автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Нестационарные процессы в водопроводящих сооружениях подземных гидроэлектроустановок с учетом сейсмических условий

'Я Ц Я' $

МИНИСТЕРСТВО СНЕРГЕГИКИ И ЭЛЕКШЙИКАЦИИ

ГРУЗИНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И ПЩРОТЕХЬкГШСКИХ ССОРУЖШИЙ (ГрузНИИЭГС)

На правпх рукопипи

МАЩЩАВИЦЗЕ Нэтела Фврапонтовнз

НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ВОДОПРОВОДЯЩИХ СООРУЖШИЯХ ПОДЗЕМНЫХ ГИДРОЭЛЕКТРОУСТЛНОВОК С УЧЕТОМ СЕЙСМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯ

05.23.16 - Гидравлика и инеенерная гипрологля

Дзсоертацпя

на оопохание учоной отвпена доктора техиэтослях няук в фо^мэ тучного гоклэда

Тбилвои - 1991

Вэбота выполнена в Институте энергетики АН Грузии, в Грузиноком НИИ Энергетики, в Грузиноком НИИ энергетики и гидротехнических сооруаений (ГрузНИИЭГС) и Институте строительной механики и сейсмостойкости (ИСШО АН Грузии

Официальные оппонент:

доктор технических наук, профессор, академик ВАСХНИЛ

МИШШАВА U.E.

доктор техничеоких наук, профессор Кирмелашвили Г.И. доктор технических наук, ГввЛССИЭ-НИ Т.Л.

Ведущая организация - Проектно-изыскательский институт ТШГИДРОПРОЕКТ

Защита состоптоя " Ч " lUoaЭ- I99L г. в Щ^чао.

на заооданви Специализированного Сове .-а Д 144.06.02 в ГрузНИИЭГС по адресу: 380071, г.Т0илиоп-71, ул.Ы.Коотава,70

С двооертацией можно ознакомиться в библиотеке ГрузНИИЭГС Научный доклад разоолан " 5 " 1ДЛ-ОкЭ- I99L г.

Учений ot-кретарь Специализированного Совета, кандидат техничеоких наук

Г.К.ХЕЛИДЗЬ1

ОГЛАВЛЕНИЕ

....................5

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ........... 9

1.1. Предпосылки пос дновки задач работы и актуальность темы .............

1.2. Цель и задачи исследований.......,. ; . II

1.3. Методы исследований я достоверность полученных результатов ........... 12

1.4. Научная и практическая яовлзна исследований . 13

1.5. Реализация работы . ....... ......15

1.6. Апробация-работы. . .............. 19

Публикации, вклад автора............21

2. ШРЛВЛИЧЕСКИЙ УЛАР И СЕйаОТЕСКЙЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ В ВОДОПРОВОДЯЩ СООРУГЕНЯЯХ ПОДЗЕШХ ГЭС . . .

2.1. Состояние изученности вопроса, цели и задачи исследований ............ 22

2.2. Основные полохегаш методики, и расчетные зависимости при численном анализе нестацио-парных процессов...... .......' , 2В

2.3. Анализ особенностей напорных систем и хара1с- ! ' тера динамических напоров в различных створах 35

Выводы по гл.2 .............. ¡зз

3. ЖЕ1АШЕСКАЯ Г,Т0ДЗЛЬ И ЧИСЛЕННОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ КОЛЕБАНИЙ ГОДНЫХ МАСС В СЕПАЕЕШХ ГИДРАВЛИЧЕСКИ ШСГЕЕГШ ............. . . . 40

3.1. Колебания' водят масс............ 42

Выводи по гл.З .............. 51

•: . П'ДРАВЛИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СМЕШАННЫХ СИСТЕМ ГЭС . 54 Внвода по гл.4..................

5. ВОПРОСЫ Ж-ЖИРОВАНИЯ И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ НАПОРНЫХ И СЛАБОНАПОРНЫХ 0ТВ0ДЯЩ1Х ТРАКТОВ

ПОДЗЕМНЫХ ПЩРО ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК...............69

Виводы по гл.5 ................... 78

6. ПУСКОВОЕ СХЕМЫ И ДОПУСТИМЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РЕШМЫ ВиСОКОНАДЗИШХ ПЛОТИННО-ДЕНШАЩОННЬа ГИДРОЭДЕКТРОУСТАНОВОК НА ПРИМЕРЕ ШГУРСКИХ ГЭС . . 79

Виводы по гл.6.................' • 84

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................86

- 1 • -

Рисунки: к гл.2 2.1 - 2. 10............94

к гл.З 3.1-3.7 . .............ЮЗ

к.гл.4 4.1-4.4 ........* • • 107

к гл.5 5.1 .....................НО

к гл.6 6.1 ..............

ЛИТЕРАТУРА /РАБОТЫ АВТОРА/ . ............112

ВВЕДЕНИЕ

3 настоящее время во всех странах мира отмечаотсч расширение объема подземного стг ительства в сейсмически активных районах. В саязи с усилением активизации землетряеенпГ за последние годы, возросло внимание такдо к сооружениям большой протяженности. Сюда относятся сооружения подзегдшх энергетических объектов, газовых и нефтяных трубопроводов, водопроводов, транспортирующих туннелей, туннелей метро и т.п., роль которых в народном хозяйстве о кандым днем растет.

Современное состояние проектирования и строите...,стза крупных энергетических объектов обуславливает появления сложных подземных схем'с разветвленными воцопроводящими трактами значительной цли1ш как в горных и предгорных, так и в равнинных условиях, в районах различной сейсмичности. Эти тракты, в большинстве случаев, представляют аобоЯ на порше или смоааш^е на порно-безнапорные системы, продстэвлешше туннелями, турбпн-шми водоводами, подземными бассейнами, л резервуарами, другими воцопроводящими сооружениями.

Сложными л длинными воцопроводящими трактата характеризуются в горных и предгорных услови.т: также схемы средних и малых гпдроэлектроустановок, развитие строительства которых нагле-чено в последнее время наряду с крупными установками с пелью более полного оовоения возобновляющейся энергии рек и экономии все дорогзющих топливных ресурсов, привозимых часто издалека.

Проектирование упомянутых гидравлических трактов ставит новые задачи исследований, среди них и в области нехустановив-шихся рекпмов.

С точки зрения динамического воздействуя на эти сооружения

за;..шчонно{1 или протекающей в них водной среди, особый интерес представляют гидравлические несташюнарные проиесаы. Анализ различных аспектов неустановившихся гидравлических реаишв в водоцроводящих трактах гидрозлектроуотановки являетоя неотъемлемой частью проектирования. На его основе уточняются тип и размеры, ооотав и габариты сооружений этих трактов в их высотное расположение по отношении к уровняв воды в верхнем и никнем бьефах ГЭС или ГАЭС, определяются величины расчетных динамических водных нагрузок для обделки водоводов, уточняется отметка посадки турбин, и, наконец, разрабатываются доцуотимые гпдравяичеокио режимы, об. опочивающие нормальную, безаварийную эксплуатации водоцроводящих ооорукений и агрегатов гидроэлектроустановки на различных этапах ее строительства и эксплуатации, включая пусковую охе...у, о учетом реальных условий. Поэтому анализ нестационарных цродеооов должен производиться начиная о ранних стадий проектирове-шя.

Неустановившиеся ре ниш могут быть вызваны различными причинами аварийного или эксплуатационного характера, такими как азарим в энергетичеоких сиотедах в на объектах, аварии затворных органов ло траоое водоводов, регулирование агрегатов или их аырийное выключение и включение, сейсмические и другие возмущения.

Неуотановившиеоя рекикы сопровокдавтоя: быстрыми процессами, при которых проявляю: я упругие овойства кидкооти и стенок водоводов и более медленными, щ>и которых упругость не имеет . .решавдего значения я главенствующая роль принадлежат силам -рения и меотныы сопротивлениям,

. Выбор расчетных ситуаций производится на оонове анализа

о тих процессов.

Одновременно, ввиду сложности и громоздкости г!:чнслепк,'; при i анализе указэшшх процессов, ставится задача об использоб-Шии в расчетах ьичислнтельних методов п вичпслителышх маинн. .

Новые задачи исследован;!:] в облютн nejTaiJt:oHap;ibx роаимоп з деривэгпюшшх coop, .-тениях подзеглпх гипрозлектроуотшювок, рассмотренные в данной работе, связана, в основном, со слоии.г.! схемами напорной систем и включают вопросы гидр^-вличе /ого удара с учетом сейсмических воздействии (бистрпс пропесси) для нэ-порннх систем и колебаний воДннх масс п гидравлической устойчивости (мэдлешше пропесси) для составных :юпорно-безнппор!Шх систем. 0:п продиктованы запросами практики и решаются в нетрадиционной постановке, з рамках задач одномерной 1'плрзвл:г :;.

Результата этих исследований отракони в отдельных публикациях автора: в-части гидравлического удара и оепсмичестл колебаний в напорной системе ГЭС в /1-3, 21, 27, 29,31, 33а, 35. 33-40, 45, 47, 49/; для смялашшх нэпорно-безпапорпих систем в части колебанн! водних гасо в /5, S, 13, 13, 17, I:, 20, 34, 34а, 36, 37, 41, -16, 48/, по вопросам гидравлической устойчивости в / 6 , 8, 10, 19 , 24-26 , 23 , 30 , 34 , 34а, 467, а тояго собран:,' • обобщсни в моногрэфпя / 42 /, ооотавдепной э«?оро:л л под со руководством.

3' настоящей работе приводятся тагг.э некоторое оснозпие результату многолетние шгг.епер:пх исследоЕЭНп., автора, риполнон--них для конкретных объектов в тесном контакте с проектной организацией, как поисксвы:: и обосновпвонцих внбор направления теоретических и окспернментальних ■ последовзн:;:! в области ин-'.епер-"08 гидравлики i; гидроэнергетики, тсо^ этичоскоЯ и прикладке;;- " механики г.пдкости. I" ним относятся пссяс-^евзшы по капорног.у

тгту отводящих трактов гидроэлектроуотановок / 4, 7, II,.14, 157. сослужившие причиной вышеуказанных многоплановых научных исследований, а такве ш организованным автором исследованиям, включая натурные, по вопрооаы пуска и эксплуатации высоконапорной плотинно-деривадаонной установки о длинными подводящими и отводящими трактами на отдельных этапах строительства и эксплуатации / 32, 44 У, опыта по котором у нао на было, и который этими исследованиями начинает набираться.

