Содержание к диссертации
Введение
1. РАСЧЕТЫ НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ В НАПОРНЫХ
ВОДОВОДАХ С УРАВНИТЕЛЬНЫМИ РЕЗЕРВУАРАМИ 10
1.1. Развитие методов гидравлич"єіп?шнаасчетов уравнительных резервуаров гидроэлектростанций. 10
1.2. Дели и задачи проведенных исследований 16
1.3. Уравнения гидроудара в характеристической форме 20
1.4. Решение для конструктивных узлов, примыкающих к турбине 26
1.5. Динамическое уравнение для потоков в деривации и резервуаре 29
1.6. Решение системы уравнений, описывающих движение жидкости в напорной системе с уравнительным резервуаром 38
1.7. Пакет программ РЕЗТІ для расчетов переходных процессов в напорных системах ГЭС с уравнительными резервуарами различных типов
1.8. Программы расчетов переходных процессов в разветвленной системе напорных подводящих и отводящих водоводов с учетом работы гидроагрегатов
Выводы 54
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
УЗЛА СОПРЯЖЕНИЯ УРАВНИТЕЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА С ВОДОВОДАМИ 56
2.1. Постановка задачи 56
2.2. Анализ течения в развилке с разделением расхода деривационного (станционного) водовода 62
2.3. Анализ течения в развилке, сопровождающегося слиянием расходов резервуара и деривационного (станционного) водовода 70
2.4. Связь между удельными энергиями потоков в деривационном и станционном водоводах в полном диапазоне гидравлических режимов 73
2.5. Гидравлические режимы, сопровождающиеся течением суммарного потока в ответвлении резервуара. 75
2.6. Анализ полученных аналитических выражений в полном диапазоне гидравлических режимов работы узла сопряжения резервуара с водоводами... 82
2.7. Алгоритм, реализующий данную методику при расчете переходных процессов на ЭВМ 87
2.8. Влияние различных методик математического моделирования гидравлических режимов в узле сопряжения резервуара с водоводами на параметры переходных процессов 89
Выводы 93
3. МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УРАВНИТЕЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ СЛОЖНЫХ ТИПОВ 95
3.1. Исходные положения 95
3.2. Основные принципы предлагаемой методики . 98
3.3. Оптимизация конструкции камерного резервуара с дополнительным сопротивлением 99
3.4. Оптимизация конструкции дифференциального уравнительного резервуара 113
3.5. Описание программ оптимизационных расчетов
на ЭВМ 123
3.6. Сопоставление вариантов уравнительных резервуаров различных типов 129
3.7. Выводы 133
4. ВЛИЯНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ НА
КОЛЕБАНИЯ ВОДНЫХ МАСС В УРАВНИТЕЛЬНЫХ.РЕЗЕРВУАРАХ. ГЭС 135
4.1. Общие положения 135
4.2. Аналитическое решение уравнений колебательного процесса для двух последовательных импульсов изменения расхода ГЭС 138
4.3.Аналитическое решение уравнений колебательного
процесса для трех и более последовательных импульсов изменения расхода ГЭС 142
4.4. Анализ протекания переходных процессов при двух последовательных импульсах 145
4.5. Влияние гидравлических потерь напора на характеристики переходного процесса при двух последовательных импульсах изменения расхода ГЭС 151
4.6. Работа ГЭС в энергосистеме при нормальных эксплуатационных и аварийных режимах в энергосистеме 163
4.7. Набор нагрузки в нормальных эксплуатационных условиях 168
4.8. Набор нагрузки на ГЭС при аварийных условиях в энергосистеме *?2
4.9. Определение расчетного случая для последовательного набора нагрузки агрегатами ГЭС. 174
4.10. Определение расчетного случая для особого сочетания переходных режимов на ГЭС 181
Выводы 186
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗЕЛЕНЧУКСКОЙ ГЭС И РЕКОНСТРУКЦИИ СЕНШЕЕВСКОЙ ГЭС, ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 188
5.1. Исследования переходных режимов Зеленчукской ГЭС 188
5.2. Исследования переходных режимов СенгилеевскоЙ ГЭС в связи с реконструкцией уравнительного резервуара 190
5.3. Натурные испытания СенгилеевскоЙ ГЭС после реконструкции уравнительного резервуара. 201
5.4. Сопоставление данных натурных испытаний с результатами расчетов на ЭВМ 209
Выводы 213
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 214
ЛИТЕРАТУРА 218
ПРИЛОЖЕНИЯ 229
II.І. Расчет экономической эффективности внедрения результатов научно-исследовательской работы по договору "Исследование переходных процессов Зелейчукской ГЭС" 230
II.2. Расчет экономической эффективности, получаемый при переходе на Сенгилеевской ГЭС от уравнительного резервуара дифференциального типа к резервуару с дополнительным сопротивлением 234
II.З. Пример расчета по программе PE3TI 237
II.4. Пример расчета по программе ТРИАГ 239
II.5. Пример расчета по арограмме РЕЗТ2 242
- Развитие методов гидравлич"єіп?шнаасчетов уравнительных резервуаров гидроэлектростанций.
