Исследование возможности использования энергетических водоводов высоконапорных гидроэлектростанций для сброса холостых расходов

• Автор: Чурин, Павел Сергеевич
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Оглавление
Введение
ГЛАВА 1. Способы формирования закрученного потока воды в проточном тракте турбины средне- или высоконапорной ГЭС и его гидравлический расчет
1.1. Разработка технической идеи о пропуске холостого расхода воды через проточный тракт гидротурбины средне- или высоконапорной ГЭС с применением закрутки потока. Опыт предыдущих исследований
1.2. Оценка возможности пропуска высокоскоростного закрученного
потока через изогнутую отсасывающую трубу
1.2.1. Особенности движения закрученного потока воды в изогнутых
водоводах
1.2.2. Особенности движения закрученного потока воды в изогнутых трубах с коленами нормализированной формы и отводящими диффузорами и разделительным бычком
1.2.3. Оценка воздействия закрученного потока воды на стенки колена и 24 отводящего диффузора с разделительным бычком
1.3. Моделирование характера движения жидкости и характеристики воздействия потока на элементы проточного тракта гидротурбины
1.4. Разработка и анализ вариантов пропуска холостых расходов через
проточный тракт гидротурбины средне- или высоконапорной ГЭС
1.5. Гидравлические расчеты вариантов пропуска холостых расходов через турбинные водоводы ГЭС
1.5.1. Расчет течения для случая отсутствия направляющего аппарата и. 49 рабочего колеса
1.5.2. Расчет течения при снятом рабочем колесе и смонтированном
направляющем аппарате
1.5.3. Расчет течения при установке контрвихревого гасителя между
турбинным напорным водоводом и спиральной камерой
1.5.4. Расчет течения при монтаже контрвихревого гасителя в пределах. 66 конуса отсасывающей трубы
Выводы по главе
ГЛАВА 2. Исследования конструкции отводящего водовода с регулируемым вихревым затвором и дефлектором в выходном сечении
2.1. Расчет течения при сбросе холостых расходов через регулируемый
вихревой затвор
2.2. Расчет закрученного течения в выходном сечении отводящего водовода с дефлектором
2.3. Оценка объемов капельной влаги, генерируемой работой вихревого
водосброса с дефлектором
Выводы по главе
ГЛАВА 3. Технические основы и результаты методических исследований
физических моделей контрвихревых гасителей энергии
3.1. Используемые средства измерения и методика испытаний
Испытанные модели
3.1.1. Р1У -метод трассерной визуализации потока
3.1.2. ЫЭА - метод лазерной доплеровской анемометрии
3.2. Критерии моделирования
3.3. Методика проведения эксперимента и испытанные модели
контрвихревых гасителей
3.3.1. Методика проведения эксперимента
3.3.2. Испытанные модели контрвихревых гасителей
3.4. Результаты исследований структуры потока в камере смешения
контрвихревых гасителей
Выводы по главе
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность темы настоящего исследования определяется целесообразностью дальнейшего исследования и применения в новых ситуациях уникальных гидравлических устройств, основанных на использовании эффекта взаимодействия соосных противоположно закрученных потоков воды в круглой трубе, предложенных А.П. Мордасовым в Московском инженерно-строительном институте, которые ранее подробно исследовались последние 40 лет в целях создания эффективных, надежных и компактных гасителей избыточной энергии высокоскоростных потоков воды в водосбросных трактах высоконапорных гидроузлов. Такие гасители получили название контрвихревых (КВГ). Они были исследованы применительно к высоконапорным водосбросам ряда отечественных гидроузлов в МИСИ, НИС Гидропроекта, ВНИИГ, Мосгидростали. В качестве одного из выводов этих исследований была установлена возможность их конструктивного приспособления к самым разнообразным условиям, применения их при разных расходах воды, напорах, в строительный и эксплуатационный периоды.
В настоящее время традиционное направление исследований и разработок КВГ приобрело новую актуальность в связи с катастрофой, произошедшей на Саяно-Шушенской ГЭС (СШ ГЭС) 17 августа 2009 года. Крупнейшая в нашей стране ГЭС после техногенной аварии перестала вырабатывать электроэнергию, и возникла опасность затопления расположенных в нижнем бьефе населенных пунктов. Одним из способов пропуска холостых расходов через энергетический водопропускной тракт ГЭС было предложено применить уже достаточно хорошо исследованные к тому времени КВГ. В ходе исследования возможности их применения в сложившейся ситуации выяснилось, что возникшие после катастрофы условия -уникальны и не имеют мировых аналогов. Все проведенные ранее исследования по пропуску холостых расходов через проточный тракт ГЭС изучались преимущественно применительно к низконапорным ГЭС и в условиях Саяно-Шушенской ГЭС были неприменимы.

лена, где замыкается на объем воды, находящейся на выходе из колена. В этой области возникает явление прецессирования жгута или, иначе говоря, жгутовой динамики. В данной области расположены мониторные точки настоящего расчета, и видно, что амплитуда пульсации давления у стенки достигает 6 [м.вод.ст] (см. рисунок 1.16).
Изучению явления жгутовой динамики посвящен ряд специальных работ. Известно [20, 54], что жгутовая динамика характеризуется невысокой частотой и связана с прецессией ядра (жгута) закрученного потока, когда в динамический процесс втягиваются не отдельные небольшие массы турбулентных вихрей, а вся масса потока, при этом течение теряет устойчивость в целом. Жгутовая динамика больших водных масс представляет исключительную опасность. Для появления жгутовой динамики необходимо, чтобы в приосевой зоне (ядре, жгуте) закрученного потока давление было существенно ниже, чем в близко расположенных створах ниже по течению. Тогда значительные массы воды из створов ниже по течению под действием отрицательного градиента давления затягиваются в ядро встречного закрученного потока, вступают с ним во взаимодействие, закручиваются и выбрасываются обратно. Процесс периодических «заплесков» в результате меняет структуру закрученного течения: прямолинейная ось жгута закрученного потока искривляется и начинает вращаться вокруг геометрической оси водовода (прецессировать) с некоторой угловой частотой, т.е. течение теряет осевую симметрию и устойчивость. Именно такие условия имеют место в конусе отсасывающей трубы при застопоренном рабочем колесе. Значительный вакуум в приосевой зоне закрученного потока, сходящего с застопоренного рабочего колеса, встречается с существенным подпором, определяемым уровнем нижнего бьефа. В результате возникает тот самый отрицательный градиент давления, приводящий в действие механизм «заплесков» с последующей жгутовой динамикой.
Какую динамику следует ожидать в конусе отсасывающей трубы и под крышкой гидротурбины? Для ответа на этот вопрос мы воспользуемся результатами исследований процесса потери жгутовой устойчивости закрученного потока.