I. ОВДАЯ ХАРАКТЕРЖТ1КА РАБОТЫ

1.1. Предпосылки постановки задач работы и актуальность

темы.

В настоящей работе изложены основные результата иослецовэ-нвЗ автора по разработ е научных основ по проблеме проектирования и безопасной эксплуатации напорных и смешанных систем водо-проводящих трактов подземных гндрозлектроустанозок в гор-ух и предгорных районах исходя из анализа нестационарных гидравлических црйцессов,- цротекающпх а этих'сооружениях.

Исследования охватывают различные аспекты нестационарных процессов л пняенернаэ задачи проектирования малоизученных у нас напорного типа эодоотводящих сооружений, а тзкае еще совсем неизученные пусковые режимы высоконапорных плотинно-дерн-бзглошшх установок, которые продиктовали новые задачи няучных исследований.

Одной из предпосылок к проведению исследования, например, в области колзбэппй водных г/дсо и гидравлической устойчивости в омеигзшшх пагюрно-базнаторных системах явились результаты изучения и разработки напорных отводящих трактов, которые показали, что в большинстве олучзез практики, в условиях небольших изменений уровня воды в низшем бье5э пелессобрззко устройство длишшх уравнительных резервуаров, теория и расчеты цля которых сказались совершенно ле разработанными, хотя .акие конструкции известна пз зарубежного опита. Такие типа резервуаров, расположенных горизонтально и еклэчзнеих по трЭссэ туннеля всей длиной, о течением в них со свободной поверхностью, не значатся лаге в слсогвуткэЗ кгэсочфЕкатн у^везтэлые. рэзервуароз. Отсутствие-для них расчетных г.:этодов глодало соответствующему сопоставления

вариантов, что необходимо для выбора схемы и конструкции при проектировании, тормозило распространение таких схем.

Необходимость выполнения исследований в области гидравли-чесд лпо удара в сейсмических воздействий обусловлено, тем, что существующие до этих: исследований аналитические, численные или упрощенные решения касаютоя только сейсмического давления воды при закрытых затворах в конне водоводов, т.е. при покоящейся в них аидкости в момент землетрясения и рассматривают сравнительно простые напорные сстемы о уравнительными резервуарами обычного цилиндрического типа.

Однако в практике эксплуатации вполне реальны случаи совпадения землетрясения с различными эксплуатационными и аварийными ситуациями на ГЗС, как например, работающие агрегаты; случай сброса или наброса мощности, соцровоадащиеся гидравлическим ударом; олучай, когда часть агрегатов остановлена, а другая часть нагрунается или разгрукаетоя и т.д. Эти процессы могут быть та к сдвинуты во времени друг относительно друга. Кроме того, простые напорные системы на практике встречаются крайне редко, уравнительные резервуары бывают различного типа.

Дл- ипвенерной практики необходимы выбор расчетного случая и отделение оос.'ветствувщих динамических водных напоров, на которые долааш быть расочитаны водопроводящие оооругения, что треи/ет рассмотрения различных возмогших эксплуатационных условии в момент земле• ряоения, оиотем различной сложности и резервуаров других конотрукций.

1.2. Цель п задачи исследований

Целью диссертационной работы является развитие теоретлчео-ких оонов и инженерных методов'обоснования параметров напорных и смеиахшых пэпоршэ-безнапорных систем о учетом сейсмических условий, а такзе рззр ботка рэгаоналышх компоновок сооружений подводящих и отводящих трактов подземных гидроэлектроустановок. Для достижения поставленной пели необходимо было:

1. Разработать научные основы выбора и уточнения оостава, расположения и параметров водоцроводяцпх трактов др^ивэцлошшх гидроэлектроустановок, используя анализ ьестзиионарт.'х гицраз-яическчх процессов в них.

2. Создать и апробировать мзтематические модели впсггдуо-г.ах процессов гзк для уоловзй сейсмичности, так и для нетрадиционной задачи сметанных гидравлических систем водопровоцящих трактов.

-3. Создать лабогатор:ко стенды и вы го шить никл эксперимента лышх исследований для выявления характера кол Зани!) а проверка адекватности разработанных моделей.

4. йэссмотреть другие Езтрадпшюшшэ задачи для цусксзой охе:,я высоконапорной плоташго-л.арпвз1]Т!0!иЬЗ 'установки и определить характерные особзнноотл реашов для таких схем.

5.-Наладить натурные исследования ггдрээлическпх рзяизмов п характеристик водолроЕодящого тракта.

G. Разработать рзкомзгщэплп для безопасной эксплуатации , тзкпх установок яэ различных этапах готознооти сооружений и для установленгя допустимых гидравлических рзг.г:.гап в них.

7. Разрзботзть nomo :сс.лю1юг0*шыс рэаеипя для отвошшх • нзпориих п олзбспзпорпых систем н дзть рэгамзпдзшзи по их рзс-

8. Обобщить полученные результаты и сделать из них выводы практического характера для использования в проектировании и

э: лшуатзши: гидроэдектроустановок.

9. Разрабс.ать алгоритмы и программа ЭВМ для раочетов и анализа всех рассматриваемых аспектов нестационарных процессов в нагорных и смешанных напорно-безнапорных С1.лемзх: гидравлического, удара и сейсмических воздействий, колебаний водных касс и гидравлической устойчивости и использовать их в дальней-них исследованиях.

1.3. Методы исследований и достоверность полученных результатов

В исследованиях применены теоретические, экспериментальные, числешае методы анализа с использованием ЭВМ, а такае математическое моделирование. При атом, для части задач использованы лабораторные эксперименты, для чаоти - натурные исоледо- ■ вашш (для конкретных объектов) и для части - сопоставление ре-' зультатов расчетов о существующими апробированными решениями. Теоретические исследования использованы для задачи гидравлической устойчивости не поддающейся кзбораторной проверке. , При -»том иоходныо уравнения рассматриваемой физической оиотемы ' приняты из математического моделирования другого аспекта неста-цис..арных процессов - колебаний водных масс. Теоретические не- г следования опираются на использование ооновных принципов и положений, применяемых в теор-.и устойчивости, автоматического регулирования и на анализ характериотичеокого уравнения для смешанных систем, включающих уравнения о 'распределенными и сосредоточенными параметрами. -

Экспериментальны исследования и математическое моделиро- ■

ваниа проведены для колебаний водных шсс в смешанных напорно--безнапорных системах о целью раскрытия ¿ути явления, установления характера колебаний ч применения к ним известных уравнений нестационарных процессов, а'такие для прозерки теоретических полоке'гай, адекватности разработанных математических моделей, получения количественных оценок и для разработки упрощенных формул для выполнения расчетов на предварительных стадиях проектирования.

Численные методы использованы для анализа нестационарных цропзссов при исследовании колебаний водных мэсо в пставной капорно-безнапорной системе, гидравлического, удара и сейсмических воздействий - в напорных системах.

При этом, в случае напорных систем для анализа быотр' х нестационарных процессов принято использование двух числеших методов расчета хороао изученного процесса гидравлическое удара и сопоставление результатов расчетов о контрольными прп-мерамЯ, рэочитзшшми ранее ручным способом.

Вез задачи исследований, включая теоретическую, доведем до использования машинного счета, о разработкой соответствующих алгоритмов а програ.',:м ЭВМ.

Достоверность полученных по ива результатов обеспечивается ЕСШльзован"ем в исследованиях различных методов и их комбинаций.' Она подтверждается также многочисленными сопоставительными расчетами.различных вариантов и резу,штатами много-крзтных лабораторных п. натурных экспериментов. '

1.4. Научная и практическая новизна содергащихся в диссертации исследований заключается з следующем:

- Вперв'-'и предсоигно совместное рассмотрение сейсг.пческс;:

колебаний и других нестационарных процессов ы напорных систэ-

мах ГЭС, как следствий землетрясения.

. - Для различных слоаных напорных систем о уравнительными резервуарами и без них разработаны методика, алгоритмы и программы ЭВМ, позволяющие определить динамические водные нагрузка при учета оейомичеоких колебаний и без них, т.е. для рассмотрения задачи совместного воздействия двух нестаиионарнос-тей, а такке задач врозь независимо дгт от друга.

- Имеется возможность рассмотреть различные случаи эксплуатации на ГЭС в момент ргмлетряоения: открытые затворы (работающие' агрегаты) закрытие или открытие (оброо или наброо мощности), закрытые затворы (остановленные агрегаты), и выбрать из них расчетные случаи.

-Имеется возмокность корректировки еысотного раоподоке-ния отдельных узлов напорной системы, иоходя их величина пони-вения напоров в них.

- Доказывается целесообразность применения напорного типа для отводящих оиотем. При определенных условиях и при малых кодобаниях уровня воды в н.б.наивыгоднейшим является устрой- ' о"по уравнительного резервуара типа длинной каморы.'

- Длинная камера отлична от обычных ур.резервуаров обоим гори-онталышы р^ополоаением и течением в ней со овободной по-Еерхносты как при уотановившихоя, так и при неустановившихся рехшэх.

- Впервые разработаны теория и методика раочетов колебаний масс а ыдравличеокой устойчивости для смешанных напорно-бе?1ш-порных систем о длинной камерой, т.е. о коротким безнапорным звеном, о учетом отраженных волн в нем. '

- Соответственно дополнена нлаоовфакация и теория урапш-теяьных юзервуаров;

- Предложена и разработана новая конструкция длинной уравнительной камеры с горизонтальной разделительной стеш.-ой-цпаф-рагмой (авторское свидетельство № 275855).

- Разработана и Апробирована методика лабораторных исследований смо-юнных систем с длинным уравнительным резервуаром.

- Разработана и Зпробирована методика численного расчета, алгоритмы и программа ЭВМ колебаний водных масс в сметанной системе.

- Разработаны новые экономические компоновп отводящих трактов в условиях низкого напора о пивное бьефа.

- ^заработана методика и выполнена натурные исследования для пусковой схемы важного гадроэнергообъекта республики.