- Анализ течения в развилке с разделением расхода деривационного (станционного) водовода
- Оптимизация конструкции камерного резервуара с дополнительным сопротивлением
- Аналитическое решение уравнений колебательного процесса для двух последовательных импульсов изменения расхода ГЭС
- Исследования переходных режимов Зеленчукской ГЭС
class1 РАСЧЕТЫ НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ В НАПОРНЫХ
ВОДОВОДАХ С УРАВНИТЕЛЬНЫМИ РЕЗЕРВУАРАМИ class1
Развитие методов гидравлич"єіп?шнаасчетов уравнительных резервуаров гидроэлектростанций
В начале XX века в связи с бурным развитием гидроэнергетики появляется большое число научных работ, посвященных гидравлическим расчетам сооружений ГЭС и в том числе уравнительных резервуаров. Это монографии Тома [юз] , Фогта [юі , Бахметьева [іо], Нресселя [юо] , в которых рассматриваются вопросы определения размеров уравнительных резервуаров на базе различных способов интегрирования уравнений неустановившегося движения, а также вопросы устойчивости колебаний уровня в них.
В части гидравлических расчетов резервуаров начиная с 30 годов наметились два основных направления, первое из которых состояло в графическом интегрировании дифференциальных уравнений неустановившегося движения [49, 78, 100J , второе - в нахождении аналитического решения указавных уравнений [47,4-9] .
Графические методы позволяли получить последовательную картину процесса во времени для резервуаров различных типов с учетом потерь напора и произвольных законов изменения расхода ГЭС, однако, в связи с их значительной трудоемкостью, в практике проектирования при определении размеров уравнительных резервуаров использовались результаты аналитического решения уравнений неустановившегося движения, которые давали для случая учета потерь напора лишь экстремальные отметки положения уровня в резервуаре, либо позволяли найти необходимые объемы верхней и нижней камер резервуара [47, 49, 7в] .
Существенный вклад в развитие теории расчета гидравлического удара в напорных водоводах и колебаний в системах с уравнительными резервуарами внесли работы, выполненные в 40-50 годах в Тбилисском научно-исследовательском институте сооружений и гидроэнергетики (ТНИСГЭИ) под руководством М.А.Мосткова и Н.А.Картвелишвили. Была доказана ошибочность существовавшего в то время мнения о физическом различии между явлениями гидроудара и колебания масс воды в резервуаре и деривации [56,57,58] и получено графическое решение задачи о колебаниях, исходя из уравнений гидроудара [і7,4з] . Внедрение метода "характеристик" для преобразования уравнений гидроудара в частных производных открыло широкие перспективы для решения любых задач неустановившегося движения _59j . В работах Н.А.Картвелишвили [_32,33] решен ряд вопросов, касающихся расчетов гидроудара в разветвленных напорных системах, а также анализа колебаний в уравнительных резервуарах, при этом неустановившееся движение в водоводах связывается с характеристиками регуляторов турбин и режимами задания нагрузки ГЭС.
class2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
УЗЛА СОПРЯЖЕНИЯ УРАВНИТЕЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА С ВОДОВОДАМИ class2
Анализ течения в развилке с разделением расхода деривационного (станционного) водовода
В практических расчетах для получения связи между удельными энергиями потоков в деривации и резервуаре используется полученная нами формула (2.8). Значение постоянной компоненты коэффициента сопротивления принимается равным экспериментальному значению 5q"P в режиме IX поступления всего расхода дерива-ции в резервуар ( QP/Qg. = I).
Сопоставим расчеты, выполненные по предлагаемой формуле (2.8), с экспериментальным материалом. Для чего, по приведенным в [28,29»] и [42] данным по коэффициентам сопротивления определим по (2.5) разности удельных энергий потоков в деривации и резервуаре в функции относительного расхода резервуара при скоростном напоре расхода деривации, равном І м (рис.2.4).
Сравнение этих зависимостей с теоретическими, точки которых на рис.2.4 получены по формуле (2.8) показывает их полное совпадение.
Анализ экспериментальных данных показывает, что подобное же разделение потерь может быть применено и в общем случае, когда площади сечений стояка резервуара и водоводов не равны. Тогда при определении скоростных напоров соответствующие расходы необходимо относить к площади сечения водоводов в узле сопряжения с резервуаром. Фактически, при выводе формулы (2.8), данная раз-вилка заменяется рассмотренной выше с равными площадями сечений ответвлений и диафрагмой, обеспечивающей данный коэффициент сопротивления при поступлении всего расхода деривации в резервуар.
