книги из ГПНТБ / Быков В.Д. Гидрометрия учебник

склянку с притертой пробкой объемом 20—30 мл. Затем приготов­ ленный раствор выливают в реку. Для лучшего перемешивания это делают на середине реки.

На измерительном створе в удобном месте размещают на бе­ регу измерительный мостик, к нему подсоединяют шнур от элек­ тродной ячейки, предварительно закрепленной в воде на середине реки.

После пуска в реку раствора по шкале реохорда измеритель­ ного мостика производят отсчеты относительной электропровод­ ности воды через каждые 15 секунд и записывают в «Книжку для записи измерений расхода воды по способу ионного паводка» стан­ дартного образца. По полученным данным строят график ионного паводка (рис. 18.6).

Для вычисления расхода воды необходимо знать расчетную

237

Измеритель электропроводности воды (ИЭВ) собран по схеме измерительного моста, в одну диагональ которого включен микро­ амперметр, имеющий шкалу, разделенную на 100 делений, по ко­ торой производят отсчет электропроводности воды в условных еди­ ницах. В другую диагональ моста подается напряжение от генера­

Цепочные электроды представляют собой шнур из двух изоли­ рованных проводов, один конец которого имеет вилку для подклю­ чения к измерителю электропроводности воды, другой конец изоли­ рован. В средней части шнура на расстоянии 15 см друг от друга расположены пары электродов, представляющие собой оголенные

Участок реки для измерения расхода должен отвечать указан­

Перед измерением расхода воды на пусковом створе приготов­

такое же количество воды. Одновременно с этим на измерительном створе через реку перебрасывают шнур цепочных электродов с та­ ким расчетом, чтобы он не выходил из воды и не ложился на дно. Изолированный конец его закрепляют на противоположном берегу, а вилку подключают к измерителю электропроводности воды, рас­ полагаемому на берегу в удобном месте.

Раствор индикатора вводят в поток в зоне наибольших скоро­ стей течения путем опрокидывания сосуда или с некоторой за­ держкой. Вслед за этим на измерительном створе приступают к измерению электропроводности воды, для чего берут отсчеты по шкале измерителя электропроводности £г- через каждые 5 секунд и записывают в «Книжку измерения расхода воды электролитиче­ ским способом» [68].

Запись отсчетов прекращают после прохождения ионного об­ лака.

Для вычисления расхода воды необходимо измерить электро­

239

туда погружают намотанные на катушку электроды и берут отсчет по шкале измерителя электропроводности (Ев). После этого в мер­ ный бак с помощью шприца вводят из взятой пробы примерно 1 мл раствора (Ур ) и после перемешивания берут отсчет по шкале прибора (Ер). Расход воды вычисляют по формуле

тельной мере определяющей точность результатов измерений, яв­

комплект ЭИРВ предварительно тарируют при определенных раз­

раствор поваренной соли. По данным тарировки определяют при­ ращение электропроводности разбавленного раствора при разных

объем насыщенного раствора, введенного в поток; Д£—-прираще­ ние электропроводности, полученное при тарировке. Остальные обозначения прежние.

Точность измерения расхода воды способом ускоренного пуска раствора индикатора вообще ниже, чем способом длительного пуска. Однако при правильно выбранном участке и при тщатель­ ном выполнении измерений получается удовлетворительная точ­ ность. По имеющимся данным, отклонение величины расхода, измеренного ЭИРВ, от измеренного вертушкой или взятого с кри­ вой расходов в большинстве случаев не превышает 10%.

240

Глава 19

О П Р Е Д Е Л Е Н ИЕ РАСХОДОВ ВОДЫ НА ГИДРОУЗЛАХ

19.1. Изменения условий протекания воды, вносимые гидроузлами

Быстрое развитие народного хозяйства СССР сопровождается осуществлением ряда крупных водохозяйственных мероприятий по водоснабжению, водному транспорту, гидроэнергетике, орошению земель и пр. В результате этого режим стока крупных рек СССР

значительно преобразован. Изменяется режим стока и ряда малых и средних рек юга европейской части СССР в связи с массовым строительством прудов и водохранилищ.

Учет стока зарегулированных рек и, в частности, измерение рас­ ходов воды обычными методами гидрометрии, изложенными выше, становится затруднительным, а во многих случаях невозможным.