- На основе этих исследований разработаны рекомендации для указанной установки и совместно с Тбилгядроцроектом выданы, инструкции допустимых режимов и условий безопасной эгссплуатагап сооружений напорного водопроводячего тракта и агрегатов ГЗО. ■

Практическая сонность работа заключается в топ, что ела позволяет наиболее обоснованно производить выбор охемы, опро-деленпе критических размеров и выбор целесообразных размеров сооружений по условиям уотойчивоот.;, определять динамические напоры на стенках водоводов, уточнить.вертикальное расположение сооружений водопроводяцего тракта а от?лэтку посадки турбин, что необходимо при црозктирозании. Применение результатов работы п прс.епт:шх организациях-позволит ускорить сроки я повысить отчество проектирования о ломах напорных п смешан них систем.

1.5. Реализация работы

Результаты исследований работы яспользовзпы в проектирования объектов гидроэнергостроительстве па разчичгшх этапзх,

Ч£..ть осуществлена строительством, внедрена в рекомендациях по расчету, и часть - в инструкциях да безопасности эксплуатации.

— Так, результаты теоретических исследований в части гидравлического удара и колебаний водных масс для систем с резервуаром о сопротивлением использованы Тбилгвцроцрооктом при проектировании Лаадшнурской ГЗС, где впоследствии, такая конструкция осуществлена строительством (1951-1354 гг.). Часть этих исследований по колебаниям водшх маос в системах о резервуарам.. и без цех, переработанная в табличном виде, включена в книгу М.А.Москова нГищ>а_лическый справочник", М., 1954, 532о, И..ХП, <¡.338-346 (таб.12.1-12.7). Справочник пореведен на не-ыэцкиИ и румынский языки и издан за рубежом. Результаты исследований по нестационарным процессам в напорной системе Ин-гури ГЭС приняты Тбядгпцроцроектоы в проекте и лежит в основе раочетов для уравнителы: >го резервуара (1967-1869 хг.), осуще-

твленно/о строительством. Впоследствии конструкция его верхнего строения уточнилась в цроцессе строительства о учотом реальных гидравлических характеристик напорного тракта и уточнения зксшауатацпошшх ренимов, в результате разработок автора работы (1985-1983 гг.). На одной из стадий проектирования и строительства Иагури ГЭС из-за геологических условий трассы туннеля, разработан напорный вариант отводящего трэктз с- соответствующими теоретический и экешзрашнтальпыья косдедованзяш^ (1935-1336 гг.); предложен новы!) тип дльшюЗ уравнительной из. мэры, когориО послугая предмэто-. изобретения (1970 г.); был тэкео разработок сабопшюрзыЗ теп отводящего и^акта о разна-порЕванзс-ц гупнодк в вроцвесэ кояебакзВ кзсс в свотеио "урав-

Езтельния Г.ЕГЭрЗ + отводящий туннель" (1336 г.л. Для Леагпцро-проокта были выпонена аналогичные решения для Кроаоцких ГЭ" на ^льнем Востоке (1966-1267 гг.).

- - Результата теоретических и натурных исследований по пусковой охемо высоконапорноЯ плотитю-дернпашюнной установки внедрены в инотрукпиях безопасной эксплуатации на различии;' этапах подъема уровня в водохранилище для Г1нгурп ГЭС (1977-1991 гг.);

. - На одной из стади'1 строительства и эксплуатации било предложено и осуществлено мороггрпятие для максимального использования располагаемой мощности ГЭС и получен значительный энергоэкономический эффект.

Чаоть результатов исследование для смешашгх напоряо-без-цапорннх опагем отранена в I Родакцип укэ-энпй "Рекомендации по раочету неуотановищяхея рекимов ГЭС о напорными з олабонапор-ннки ' отводящими водоводами",. 1975 г., которая

разрабатывалась по тематике, выполняемой в составе Всесоюзных программ в 1985-1975 гг., координируемых ШИИГ им.Б.Е.Веденеева, и -дополнили.рзвеотные до сих пор глетоды рзечетоз для напорные п безнапорных систем новыми рдиапиягя) для смешанных эноргетичО-. ских водопроводящих трактов, а такие классификации, теории и расчеты уравнительных резервуаров;

— Большая чзоть результатов исследований нестационарных процессов в смешанных системах и з напорных системах в оейсгячео-ких уелвопях помещены в монографии автора с участием соавторов в отдельных прорзбоисах "Нвустановшизся процессы в слоишх напорных системах го^зетдшх гвдроэлектроуотзн"вок в условиях сейсмичности", Тбилиси, 1985. [42}- Варианты напорных отводящих трактов были выполнены и включены в состав проектов Тбплгидропроекта па различных отадн-ях проектирования для объектов: Ингурп ГЗС (рашшо црорзботк? различных вариантов по промежуточной, концевой и головной схе-изЛг тзкм при заглублении шизэла я отводящего тракта сразу у

головного узлэ, вблизи плотины) (1952-1958 гг.); Хинзалв ГЭС (1964 -1965и); Намахвани ГЭС - деривационные варианты (1956-1959 гг.); Худони ГЭС - различные варианты о длинным и коротким отводящими трактами (1970-1988 гг.); Храм ГЭС-П (1953 г.).

- Результаты исследований о учетом сейомических воздействий на водопроводящпа тракт были выполнена и включена в проект о новыми решениями конструкций отводщи соорухен'-Ч для строящейся в то время Худони ГЭС (1985-1988 гг.).

- Результаты исследований автора то вопросам гидравлической устойчивости и построения границ облаоти устойчивости углублены и доведены до машинного очета в диссертационной работо аспиранта под руководством автора. О.:.; попользованы такае в кандидатской работе аспиранта ГрузНИЮГС.

- конструкции длинной уравнительной камеры по результатам исследований автора отращены в монографиях (В.А.Орлов, "Уравнительные резервуары гидроэлектростанций", М,, 1968, 0.166-169, со ссылкой нз работы автора) и учебникзх (под реа.Ф.Ф.1Убши 'Гидроэлектрические отандии", М., 1972, с.460-461; под ред. Д.С.ЩаЕ^лева "Использование водной энергии", М-Л,: 1965, о.505 и "Гидроэлектрические установки", Л., 1981, 0.295).

- Результат исследований автора по гидравлической устойчивости использованы в проверочных расчетах параметров строящееся в настоящее время в Болгарии высоконапорной ГЭС-ГАЗС 0 двумя реаервуараг/ • на подводящем и отводящем трастах.

1.6. Апробация работы

Настоящий доклад составлен по материалам, содержащимся в научных публикаииях, в то... числе в коллективной монографии, составленной полностью го работа:! автора при участп в разработке отдельных задач ее учеников, сотрудников, руководимой ею лаборатории, под ее руководством и при ее непосредственном участии также в экспериментах.

Монография вышла в свет в IS35 г. и представляет собой обобщение многолетпей работы автора по вопрооам, представленным в дисоерташш.

Часть вопросов по темо доклада изложена в более 50 каучно--технических отчетах:(IS52-I9S3 гг.) го работам, выполненным в институте Энергетики АН Грузии, в Грузинском энергетическом институте; (I963-1921 гг.), в ГрузНИИЭГСз (I97I-I975 гг.) и в . Институте строительной механики и сейсмостойкооти им.К.С.Зав-риева в АН Грузии (с 1375 г.), а также в проектных проработках Тбилгидропроекта< 0 1965 г. НИР выполнялись по планам координационных гостем. '

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных и Всесоюзных съездах, конгрессах, конференциях, совещаниях:

Всесоюзное совещание "Неустановившиеся потока жидкости и газа в руолах и трубопроводах", Новосибирск, 1966 (два сообщения); Всесоюзное совещание "Проектирование и сооружение гидротехнических туннелей подземных ГЭС", Тбзлиои, 1933 и 1970 гг.", соединенный семинар по специальной гидравлике и гидроэнергетике, посвященный памяти проф.М.А.Моотков-v Тбилиси, 1966; Всесоюзны;! симпозиум по лзиез СЭВ"гв?,1-ГЭС-73", Ленинград, 1973 (два

доклада); Всесоюзный симпозиум "По исследованиям неусгт.течеклл жидкости в напорных системах', Новочеркасск, 1974 (два доклада); Всо-оюз.конференция "Воцросы проектирования и строительства ГАЭС и соодания обратного энергооборудования", Киев, 1974; Воесоиз. конференция "Технический прогресс и ЭВМ в энергетике", Тбилиси, 1974; Воеооюз.конференция "Проблемы гидравлической устойчивости", Тбилиси, 1975 (3 доклада и ведение секций Конференция стран -членов СЭВ, г.Ленинград, 1976. Воеооюз.симпозиум "Численные методы в гидравлике", Телави, 1960 (два доклада); координационное совавшие "Ш сейсшлогии и сейсмостойному строительству", г.Парва, 1980; У и У1 Воесоюз.съезды по теоретической и прикладной механике, Алма-Ата, 1981 в г.Таь.:ент 198.6 гг.; Всемирный XX конгреоо МАГИ, Москва, 1963 (один общий в два стендовых); У и У1 национальный конгрессы до теоретической и црикладной механике, г.Варна (Болгария), 1985 л 1939 гг. Воес.н.т. совещ. "Оценка технического состояния гидротехнических сооружений в период строительства и эксплуатации по результатам комплексных исследований: натурных, теоретических и лабораторных", г.Зугдиди, 28-30 ок'. :бря 1987 г. . Воео.н-т совещание "Ш цроектировашт и отроитетг.отву энергетических объектов в сейсмических районах", г.На.'ра, 16-21 мал, 1988; Второй школа - оеыинар социалвоичео- -ких отран "Вычислительная механика и автоматизация проектирования", г.Тевкент, 16-23 сентября 1988 г. (два доклада); Всеооюз. научное оовещ.- "На; *шо-техничеокий прогресо в гидротехническом строительстве", г.Тбилиов, С3-27 ноября 1988 г.;

Совещание научных и проектйлс институтов реопублик Закавказья, Тбилиси, 1937, а также на координационных совещаниях по важнейшей тематике во ВНИНГе пм.Б.Е,Веденеева по цроолешм

0.01.275

о.01.257^и 0.01.289, 1965-1975 гг., по проблеме 0.74.03 "Сейсмология и сейсмостойкость сооружений" в гг.Москва, Ленинград, Тбилиси, Ташкент, Нарва, Киев, 1976-1989 гг., на школах-с—ганарах, в г.Ташкент, й регулярно на лабораторных п институтских семинарах. О работах лаборатории докладывалось на Мрезидлумо АН.Грузин, Тбилиси, 1986.