Оптимизация конструкции камерного резервуара с дополнительным сопротивлением
Предлагаемая нами методика выделяет задачу оптимизации конструкции резервуара как самостоятельную. Для привязки данной локальной задачи к общей оптимизации напорных водоводов ГЭС в ней в качестве граничного условия используется максимально допустимый пьезометрический напор в сечении деривационного водовода у уравнительного резервуара. Этим напором определяется наибольшая внутренняя гидродинамическая нагрузка на облицовку водовода, которая в совокупности с внешними нагрузками определяет его стоимость. Что касается станционных водоводов, то максимальный пьезометрический напор в них зависит от характера изменения расхода гидротурбин и практически не зависит от изменения конструктивных параметров резервуара в процессе оптимизационных расчетов.
Таким образом задача состоит в том, чтобы для данной системы напорных водоводов ГЭС и расчетных режимов сброса и набора нагрузки, найти сочетание конструктивных параметров уравнительного резервуара, обеспечивающее минимум его стоимости.
Основным принципом предлагаемой методики оптимизации является иерархический подход к выбору оптимальных сочетаний исследуемых параметров, число которых определяет количество уровней расчета. На низших уровнях производится увязка параметров резервуара, отвечающих заданным условиям протекания переходных процессов при сбросе и наборе нагрузки на ГЭС. На высших- определение совокупностей параметров, позволяющих получить минимальную по стоимости конструкцию резервуара [7 ] .
class4 ВЛИЯНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ НА
КОЛЕБАНИЯ ВОДНЫХ МАСС В УРАВНИТЕЛЬНЫХ.РЕЗЕРВУАРАХ. ГЭС class4
Аналитическое решение уравнений колебательного процесса для двух последовательных импульсов изменения расхода ГЭС
Как указывалось выше графики переходных процессов на рис. 4.2, рис.4.3 получены для случая, когда базисным является процесс при наборе нагрузки на ГЭС (Д&, 0). Анализ графиков, для которых базисным является процесс при сбросе нагрузки позволяет построить аналогичные зависимости для экстремальных отметок воды в резервуаре в функции времени запаздывания (рис.4.4,а,в).
Анализ процессов на рис.4.2 и рис.4.3 позволил сформулировать в иной, чем приводилось выше, форме условия достижения максимальной для данных значений импульсов амплитуды колебаний уровня в резервуаре.
Для сочетаний режимов регулирования на ГЭС, когда последним является режим сброса нагрузки, максимальная амплитуда колебаний достигается в случае если последний импульс изменения расхода подается в момент, когда расход деривации в базисном переходном процессе достигает своего максимального положительного значения.
Для сочетаний режимов регулирования на ГЭС, когда последним является режим набора нагрузки, максимальная амплитуда колебаний достигается в случае, если последний импульс подается в момент, когда расход деривации в базисном переходном процессе достигает своего минимального (максимального по модулю оярица-тельного) значения.
Исследования переходных режимов Зеленчукской ГЭС
Зеленчукская ГЭС установленной мощностью 320 МВт с 2-мя уравнительными резервуарами возводится на перебросном тракте Зеле нчуки-Кубавь в Ставропольском крае. Основные параметры ГЭС приведены в главе 3.
Проектной организацией перед нами была поставлена задача определения конструктивных параметров уравнительных резервуаров для заранее заданных размеров деривационного и станционного водоводов, а также принятых в проекте значений максимального гидродинамического давления в них. Это и определило тот подход, который положен нами в основу разработанной в диссертации методики оптимизации, и заключающийся в выделении задачи определения конструктивных параметров уравнительного резервуара как самостоятельной в условиях заданных размеров энергетических водоводов и максимальных гидродинамических нагрузок на их облицовку.
Проведенные исследования включали два этапа. На первом проведен анализ работы уравнительного резервуара дифференциального типа предварительно принятого проектной организацией. В итоге даны рекомендации по изменению принятых размеров в результате чего стали обеспечиваться приемлемые для уравнительного резервуара дифференциального типа условия его работы при сбросах и наборах нагрузки на ГЭС.
На втором этапе для двух альтернативных типов уравнительных резервуаров: дифференциального и камерного с дополнительным сопротивлением, осуществлена оптимизация их конструктивных параметров по методике, представленной в главе 3 данной диссертации.
Исходя из условий производства работ проектная организация приняла диаметр стояка 4,5 м. При этом годовой экономический эффект для варианта уравнительного резервуара дифференциального типа по сравнению с первоначально принятым составил 30,5 тыс.руб /год, а для камерного резервуара с дополнительным сопротивлением - 44,5 тыс.руб/год (расчет экономического эффекта дан в приложении Ш I).
По результатам исследований влияния последовательного сочетания переходных режимов на колебания водных масс в системе уравнительный резервуар - деривация, для каждой группы агрегатов Зелен-чукской ГЭС с общей подводящей магистралью разработан режим набора нагрузки с временем запаздывания 90 с начала набора второго агрегата относительно первого, что позволило обеспечить гарантии регулирования по экстремальным положениям уровня в резервуаре, а также давлению в деривации как при нормальном, так и особом сочетании переходных режимов.