Если гидрометрический створ после постройки на реке плотины оказался в верхнем бьефе, т. е. в зоне подпора, то на нем значи­ тельно увеличивается ширина, глубина и площадь живого сече­ ния и в то же время уменьшаются скорости течения, обычно на­ столько, что их не улавливает гидрометрическая вертушка. Изме­ рение расходов в верхних бьефах гидроузлов осложняется явле­ ниями переменного подпора.

Если гидрометрический створ окажется в нижнем бьефе, то из­ мерение расходов воды осложняется резко выраженным неустано­ вившимся движением воды. При этом точность измерения расходов снижается.

В отдельных случаях возможен перенос гидрометрического створа выше зоны подпора или ниже гидроузла, где неустановив­ шееся движение воды менее выражено. Однако следует иметь

от нижерасположенного гидроузла распространяется до вышеле­ жащего, перенос гидрометрического створа становится невозмож­ ным и обычные гидрометрические методы измерения расходов ока­ зываются неприменимыми. В таких случаях наиболее целесооб­ разно учитывать сток на гидроузлах, используя для измерения расходов воды турбинные тракты ГЭС, водопропускные отверстия плотин, судоходные шлюзы, а также водопропускные отверстия

под сооружениями и в обход их, а также расход утечек воды через

обычных гидрометрических методов. Определение расходов воды на гидроузлах имеет даже преимущества по сравнению с обычными гидрометрическими методами, так как при этом исключается влия­ ние таких неблагоприятных факторов, как зарастание и неустой­ чивость русла, переменный подпор, ледяные образования.

Методика определения расходов на гидроузлах зависит от их

Рис. 19.1. Схема гидроузла с приплотинной ГЭС.

На рис. 19.2 показана схема гидроузла с деривацией. В этом случае здание ГЭС располагается не в створе плотины, а отдельно. Деривационные ГЭС строятся обычно на горных реках. Бывают смешанные типы гидроузлов.

Организация учета стока воды и приемы измерения расходов различны на малых и крупных гидроузлах. На малых гидроузлах обычно нет специальных подразделений и специалистов для учета стока — измерений уровней и расходов; эти работы организуются и проводятся Гидрометслужбой.

На крупных гидроузлах имеются специальные подразделения, в обязанности которых входят водомерные наблюдения и опреде­ ление расходов воды; учет стока ведется систематически с приме­ нением современных методов и измерительных приборов.

В настоящей главе кратко освещены основные принципы и ме­ тоды учета стока на гидроузлах; более подробные сведения по

242

данному вопросу можно получить из книги А. М. Гаврнлова «Ос­ новы учета стока на гидроэлектростанциях» [18].

вания отверстий аварийного водосброса; г — с у м м и р у ю щ и й (контрольный) створ.

19.2. Определение расходов воды на малых ГЭС

К малым ГЭС относят обычно гидроэлектростанции мощностью менее 20 000 кВт, находящиеся в ведении органов коммунального хозяйства и Сельэнерго.

Для учета стока на малых ГЭС необходимо произвести тариро­ вание всех отверстий гидроузла: турбинных трактов ГЭС, водо­ сливных отверстий плотины и пр., в результате чего устанавлива­ ются их водопропускные характеристики. При этом необходима ор­ ганизация регулярных наблюдений за уровнями верхнего и нижнего бьефов в характерных местах, так как тарирование предусмат­ ривает получение зависимостей расходов от уровней (или напо­ ров). Расходы определяют по полученным тарировочным зависи­ мостям. В дальнейшем бывают необходимы лишь периодические контрольные проверки полученных зависимостей.

Если учет стока на ГЭС организуется впервые, то в этом случае необходимо обследовать гидроузел, произвести тарирование турбин и водопропускных отверстий плотины, измерить расходы фильтра­ ции и утечек, организовать гидрометрические работы и регуляр­ ные наблюдения на гидроузле.

О б с л е д о в а н и е г и д р о у з л а имеет целью выявить все его основные технические характеристики, состояние отдельных соору­ жений, устройств и агрегатов, назначение ГЭС и режим ее работы с целью разработки плана тарирования.

в измерении расходов воды, проходящих через турбины ГЭС, отверстия плотины, шлюзовые камеры и пр. при различных напо­ рах и различной степени открытия отверстий. Кроме того, отдельно определяют расходы воды на фильтрацию и утечки.

Суммарный расход воды через гидроузел может быть выражен

плотину; (2ф — расход фильтрации и утечек; Qnp — расход воды на прочие нужды (шлюзование, орошение, лесосплав п др.).