Публикации . Основное содержание диссертации отражено в 49 опубликованных работах автора, среда них изобретение к монография.

Другая монография о высоких плотинах мира, упомянутая в гл.6 настоящей работы, в списке публикаций приводится вне этого перечня.

Вклад автора. Большая часть работы выполнена преимущественно единолично автором, включая постановку а математическую формулировку рассматриваемых задач, получение решений больигнетш из нет. а такзе соответствующих алгоритмов. Остальная часть работы - подготовка и щшеденле лабораторных и натурных экспериментов, обработка данных по ним, разработка упрценннх формул: и приемов, участие в падад-ке программ ЭЕМ и др. выполнялась как непосредственно автором, так и совместно с рунсводимхг.я ею сотрудниками-при разраиотке плановой ■тсматЕШ, '• . а таете вшолнешот ими диссертационных работ.

Ейгаоллчно автором работы выполнена тагах основная часть иа„е-нерша проработок н постановка научных задач д-щ рассмотренных гоп-крэтныХ гарпан-эз папорнсго тиса стводягзк трактов реальных объектов проектирования.

Автору работы 'принадлежат также постановка вопроса и обосноза-нпэ необходимости црезеденш: натурпше исследований для пусковой

с.тега внсокснапорноЗ плотянно-дерзвацконной установки, з Частности»

для ИнгурзГЭС.

2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДА? Й СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ В БОДОПРОВОДОДИХ СООРУЖЕНИЯХ ШДЗШЫХ ГЭС .

2.1. Состояние изученности вопроса, цели и задачи исследований

С; ;ествуюцие порматквнив документы, рекомендации, указания о сейсмических воздействиях на водные нагрузки в гидротехнических под-

зетиа сооружениях, опираются, в основном, на те иш иные упрощаящие,

• I

допущения при аналитическом подходе к решению задачи и рассматривают только случай закрытых затворов в конце водовода. В большинстве случаев такой анализ приближенный, дает громоздкое решение и не учи-шиает ^еальный характер сейсмических параметров землетрясений.-

Исследования сейсмических воздействия в подземных водопроводя-ка сооружениях качались сравнительно недг.лно. Еще две десятилетия назад такие сооружения, залегавшие глубоко в вемле, на сейсмические колебания водсе на расччтквалшсь. В то кэ время водопроводядае сооружения в условиях землетрясения испытывают дополнительные водные нагрузки. Известные из литературы исследования последствий землетрясений показкчамт, что повреждения водопроводящпх систем значительнее тем, где имеются большие колебания внутреннего водонапора. В социальной .штературе описаны поврездепия в о до проводящих сооружен ний ГЭС. Крчш того, значительная активизация землетрясений за последнее г« во всех утолках мира требует детального анализа для сооружений большой протяженности, в том числе в туннелях и водоводах подзешвд деривационных гидроэлектроустаповок, придает проблеме большую актуальность. .

С развлтиец вычислительно!. техники стало возможным веоти псс- • ледования численными. ыатодама анализа. .'

В отлзчззе от остальных существующих методов гсследовалий сей-таяческях воздзЁствай в иапорксй системо гэс, первая^е работе автора в зтс£ области, выполненная в 1979 году-, была направлена на

численный анализ совместного воздействия сейсмических колебаний и различных эксплуатационных и аварийных случаев,могущих иметь место в реальных условиях на гэс в момент землетрясения и учитывала сейсмические, характеристики, вь^дя'их в программы ЭВМ в виде цифровых массивов. При таком мелком шаге врзмени, как интерва- оцифровки акселерограмм и велосиграмм, измеряемых сотыми долями секунды, члся ленные решения задачи при использовании метода характеристик и различных модификаций, весьма надежно приближаются к точным решениям. В работах автора рассматриваются также различные законы закрнтия-о -открытия регулирующего органа турбин., различные условия в разветвлениях к турбинам, сдвиг во времени начала нестационарных процесс-сов. В исследованиях используются два численна* метода гидравличв-кого удара - Метод суммирования значений удара, пгедлоягкный H.A. Картвелиивили и метод волновых функций М.А.Мосгкова.

За последние годы с использованием числепннх методов расчета сейсмических воздействий разработаны алгоритмы и программы ЭВМ для обычных напорных систем гэс о подводящими напорными трактат (рис. 2.1)как в условиях закрытых затзоров 0 подробна;/ анализом навигационных явлений (ГрузШИЭГС) так и при различных сочетаниях сейсмических колебаний и режимов гэс (работы автора).

Системы с появодящкл я.отводят гш папорзыки траятаии <рис.2.2) рассмотрены автором работы методом'волновых функций. Особо pa.cc" матривается безрэззрзуарная система (рис,2.з) . Анализ показюгает, что кроме определения максимальных повышений напора важно знать и ■ roc понижения, которые могут привести п опасным язлениям в напорной системе. В этом случае условие образования разрыва сшкгакостл потока не учитывается . в расчетах, что позволяет оце5шть количественную сторону опасности разрежения и судить о возможных путях es

устранения. '

Цель настоящей раооты состоит з изложении основных результате?

вссдад, ваниВ для подземных напорных систем, в разработке расчетных аа№<чшостей и програш эвм, о .оценке доли сеЯсыическкх воздейст-

*

ввВ в повышении и понижении действующих напоров, в даче рекомендаций для обеспечения надежности нормальной эксплуатации водопрово-дящдх сооружений а агрегатов на различных этапах пуска и эксплуатации гэс.

Сак сейсмяческяе колебания ыогут повлиять на выиор слеш, иож-ио увидеть на примера результатов всохедг -¡аний для одной средней ГЭС, дроактидуемоЗ в высокогорном се&сшшш районе, вше Натура ГЭС. .

lw-за коротких подводящей в отводЕдел дерзвагщэ, го условиям гавравакчеокого удар '•ига запроектирована безрезарэуарная cEOTX.ja.

Шраштра рзосютровазшЗ сватеш: La = 230.0; Lc - I? .6; LR= Ьд = 65.0; Vi. = 100.0 ы;

oc « 28.23; WR= 19.E2, (= 39,25; <Аз = 50,24 M2;

аагедбаенво oaa тзрЗгя та трсвань n_anaro бьефа ~ 7,0 и.

Ваасм-^рзззаись рскама ГЭС при различиях уровнях в Еодохра-езвдэ с рзсчкшшт схачапиаш окаютзоЕои» шщзра уоганоаки и расхода яурбак:

К^» м: • Ш.О 154.0 Ш.О 87.0 -{цусговой рекам) 14? 172 IIS ЕЮ V

Уча® (^^яеттаазш: усгавай ща воздвЗаявва 8-ю балльного saasaijaciMa (ssasaras ЕагЛЬааро, Ü£peaa в саитазнроЕанхюг aea-дэт^кгвиЕэ) шказая. rr_j «ждтаяаза дзавшЕавиот© резэрзуэра , .в ccjraa cöpooa ькм^кет, а такга.ща рабо^авцзх ог^сггетэж. од. :щгйггдЯ (еочгшнз P*» jju.c.2.3), ajesaatca зыачагиглтга пщеязеис гт^Ейазга e sas^essaaa«»« и о ха&ршш ücsassaa'EB ездшз Cprc.Ws-EÄ), | veo Ейщкзаагаз. в оззз с втта:, с ¿чртяр! взсися: -уедадда бгаа г "P^XTÄi »"дадаисф-аазя© ь уг^^жЙггЕГч ~ -, I1 y^isiEzrcirassK jp-; герзумаз за. яада&авда» что щиагга Е' црзгкга.

25

26.

Следует принять во внимание такие, что в случаях, когда гоннненвэ напора сопровождается „эзрешшем, руководящие мате-■ риалы предлагай?ввести в расчет т.н.коэффициент пер.грузкп "п" доходлщиЗ до величины 1,2 в учптцвэшшЗ воздажность отклонения в неблагоприятную сторону от их нормативных или, проектных ь.ич-чений.

Результаты расчетов, выполненных для 8-ми балльного землетрясения сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Понпкение напора в водопроподящей с.,стеге ГЭС при сейсмических воздействиях •

Ра с ска три-, ваешя схем

ч

о К Р< сз . >1

п-р<

о

а

о резервуаром на отводящей тракте

Исходные регйгл • Максимальные значения

;----------динамических напоров

Напор, ; Расход,------------

м | иэу0 относитель- абсолют-

ные

1ные, м

180,0 I 147 -0,1156

154,0 1 172 -0,1754

I

-20,8 { -°7,0

Работающие агрегаты, сечение Р*

154,0 110,0

172 118

-0,1168 -0,1572

Пусковая схема Наброс мощности, сечение В

.-18,02 -17,4

87,0

100

-0,197

87,0 : ИЗ -0,230 С учетом коэ'5 "п"

-17,3

-20,1 -24,0

Загяуб-¡Максим.!

ление

ООП

турбин под

уроне:-".

Н.6.,

м

"б-

6,6 7,0

дчна-мач. напор, м.

Пои» чаи

7,0

6,4

-14,2 • Р^*

С Га.

-20 0 а. л

! ПО .

-11,02

! -П,0

За^луб- ; лонио шалит I овода туннеля ' иод уро-: бонь в.б., ^0,7

М .л, •18,09^

• пил:

• при-

'¿'О'З

в п

ек':

оШ"1

н'.;о

чо.г УЗ.7-

-3,3

—"),'

2

3

4

2.2. Основные положения методики и расчетные зависимости ири численном анализе нсстстационарных процессов

Из быстротекущих нестационарных процессов - гидравлического

И '

удара сейсмических воздействий, которые долины быть проанализированы при проектировании напорных водопроводящих систем деривационных и подземных гидроэлектроустановок в условиях сейсмичности, хорошо изучено явление гидравлического ^цара.по нему имеггся теория, предложены численные методы анализа с разработкой удобных и экономичных алгоритмов, длг. ручного рчёта задолго до появления вычислительных машин, имемся данные (физических экспериментов « натурных и лабораторных условиях, подтверждающие надежность разработан; к методов расчета. Точность их результатов в некоторых специфических задачах возрастает о появлением возможности значительного уменьшения расчеи >го шага при использовании ЭВМ.

