидроагрегатных блоков ГЭС, стоящие перед Лабораторией, определяются перспективами строи­ тельства гидростанций в СССР.

В Лаборатории предполагается исследовать:

а) новые типы гидроагрегатных блоков речных и морских гид­ росиловых установок с вертикальным и горизонтальным располо­ жением вала;

б) влияние отдельных элементов проточной части гидроагрегат­ ных блоков на энергетическую характеристику агрегата;

в) вопросы моделирования установившихся и неустановившихся режимов рабочего процесса гидроагрегатного блока ГЭС с уче­ том верхнего и нижнего бьефов;

г) гидродинамическое воздействие потока на подводную часть здания ГЭС;

д) влияние друг на друга смежных гидроагрегатных блоков в условиях пространственной гидравлической задачи и другие во­ просы.

4. В настоящее время в Лаборатории ведутся исследования мо­ делей гидроагрегатных блоков Череповецкой ГЭС на Шексне, Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС на Енисее. Отличительной чертой этих исследований является то, что они проводятся в тес­ ном контакте с ЛМЗ, ИДТИ и ВНИИГом.

Доктор техн. наук Ф. Г. Гунько, канд. техн. наук В. А. Солнышков.

(ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева)

ЗАДАЧИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НИЖНИХ БЬЕФОВ СОВМЕЩЕННЫХ ГЭС

1. Обследования нижних бьефов совмещенных гидростанций показали, что за жесткими креплениями этих ГЭС произошли раз-

8

Мывы при пропуске расходов меньше расчетных. Величины этих размывов оказались значительными и близкими к тем, которые ожидались при пропуске расчетных расходов.

Анализ собранных данных о размывах в нижнем бьефе совме­ щенных ГЭС показывает, что размывы вызваны имевшими место в нижних бьефах сбойными течениями, характеризующимися уве­ личением удельных расходов в конце рисберм, а также повышен­ ными скоростями, обусловленными как значительными величинами

течения возникали, как правило, вследствие нарушений схем про­ пуска сбросных расходов, рекомендованных, лабораториями. Ре­ зультаты отклонения от рекомендованных схем проявились особен­ но заметно в. тех случаях, когда за отдельными водосбросными от­ верстиями возникал поверхностный режим течения, а также и при донном режиме течения в случае гладкого или шероховатого водо­ боя.

Однако и при соблюдении схем пропуска сброснькх расходов не исключается вероятность возникновения размывов, отличающихся от предполагаемых вследствие отсутствия необходимых для проек­ тирования сооружений достаточно полных данных о размываемости естественных грунтов, увязанных с кинематическими характеристи­ ками воздействующего на грунт потока.

2. Основным вопросом для проектирования креплений нижнего бьефа совмещенных ГЭС является вопрос о размерах его. крепле­ ния: длине и толщине. Длину крепления назначают, исходя, во-пер­ вых, из возможных допустимых размывов русла за креплением и, во-вторых, из условий устойчивости грунта, на котором располо­ жено здание ГЭС и крепление.

Назначение толщиныкреплений производят, исходя из условий обеспечения устойчивости и прочности плит при динамическом при­ ложении к ним нагрузок. Расчетные нагрузки нужно определять для нормальных и поверочных схем пропуска сбросных расходов с учетом работы турбин и возможной сбойности течения, принимая во внимание демпфирующие свойства подстилающего фильтра и

,конструкции крепления при наличии разгрузочных дренажных от­ верстий. Экспериментально определенные расчетные нагрузки и их характеристики должны явиться основой для разработки методики динамического расчета плит крепления. С другой стороны, данные по динамическим нагрузкам и вибрации плит должны учитываться при расчете устойчивости грунта под креплением.

3. Вся проблема гидравлических исследований нижнего бьефа совмещенных ГЭС состоит из следующих основных задач:

а) установление гидравлических режимов сопряжения бьефов и влияния конструкций крепления русла в нижнем бьефе на эти ре­ жимы (как при вертикальных, так н при горизонтальных агрегатах и различных типах водосбросов или сбросных отверстий);

9