Тарирование гидроузла заключается в определении всех слага­ емых этой формулы при различных напорах и различной степени открытия турбин и водопропускных отверстий.

При организации гидрометрических работ необходимо выбрать и оборудовать тарировочные гидрометрические створы для измере­ ния расходов воды, устроить водомерные посты.

всего гидрометрические створы располагают в русле реки в ниж­ нем бьефе, по возможности ближе к сооружениям (100—400 м).

Примерное расположение тарировочных створов в случае дери­ вационной ГЭС показано на рис. 19.2. В створах а, б, в, г расходы измеряют гидрометрическими вертушками.

Водомерные посты устраивают в верхнем и нижнем бьефах. Нуль графика обоих постов принимают общим, что дает возмож­ ность по разности отметок уровней получать величину напора. В не­ обходимых случаях устанавливают самописцы уровня, это позво­ ляет точнее регистрировать изменения его во времени при неуста­ новившемся движении воды.

Каждый тарировочный створ оборудуется водомерным постом. Если тарировочный створ находится в русле реки ниже гидроузла, водомерный пост делают обычно свайного типа.

Р е г у л я р н ы е н а б л ю д е н и я на гидроузлах для учета стока следующие:

1)регулярные (ежечасные) наблюдения за уровнями воды верх­ него и нижнего бьефов;

2)регистрация времени открытия и закрытия турбин (при ча­ стичном открытии или закрытии регистрация производится еже­ часно) ;

3)регистрация времени всех открытий и закрытий водопропу­

скных отверстий плотины и других водопропускных отверстий; 4) регистрация всех изменений в режиме реки (вскрытие, ледо­

став, ледоход, шугоход и т. п.) и в работе гидроузла (аварийные остановки турбин, нарушения в работе затворов плотины, повреж­ дения водопропускных устройств и др.).

244

Записи уровнен и открытий турбин производятся в журнале выработки ГЭС, в котором регистрируются показания электропри­ боров и выработка электроэнергии в киловатт-часах.

Записи об открытии и закрытии водопропускных отверстий пло­ тины производятся в другом журнале, форма которого на каждом гидроузле устанавливается в соответствии с его конструктивными особенностями.

Т а р и р о в а н и е т у р б и н преследует цель получить зависи­ мость между мощностью, напором и расходом воды. Если такая зависимость получена путем тарирования, то расход воды опреде­ ляется по известным мощности и напору. Мощность на зажимах, генератора определяется по счетчику, показания которого в кило­ ватт-часах надо разделить на число часов. Напор определяется па водомерным наблюдениям.

Зависимость между мощностью, расходом и напором опреде­ ляется следующими соотношениями. Работа выражается произве­ дением силы и пути. В нашем случае сила определяется зависи­

где Q-—расход вес воды в кг/м3 .

Путь, на котором сила F совершает работу, равен величине на­

Здесь TV — в кг • м/с, но обычно мощность выражают в киловаттах (кВт): 1 кВт=*102 кг -м/с, тогда N в киловаттах равно

Фактическая мощность агрегата (т. е. турбины и генератора' совместно) меньше, чем следует из этой формулы, ввиду потерьэнергий, которые учитываются коэффициентом полезного действия (к. п. д.). Коэффициент полезного действия агрегата ц равен про­ изведению коэффициентов полезного действия турбины т)т , генера­ тора иг и редуктора % (если последний имеется).

7 ] = 7 | т 7 ) г 7 ] р .

Мощность агрегата с учетом к. п. д. равна уУ = 9,8Г/](ЗЯ,

откуда

или

где k = 9,8li\.

245,

Для малых ГЭС величина коэффициента k находится в преде­ лах 6,5 — 7,5.

Тарирование турбин заключается в измерении ряда расходов, пропускаемых турбиной при различной степени ее открытия и раз­ личных напорах.

При работе турбин на базисной постоянной нагрузке при тари­

тие турбины. При работе турбины с непостоянной нагрузкой за не­ зависимую переменную принимают среднюю часовую мощность в киловаттах, численно равную выработке за час в киловатт-часах.

Если ГЭС оборудована однотипными турбинами, то достаточно детально протарировать одну турбину и контрольными измерени­ ями убедиться в возможности переноса полученных результатов

.на другие турбины. При разнотипных турбинах тарирование их

ется в определении значений коэффициентов расхода в соответст­ вующих гидравлических формулах, по которым расход воды через

:246