Использование численных методов анализа гидравлического удара при рассмотрении задач», сейсмических воздействий в • напорных , системах гэс, открывает возможность соответствующих сопоставлений результатов исследований для этих двух явлений, рассматривая их совместно и врозь, судить о достоверности результатов для изучае:-кшх процессов ори землетрясениях, и, в случае надобности, вносить в них соответствующие коррективы.

Установленные таким образом алгоритмы расчетов для определения характера и величины динамических водных нагрузок в напорной система ро иополъзованы для моделирования рассиатривабаого явления при различных схемах напорных систем и различных ха^акторйстж-'кйх зешштряоения, а. также для изучения влияния отдельных факторов и параметров си гсш на велпчвпы динамических напоров в равлк^" чннх створех гапорпой <чзстеш и различных характеристиках землей-трясения . .

Как известно, гидравлический удар описывается системой дифференциальных уравнений в частных произгодных гиперболического типа, которые при общих допущениях для напорпых систем гэ. приводятся к т.я», волновым уравнениям, общий интеграл которых пишется в виде известна* сопряжянннх уравнений гидравлического удара.

Рассматривая боль «г опасный случай распространения сейсмических волн вдоль оси водоводов ¡и принимая, что стенки водоводов перемещаются вместе о грунтом со скоростью .Щ - /(О , скорость воды относительно стенок водоводов.будет У + V7 и исходные уравнения одномерного нестационарного движения залагутся в виде

■О* < Э(У+Ут) . . . „ н - ---- . /2.1/

= - __ /2?/

ЭЬ = " дГ "х----/-¡.2/

Тогда сопряженные уравнения зашшутся аналогично сопряженным :

уравнениям гидравлического удара так

Сложение эта;: уравнений дает '

. С* * - (^Л

Ира использования указанных выяз чиолепкых методов расчета . исходят из отпх урз:-31Пй: при кетод^зояасвых. функций из уравнений /2.3/ и /2.4/, при методе суммирования значений удара - пя уравнения /2»5/.'

н*' " « 1 г*.. -ш " Т" • > - "гг. V • ? = р7

где Н„ , О и , некоторые прояззольпыз постолшше,

'<= - время пробега ударной волной участка водовода

в прямом и обратном направлениях /фаза удара на участке МИ /.

Верхние индекс;; относятся к сечением водоводов, нижние к £азам удара на рассматриваемом участке.

Уравнения /2.3/ и/2.4/ можно записать так

т С % га - 4- % * с« ♦ 4 м

Т&Н - ' т <* - 6> М

При использовании волновых функций вводятся обозначения прямых и обратных волновых фунвций

Л- (и г + (и +ф/г.ъ/

одна нз них сохраняет свое значение при перемещении против направления течения вогч, другая при перемещении по направлении течения. Они связывают мекду собой значения повышения и понижения напоров и относительных скоростей л соответствующие сечениях волов о да. "оэтому имеется возможность, исходя из граничных условий, определить изменение напоров по всей длине напорного водовода. Если записать волновые функции с помощью параметра р 2 _ а

выражения /2.8/ запишутся так

т н 0 = /2.9/

В таком написании волновые функции имеют размерность расхода.

При использовании метода сушироваг-ш значений удара, записав уравнение /2.5/ для всех фа. неустановившегося режима, вплоть ■цо значений нишппс индексов, соответствующих усж'ановчвшемуся разделу и складывая,приходят к величине относительной скорости /рас- ' хода/ в одном из рассматриваемых сече..ий в произвольный момент

времени

ин, - „Г. ± ? «.щ Здг^

Применение этой зависимости к точке разветвления водовода, считая ее за точку И, а противоположные концы разветвлений за точки//, при учете условия неразрывности течения, дает

К" +>9'( § " § ) +

+ ^ (2- - £ _ ) + .......................+

г*» (2 ^ ; ^0 /2Л1/

ГДв ■ 2/Р

С_______________________/2.12/

есть коэффициент преломления ударных воля, подходящих к то же разветвления по -ой ветви.

Уравнения /2.10/ и /2.II/ являются основными уравн тмил метода суммирования значе!ШЙ удара.

Смысл уравнения /2.11/ заключается в тем, что давления в ¿и» бом сечении еодозода, где сходятся две или больше ветви с различит«! параметрами, может быть определено, если извесапы значения давлений в смети сечениях для ряда предадут« интервалов времени. '

Используя эти основные уравнения и задавая для конечных-сечений всех ветвей водоводов грапичныз услолия, молено, шаг за яа-гом, вычислить давленля, возникающие в период неустановстшегося решила для всей напорной системы.

При условвиИ Ц"Тг= 0 к и-1" = 0 приведенные выше рррааения являются выражениями для гидравлического удара. -т

Оба эти метода, конечно, соверсенн равноценны и результат расчетов по ним полностью совпадают. Это обстоятельство в свое время было использовано, проводя расчеты по ним порадяальпо, с

целью исключения с /чайных ошибок при ручнрм счете в примере для задачи с резервуаром с дополнительным сопротивлением. Указанный пры..ер в дальнейшем, и при выполнении расчетов на ЭВМ, берется в каче гве эталона, также при наладке программ вычислений, о учетом 1 сейсмических воздействий.

Е рамках данной задачи, с точки зрения протекания в напорных сиотеиахбыстрыхнестационарных процессов, достаточно рассмотреть , даа типа резервуара V цилиндрический« резервуар с сопротивлением, поскольку при этсмизменерчеуровняз нихнезначИ7ельнои совершается пределах цилиндрической ч$сти резервуара или его отояка. Расчетные зависимости гидравлического удара для случая иилицдрит веского резервуара для разветвленной оиычной напорной оистемы получены по соотаетлвущгол методам Н.А.Картвелишвили и М.А.Моотковым, для случая розервуарл с сопротивлением- автором работа. Ею хе погоны раскатные задискмооти с учетом сейсмических" колебаний дкя . обичкю. к полностью напорнгос систем. показанных на р:ш. 2.1 и 2,2.

В кс 'яи землетрясения мо^ут быть различные бксплуатационнно к аварийные ситуации на гао: оданааовие для всех турбин и развэт-влешгйтурбишшх водоводов, и различные условия. При одинаковых уолсзийх. по дра з ум евае тся, что в со турбины, сбрасывают или набрасн- . вают . эдюсть, всо остановлены ехп. находятся в работе. При различных условия.: в разветвлениях могут встретиться, одновременно все , ^ перечислгнкыз случал : часть агрогатов работает, другая -из „них ос ¿а- : новлеЕа, наброо или сброс мощности происходит на части агрегатов, ; Наконец, само э&шетрясекие ьожат явиться причиной тех или шшй I аварийных ситуаций,- соцроэсгдаиощг-.ся.со сгоей,стороны сбросом пли ! иг.оросогл'шцпостз. В таких случаях землетрясение предпествует па- ' ! чаду нестацаоварша процессов reo, ' ' ..1

Граничные условия.

I/ Входное сечение А - у водохранилища давление составль^.т сумму статического и динамического от сейсмических воздействий д давлений воды в водоеме, ..ад центром тяжести входного сечения подводящего водовода и определяг лся по одной из изустных форм*-!. В общем виде >Д -г Н1_ г, или 52*= -Л* /2.13/

Характеристики землетрясения У*т и ТХт , входящие в эти формулы,, задаются в цифровом виде, по реальным для для данного землетрясения велоеиграммам и акселерограммам.

При расчетах только гидравлического удара г. сечении А давление постоянное = 0 . /2.14/ -Г . .

2/ К точкам разветвлений или перелома трассы с" изменением характеристик водоводов /Е и В на подводящем тракте, И на отводящег,!/ применяются уравнения неразрывности течения и условия равенства давлений подходящих с разных участков.

3/ Сечение Р у турбины - граничные условия задавтся в виде закопа истечения и закона закрытия-открытия регулирующего органа турбины. Задавтся также время маневра затвора.

4/ Сечение под турбиной Р*. В формуле истечения учитывается изменения напора под турбиной(для яолносты№лорных систем).

5/ На свободных поверхностях в уравнительных резервуарах и у нижнего бьеф?: напор принимается постоянным, т.е. ¿^ = б. Если пижпий бьеф представлен глубоким водохранилищем, запипстг ся аналогично ^.

На рисунках 2.1 и 2.2 /2,3/прар.едены буквенные обсзнач-ння элементов и створов рассматриваемых напорных систем.

Начальные условия задаются 'величине"/ расхода <?о или скорости гг0 , относительного открытия запорного органа турбины Ып н ¿х, соответствующих начальному установившемуся режиму.

Расчетные зависимое 'и для определения динамических надо^в в раэ-личных сечениях напорной системы при использовании метода суммнрои ван>.я значений удара содержат только значения втюс напоров в сосе* дних течениях пги соответствующих интервалах времени. При. использовании метода волновых функций расчетные зависимости содержат ¡также орределешш других параметров движения( v ).

Алгоритмы и программы ЭВМ по этим г. подам разработан- для различных напорных систем: обычных при отсутствии напорных отводящих систем (рис.2.11 и полностью напорных оистем (рис.2.2 и 2.Ei)

лнализу гидравлического удара в обычных напорных системах гэо посвящено большое коли .ество исследований различных авторов. . Pest, встречается в литературе задача о .напорными подводящими и и отводящими системами.

Расчетные зависимости ■ .

А. Обычные системы с напорным подводящим.трактом ( рис.2.1), гидравлический удар и сейсмические воздействия. Метод гуммирования значений удара.

Для краткости письма введем обозначения. суш динамических напоров в различных створах и соседних ветвях системы: P)j2 - от ветвей В, от ветвей В и С, Е^гд/j - от ветвей С и Д, -

К - от ветви 2) . Аналогично для случая резервуара с сопротивлен нием: А - от ветви W, В - от, ветви Ф , С - от ветви С. й, , коэффициенты, зависящие бт харантеристик.пролог,-.гзнпя

волн, , $2, - то-яе для системы с резервуаром о сопротивлением;. ci,h,sa к К|,2,»А5 - параметры,зависящие от характеристик турбин, •их числ^, открытия и ат характеристик- водоводра для оистем с цилин-. /лчеехкм резервуаргч л о резервуаром о сопротивлением сротвототйа венно;' м, , Чт - члены в формулах для рззорвуаров с сопротивлением.» которых Z^-t^at К (ис)2, К - коэффициент сопротивления.

расчетные зависимости для изменения напоров в напорной системе с цилиндрическим уравнительным резергуаром примут вид

Для обычной напорной системы с уравнительна резервуаром с сопротивлением

■) С? - остаются в силе /одинаковы со случаем с • цилиндрического резервуара .з /2.15/

-гЖ^'+^ + ^-Мгс /2.16/

В случае закрытых затворов будем тлеть

Для однониточннх схем в расчетных зависимостях следует подставить - Учет различных начальных тяловпД в тзвйтвлзпнях Расчетные цавпсжостл в этсм случае запишутся ал. для сечения Р в уравнениях (2.10 - 1б) будем гмота

] "I --------

где

гч

¿• = . • < , Пт

В общем случае по ^ .изменяются величины:

<*« » ^г»С„,С,,С^ С^, г;р} р4,б<(Рг , " «я; гг* , Ьа / /«и. , ■ Я| -/а/Д«» '

(

В частной случае при одинаковых геометрических ци|*>«».«у>а. разветвлений и одинаковых характеристиках турбин, по ^ изменят тся только значения начального и конечного открытий турбин ¿о I *.

При принятых выше обозначениях для сечения В. будем иметь

с,\ ^(^«гм /2.18/

Для остальных сечений напорной системы расчетные а&ьдсшно-ств остаются без изменения и берутся из (2.15 - 2.1б) в зависимости от схемы напорной системы.

Б. Системы с напорными подводящими и отводящими трактами (ри<$2) Гвдравлический удар и сейсзгическис воздействия. Метод волновых функций.

Изкеаения напоров в подводящем тракте обозначали через С, , обозначим их в ртводящеы тракте через '.

Как к в расчетах гидравлического удара,счет начинается с се-чгнля ворчущенпя - турбины. Для сечепия Р'фод турбиной) в начале отсасывающей трубы изменение напора определяется по зависимости

гдз пгв и ЯгП^,- известны из предыдущих расчетов

или по начальным условиям: м м л • '

при Лг| Лов -^с Ц0 )

при г Л^ Я°в = <*,<?„. ;

т с Р р'

-берется по данным массива ит . После определяются Дс и^..

Сзченде Р (перед турбиной) ■ • р'

• • /2.20/

Здесь Л с а Лх - известны пз предыдущих расчетов;

по-де определятся р1 _ р '

пг> 2с „Р „ ПР Сс * - -7ГГ в Лс - --•

В сзчении ММ' изменение папора будет иметь вид мм' + я"

где ТТТ = Л , когда Г ^ о. Л0 = -<?0«<0

1согда известно из предыдущих расчеши.

После этого определяется -у-м* п' • м

■3 Сатапт Г 2^=0, /2.22/ при г=о я0р=-^0(;о, ...

Для сечений подводящего тракта получается зависимости: ■ яв а-

Остальное аналогично предыдущим описания:/.

■ е

Печение В >-Ее_. + /,

' +-</М

■ее1 и"' р,

Если в'узлах Е и М имеются уравнительные резервуара, то расчетные зависимости для ■ этих узлоз запишутся при сброса или пай-

росе мощности так: . , ^ м>

ЯГ) ^ (Я ' и" Л^") _ ,

В формулах для гиутренннх точек системы деойшм буквенные обозначения относятся к подходу к с тару/ о братних и прямых воля " соответственно.

0.3. Анил'! особенностей напорных систем и характера дшиипчооких напоров в рсь.ди'яых • створах

[г.гукЬ'г'-.иио ц«о:хаа. и ЗКД яспоиьоо'лш! в кошдото » щю» ик'^фсш» ш « и но/чздх исскедовани/зс. Взссиотрмш црзмора различных и норных систем реальных крупной, сг^днел и макоа ГЭС -систсаа с урзшштолышш резорву&рока различного типа п бсз-резорвуордие, рззвствяеняае и с шц^вдуолыш питанием турбин, шдво8;а1И0 и отводчедпе юнориче системы, а также их совокупность.

На конкратних примерах проанализировано влияние на вели-чпш динамических водньх нагрузок в чопорней снстоыо ГЗС кон-¡.пгурашш, гоомотрпчоских размеров и кинематических параметров схема остановки и характер и продолжительности динамических возмЯотвиИ но них, вэшопю различных законов открытия-заяри-тил и времени маневра регулирующего органа турбин; типа турбин к закона истечения; сд.лго во времен;! различных нестаппопаршх процессов, например, начала аомяетряоетш и вызванного им сброса или наброса мощности.

Рассмотрены характеристики различных землетрясений и различное залогение сооружении от дневной поверхности земли. Проанализировано влияние величины расчетного интервала времени 1п точность результатов расчетов.

Выявлоны основные факторы и параметры системы, в значительной ыогс влиящпе на л_личины динамических давлении в папорноН-системе и в отдельных ее частях.' ■ •

Показано, что максимальное значение динамического напора воды мо.ьот иметь -мехо как при различных сочетания" сейсмически-,: колебаня;) и нестационарных ролпыоа ГЭС, так и только при вакрыипс зо!'1)орзх в момент землетрясения (рг',2.9).

Аналогичная картина с максимальным понижением динамических напоров з створе р наблюдаатся в слуга- открытия затворов в сейсмических условиях / ри<- 2.10/'.

На рисунках 2.4 - 2.8 представлены графики дпна'.г.'лгских-нагрузок в других створах напорной системы при сейсмических воздействиях. На рис.2.4 - в створах Ев Р1 при работающих агрегатах; На рис.2.5 и 2.г - при различных законах закрытия затвори, на рис.2.7 - понижение напоров при пабросе мощности, на рис.2.8 - случай закрытых затворов.

Результаты расчетов показывают, что величины длг л.етческих водных нагрузок значительно зависят от закола закрытия регулирующего оргаша тубины при гидравлическом ударе и в случае нелинейного закона по сравнению с линейным увеличиваются на 30-40 %, Соот^етс-венно увеличатся и суммарные значения напоров при совместном воздействии закрытия и сейсмических колебаний. Некоторые уве..лчения динамических нагрузок можно ожидать при учете параметров турбины /до 5 %/, при сдайте во времени начала .нестационарных процессов -землетрясения и мапевра зптвора /в зависимости от величины сдвига и характеристик землетрясений от частоты сейсмических колебаний.

Мпюшальпне значения напоров -оходящяе до разрежения и образования разрыва сплоеностп потока ожидается в .творах Е, Р', М папорной система. Их будем называть "опасными" створами. В сгворз Е. мипикалышо давления могут возникнуть как при открытии, таз и при открытых затворах, в створе Р1 при закрытии п при открытых затворах и т.д. Бывают также случаи, когда никаких дру^ихдс-стационарностей пет, а значительные понижения напора под турбиной вызыз&атся землетрясением при открытых затворах, т.е. при работаэ-пих агрегатах. ■

Кроме обычных проектных условий, особое вникание следует обра-

теть удовлетворен:!!) пусковых режимов, когда уровень воды в водохранилище ниже нормальных эксплуатационных .

При проектировании «я пит гэс в горных и сейсмактивных района^ следует учитывать, что их напорные системы , как правило, расположены у поверхности земли и потому испытывают большие сейсмические воздействия,чем подземные тракты крупных деривационных установок.

В ы в о д и по гл. 2.

1. На основе теории гидравлического удара, с использованием численных методов его анализа, разработаны, методика, алгоритмы и программы ЭВМ, позволяющее определять величину и характер изменения давления в напорной системе гэс о учетом сейсмических возде-йсввий т различных эксплуатационных и аварийных ситуациях в момент землетрясения.

2. Программы позволяют проанализировать как совместное воздействие гидравлического удара и сейсмических колебаний, так и-отдельно каждой нёстационарности.

Землетрясение может совпасть с любым из установившихся и неустановившихся режимов гэс.

А, Программы использованы в конкретном проектировании крупной, средней и малой.гидроэлектроустановок, а также.в исследованиях. Б. При землетрясениях в напорных системах возникают знакопеременные возмущения.-чизывашие .как повышение, так п'понижение дшшшчс зяих напоров в них.

6. На повстанце напора рассчитывается толщина.и конструкция облицовки водоводов, на понижения - корректируется высотное расположение напорных трактов, их отдельных узлов и посадка оси турбин относительно отметок верхнего и нижнего бьефов.

7. По величине максимальных и минимальных дшишчзских напоров

выбираются тип и состав сооруг.еплй напорных трактов, определяется необходимость сооружения на них уравнительных резервуаров,назначаются минимальные допустиммые рабочие уровни в водохра :;иг.гг,пх.

8. Кавитащшшше явления при движении потока недопустимы.

9. Опасные створы напорной системы с точки зрения .оявления вг-куума - на подводящем тшкте узел Е , на отводящем - в безрезер-ной системе сечение р'под турбиной и узел M .

10. Исключение появления вакуума возможно различными способами: дополнительное заглублениа узла под уровень верхнего или нижнего бьефов, поднятие допустимого предела паиниспего гябочего уровня

в водохранилищах, уменьшение длины напорзо-о участка туннелей, увг-личение вреыенй маневра регулирующего органа турбин, 7§ервуаров.Ре~

11. Учет сейсмических воздействий необходим уже па ранних стадиях проектирования, поскольку он ионе? оказаться определяющим для выбора схемы и состава сооружений.

12. Реше1ше о пр1тятии резервуара пли отказа от него недостаточно принимать только по условиям гидравлического удара, как это тлеет место в настоящее время.

13. Если C2ема и состав деривационных сооружений еще не установлены, рекомендуется сначала произвести расчеты при сейсмических воздействиях для безрезервуариой системы, яри.этом без уточнений кавита-ционннх явлений, с тем, чтобы выявить опасные створы и избежать пробных расчетов с целью норшализгцсй их эксплуатации.

14. Устройство уравнительных резервуаров на подводящем я отводящем трактах лучшим образом оаэдавт напорные система от нежелательных повышений и потекний динамических напоров и обеспечивают надежную эксплуатацию деривационных сооружений и агрегатов гэс. ■

з. ттшчэзкдя шдаь и числимое рйишие злгь,

КОЛЕШЫ В0Д!ШХ масс В СМЗШШОЛ ГИЦРАЗЯИЧЕСКОП скстше

Анализ р. .личных эспзктов . нестационарных гидравлических проиоссоЕ в слокпих напорных и смешанных на порно-безнапорных воцопроиоцадих системах подземных гидроэлек роустановок пред-отавляот собой неотъемлемую часть проектирования таких систем.

Проведение такого анализа немыслимо без использования вычислительной техники дам в сравнительно про с тих случаях, и в случаях принятия условного разделения нестационарных про-иоссов на'бистрие и медленные и самс тоятельного их рассмот-рания при соответствующих упрощающих допущениях.

П^одслЕИтельнооть быстрых процессов, к которым относятся гидравлический удар и оейсмическ^е воздействия, измеряется секундами, медленных - десятками и сотнями секунд. К медлен--нам процессам относятся - колебания водных масс и гицравли'че-' окая*устойчивооть движения.

Г &е речь пойдет о ыедленнотокущих нооташюнарных процессах. ''атематичэокая модель этих пронеосов для обычных напор-Ш'" сиотем установлена давно как теоретически, так и эксперимента льио и представляет собой систему обыкновенных диЗДерен-и^алышх уравнений. Для смеианвдх-ае сиотем с безнапорными участками добавгчотеи уравнения в чаотиых производных, обычно, в'виги, уравнений Сен-Венг та. Однако, последние, строго' говоря,' выведены для длинных речных бьефов и каналов. Бознаырные-жз участки, включенные в напорных сиотемах гидроэлектроуотоновок, в качество уравнительных резервуаров; имеют ограни- лшую длину и раб«таюг. как ург - ни тельные длинные, камеры, в.'которых гид-

рэйлическне режимы отличны от режимов и в длинных бьефах, п в уравнительных резервуарах обычных типов, как при стационарных, так и при нестационарных процессах. Поэтому, математические модели для таких систем должны быть подтверждены физическими экспериментами.

Кромо того, устз!. вление математической модели для ¿ис-смзтриваемнх систем с распределенными параметрами, вайю для проведения исследований условий гидравлической устойчиво ти, которые, сами по себе, сложны и громоздки, а экспериментальной проверке, практически не поддаются, в особенное""!, в условиях' больших объединенных энергосистем.

Задача исследований возникла, в связи с рассмотрением автором напорных типов отводящих дериваций еще в 50-ые гол, и, конкретно, через одно десятилетие, при проектировании.н строительстве Иягури ГЭС на р.Ингури, когда при прохождении строительством отаоцяпэго туннеля, по его трассе были обнаружены участки со слабыми поросами и осуществление безнапорного туннеля больного поперечного сечения встречало затруцне.ля по условиям производства работ. Переход на нагорный тип отводящего тракта позволял осуществить туннель мен:1 ¡его сечения, на котором, по гидравлическим уоловлям нижнего бьефа, было целесообразно соорудить длинную уравнительную камеру.

Такие конструкции осуществлены в зарубежной практике гидроэнергострозтелььтва, попример нэ установках Хэрсгронгег Пленил), .длина камеры 300 м,, Пиртикоскн (Финляндия), длина камеры 500 м, Чильфорсен (Швепи^), длина камеры 250 м и др.; но анализ с учетом характерных гидравлических процессов для ш'ч, не проведен.

В годы строительства этих объектов подобные задачи не могли рассматриваться и потому, что тогд" еще не суиествовала

вычислительно а техника и повидимому, при их проект... принимались соответствующие запаси в размерах сооружений.

В настоящее время - помосрыо развития вычислительных методов и вы1, .елителыюй техники, широки:! круг задач нестационарной .'пцтз.лпки в напорных, безнапорных и других сломах сксти.лэх, изучены достаточно полно, и по лш разработаны элементы САПР, используемые в проектной практике, а также в учебном процессе ВУЗов,(например работы кафедры Петербургского политехнического университета и др.).

3.1. Колебания водных масс

Как пример смешанна системы, рассматривается отводящий тракт подземной гидрозлектроустановки, состоящий из длинной урар"птельной камеры в напорного туннеля. Камора расположена в начале отводящего тракта., тушель отводит воду в нижний бьеф достаточно большого объем, где отметка уровня но зависит от раохода воды j туннеле. ' .

Уравнительная камера рассматривается как безнапорный участок с течением со овободной поверхностью в ней.

Нестационарные, процеосы возникают вследствие полного или частичного сбросов или наброоов мощности.

Уравнения одномерного неуотановившегооя движения пишутся : для камеры в виде уравнений Сен-Вонана (уравнение движения и уравнение неразрывности течения), представляющих собой квагтщшейнне уравке-лия гиперболического типа о частными производными (31,1) и (%2), и для напорного участка - в виде уравнений колебаний маео (ауз)'и (31,4):

j. ^(¿"55 "в 3T"3

. Ь .Itr . , ^L (3.1)

3. hp

4. FK "= f«" '

Здесь ^ = 3 ( i0 ~ ):, F, u _ площадь sl^oto сечения и средняя скорость течения в камеро; В - ширина потока в не!! по урезу води; R. ' - гидравлическим рад-ус, и2-

(= ~ ?клон посеГ юсти потока, l0 . - уклон для ка-

меры; г - - ц - коэффициент в <5ор:луле Шези, учитывающий силы ^ Ш1

сопротивления при равномерном тэчэниа, -' уокорение ici. л тяаести'; Ы. , - коэффициенты, учитывающие неравномерность распределения скорости по живому сечению камеры, <*£> - то г.е для сечения напорного туннеля, V - средняя скорость в туннеле;' L, } - длина и поперечное сечение туннеля; к^, - по-.тери капора в туннеле на гидравлических сопротивлениях, Кр - местная потеря напора з узле сопряжения туннеля с уравнительной камерой. -

QK - Он4 io^ - глубина води и 2 = - Як ~ отклонение свободно« поверхности в конве камеры от статического уровня ннкнего бьефа, -L - длина камеры. Индексы "к" и "н" относятся к сечениям в начале и коше камеры соответственно.

Система(3,1) записана при известных допущениях. Совместное решение уравнений системы 0.1) при соответствующих граничных условиях ицотся с помощью метода характеристик, по явной схеме конечных разностей. Как известно, этот метод менее дру-

сих сглакивает рассматриваемый процесс, и вместе с тем, и,., воляет определить отвор- п .ломент образования прерывной волны, зли такое будет иметь ме..то.

Скотема ^авиошгл характеристик, записанная в конечных разностях, имеет вид:

1. = Си-Ья)

2. = Яе (Ье-ьд

(3.2)

С приняты обозначения

которые при сС0 = с/ = Т* что обычно справедливо дея'-ла турках условий,' принимают лбычний вид

• *.

^ — зЛ*" •

5= ^ ) - закон распространен!!."! фронта волны; ппдэксЫ "а" и "в" относятся к точкам сети;! х&рг'Л'ернстпк, в которых значения параметров двиксния 3, £ , Ян и извести»!, нг-декс "с" - к точке, в которой требуется определить эти параметра.

Для построения стки характеристик необходимо начальные и граничные условия.

Граничные условия:а)В начале камеры (5 = 0) соблюдается условие

■ОгСО-Омво) (3.3)

где ( Ь") - расход турбин, заданная функция времени,

(5Н - расход'в начале камеры. .

В коние камеры соблюдается условие.

Р«(ЬЛ)= 0„(<О ' (3.4)

где Оус ( ^ , ) - расход в коше камеры; - раоход в напорном туннеле.

Начальные условия. 3 начальный момент задано установившееся движение воды, т.о. прз .£ .-■- 0 рзеход воды во всех сечениях рассматриваемой системы буд г

€¡4 - заданное чиоло (расчетный расход). Кроме того, известны соответствующие этому рзоходу значения футадиЗ Р (0,5х и и (0,$) по длине камеры, во всех заданных створах при выбран- • ном значении д2 .

Сетка характеристик строится в пртаоугольной области [0*5*1 ) ¿Т 3 | -ии Т - заданное время окончания ( .ета. Для внутренних точ^ . зтой области следует решать-сис-тс;.у уравнений (3.2). Для точок, лежащих на прямой 3=0, следует решать совместно уравнения ( 2) и ( 4) системы (3.2) с учетом граничного условия (3.3). Для точе;., лежащих на прямой $.= {■, соответствующей кошевому сечение каморы, тле-дует решать совместно уравнения ( I) и ( .3) системы (3.2) и уравнение ( 3) сиотеш (3.1), записанное с помощью уравнения ( Ч) сиотеш (3.1) в конечных разностях

и

Из граничного условия (3.4) в конце га меры (3 ='(- ) определяется

Тогда для натурных условий выражение для потерь напора на трение при квадратичном законе гидравличеоких сопротивлений в напорном туннеле запишется так:

С учетом дабораторных условий потери напора на трение в туннеле лучма записать п вино

(3.7)

где ¿1 - приведенная длина туннеля. '

(3.8)

|,м I и

га" р^ и заданные параметры - коэффициент и по-

казатель степени при прямом и обратном течениях соответственен

но. В случае квадратичного закона сопротивления ¡> - I,

а .

для гладких труб лааораторнпх установок р I.

Для условий экспериментальной установки закон сопротивлений как д,1Я напорного, так и для безнапорного участков, задаются по опытным данным.

Что касается члена, учитывающего местное сопротивление в узле сопряжения камеры с туннелем, то он имеет вид:

Результаты расчетов на ЭВМ по данному алгоритму сопоставлялись с физическим экспериментом па гпдрззлических стандах различных гидравлических, геометрических п кинематических ;:з~ . ра.ктеристик, изменяющихся в мирских пределах. Дли га установки ■ отводящей напорной системы менялась в пределах от 2,0 до 16,0м. длина уравнительной камеры от 0,15 до 3,0 м, дизмзтр труб и старина камеры - от '50 до 130 мм, расход воды'от 2,0. до 20 л/с, число Ройпольдса при этом достигало 50.000 - 200.000. Эксперименты проводились о гидравлически 'лэзцйгаз трубами п о сребренными, о квадратичной областью сопротивлении. Затворный орган трубины имитировался игольчатым затвором. Питание установки осуществлялось из пневматического бака. Нижний бьеф был предотавлен баком, снабженным лотковым водосливом, с подачей дополнительного расхода для поддержания нужных углв-ной в нем при нестационарных процессах. Уровень нижнего бьефа з различных опытах менялся в пределах 10-15 см. Передняя грань каморы выполнялась из оргстекла.

Набл.одешы нзц колебаниями уровня в камере производит— ..л.го:цыо фотозаписи, датчиками давления, а такае визуально.

Сопоставление колебаний уровня в длинной камере с колебаниями в цилиндрическом резервуаре, производилось устрой твом в каморе на уронне шелыгн свода туннеля горизонтальной диафрагмы с одним отверстием площадью ровной площади водовода.

В результате иксперимантов подтверждено, что при нестационарных режимах в камере возникают лродолыше волки опорош-ненмл и наполнения, .которые накладываются на обычные колеба-1шя уровня в резервуаре и увеличивают экстремальные значения их амплитуд по сравнению о амплитудами в резервуарах цилиндрического типа.

Результаты численных расчетов на ЭВМ хорош совпали о результттами физического эксперимента как в случае гидравлически гладких труб, так и оребрешшх, с квадратичной области сопротивлений.

Метод характеристик уие бол^е полувека-приме.л.ется в расчетах ^установившихся ренпмов в естествешшх водотоках и- каналах, в особенности, при подпортых бьефах, длина которых обычно измеряется десятками юл. В рассматриваемой ке задаче длина безнапорного участка моиот составить всого несколько сотен метров. Выбранный при отом в вычислениях расчетный интервал длины (при ооблюдешш условия, что время маневра затвора - регулирующего органа турбин будет содержать не и жэо 10 интервалов времени сказывается чрезвычайно малой по сравнению со олучаями других открытых бье£ов (реки, каналы), чт.о обуславливает высокую точность получаемых решений и хорошее совпадение результатов раочетов с наблюденным процессом колебаний. В отом сыграл овой ; о ль тагсае правильный-учет в расчетах

гидравлических характеристик экспериментальных установок. Это обстоятельство позволило использовать разработанный алгоритмы и программу ЭШ для оценки различных факторов на процессе колебании масс в рассма три: ¡омой с потопе, а так;;-:е использовать их для математического модолиро ания в случаях необходимости восполненг-1 данных-физического экспог-.¡¡-лапта. .

С помощью рогуяьтатот исслсцоианп." гзгл-або'-'зпз :п остая зонной;,гость для приближенного определения максимальных амплитуд колебании уровня в длинной каморе для предварительных расчетов:

ЗГ = Ci + 3t)2l= (I + зло

Где - относгаельная величина максимальной амплитуды коле-

баний уровня в цилиндрически.! резервуаре,зависящая от характеристического параметра системы £ = ^/.Z« » - потери напора ,. деривации при Qo, ft \j ------ - максимальная омrun;туда

в. цилиндрическом резервуаре при отсутствии сил трения. Значения |z„| берутся из справочных материалов, в частности, из таблиц, помещенных в "Гидравлическом справочнике" М.А.Мост-кова , M, 1954, с.333 - 345, таблицы 12.I - 12.7. Параметр Z = Тк / TD - представляет собой отношение периодов колебании в дяишюй камере и в системе'"камера +• отводящий водо-

• Т* - 2 //gkZ / где кс- глубина воды в камере при Qc, Т и = 2 зг fbbJb/çjf » ? ~ горизонтальная площадь камеры.

•Сопоставление алплитуд колебаний в длин..ой камере и цилиндрическом резервуаре по данным экспериментов показано на рис.3.5, где величины |2*| представлены кривой I /совпадающей с теоретической для цилиндрического резервуар^даны для различных значений параметра А= /щ>лЕае 2 - 5,'. Как бидно, превышение "

амплитуд колебаний в данной камере над колебаниями в цилиндрическом резервуаре может достичь значительных величин.

При рос смотре и! примера' в!Шэросполог.опной ступени была улучшена конструкция цшгТ^аащ с учетом соЯоначосклх колебаний.

Программы ОШ тто колебаниям водных ыосс в споаанной системе разр Мотала вннод—'р-програшист Ы.Е.Ногридзо. В составление а л торн аа для отий задачи участвовал научный сотрудник Г.&.Чит.ювьди.

• Программа позволяет учитывать потери напори в камере, местные потех»! при входе из камера в туннель, коэффициенты не. хвномер-ности распределения скоростей по сечению с* в различных створа/: камеры и в напорном во-оводе.

„ Зщие схеш смешанных систем с длинной камерой на отводящем тракте показаны на рис. 4.1 /гл.4/. Схема экспериментальной уставов ¿показана на рис. 3.1. Расчетная схема и построение сетки характеристик даны на рисунках 3.2 и 3.3. На рио.3.4 показаны колебания уровня в дли: юй камере при сбросе расхода для лабораторной установки по дайны;.; эксперт,¡ента и численного расчета на ЭВМ. На рис.3.5 дано сопоставление колебаний уровня в цш.лндрическсм резервуар о колебаниями в длинной камере.

Для иллюстрации выявления пределов применимости предлагаемой методики численного расчета колебаний в длинной талере, на рисунках З.С и 3.7 представлены результаты расчетов на ЭВМ для ' преде ьно малой длины камеры, при которой длинная камера превращается в с личный цилиндрический резервуар. Расчеты проведены для иатурногр примера и для 'параметров лабораторной установки. Там ке нанесены результат" определения максимальных амплитуд колебаний в цилиндрическом резервуаре по зуществующим формулам.

В п в о д и по ;\л.Л

1. В классификация уравпптолыпх 1.-озсрцуо1юл плч напорных сиотсм до последнего времени не били упомянут» длшпыо ура впито лышв резервуары (камеры', не существовала для них теория, методика расчета и решение задач толсбаний водных мс^с п гидравлической устойчивости с учетом волновых явлений в них.

Такое положение метало также их распространению в проектной практике и сопоставлениям, необходимым при сравнении различных вариантов.

2. В результате проведешшх исследований, предложено дополнить типы уравнительных резервуаров горизонтально расположенными конструкциями, вклпчеша...;п всей длиной в трассу деривации и представляющими собой безнапорный участок смешанной напорно--безнапорной системы.

3. В отличие от обычных, вертикально или наклонно расположенных рэзервуаров, подсоединенных к деривации с помощью .^трубка, в них при установившихся режимах вода но находится в покое

и имеется точение со свободной поверхностью; при неустановившихся режимах, кроме 'обычных колебаний, возникают продо/хыше волк; наполнения а опорожнения, которые, накладнзаясь на обычнее колоба нил,' увеличивают их'амплитуду. •

4. Составленная математическая модель для смешанных систем содержит уравнения с сосредоточенными параметрами для напорной части и с распределенными параметрами для безнапорной части с ооотвеЮтвующими граничными и начальными условиями.

5. Совместное решение этих систем ищется методом харэкте- • ристик, как наиболее точным из численных мэтодов анализа.

6. Разработанные алгоритмы и '«про граньм ЭВМ позволяют опро-де;. ть параметры движения при нестационарных процессах; амплитуды

кояС'-Ьп:;.; уровня, скорость и глубину течении в различных створах кагоры (н диплом случае в. п- чалипом и копиевом створах камеры), и - цикорной части дориваьг ' - напор и скорость точонил з запа-сим^тгн от в'/и" 11!.

7. ,-1нз"ч:сх8я модель представлена лабораторным стендом, позволяй», .л в широких продолах изменять его г'ометрдчоокно н кинематнчеокпе кзра.четры.

3. Сопоставление экспериментальны^ данных с результатам'.! расчетов на ЭЗ.'И, показывает хорозую сходимость.

,9. Установлено, что составленная математическая модель с праве длывч как для лабораторных установок с гидравлически гладкими трубами, тек и с шероховатыми (сребренными) тхубами с квадратично!, областью гидравлических сопротивлении, и следовательно, для нэтуршх '/словий, при соблюдении ь расчетах реального закона для сопротивлений.

10. Составленная математическая модель одноморного течения хорошо отвечает физичеокой задаче при любых значениях длины ка;. х;и> включая самые малые ее значения, соизмеримые с шириной ка-мэры, превращающие длинную камеру в обычный резервуар цилиндрического тина.

11. На основе экспериментальных и численных исследований, для предварительных оценок размеров колебаний уровня в длинной кам^-е предложена проотан расчетная зависимость, позволяющая определить максимальные амплитуды о помощью формул, для ос:чнух цилиндрических резервуаревводя в них мнояштоль, зависящий от соотношения периодов колебаний в камере ь в напорной ептеме в

. ыелом.

12. С целью исключения влияния продоЫшх ь.лн предложен тип длинной vpaEHитoлыíoй кг юры с 'горизонтальной диа^рап.^й

о одп:;::- пли д"у:л! ото с.'н т"/!! ло :■ ■ : ' >

тельство .'" 27535", 1970).

13. Провоцспа эксшглиянюояышо нсслсдольпл и ;орг»*:чсски.1 анализ для определения динамических водных нагрузок в рнз.'пгпкх частях горизонтально!! диафрагма, т^длспли • кол- 'рук;;::.; и Д • I

пример рПС'ЭТЭ.

14. Предложена рэиконаяышл конотуукглл лпас тар"-ч-тнм оголош м с полью уменьшения водных погрузок' и улучшения условий его обтекания.

15. Енли такта исследованы другие коиструкнвз дгоч.рг.'а исключающих влияние продолышх волн. На основе апал.ма окспорн-менталышх дашшх, самым объективным для гаиония длишшх соли является горизонтальная азаорагмз; 1:0 если по соображения:,: гоог.пн:-ческих, или других условия, желательно укреплению стопок , мозно рекомендовать устройство вертикальных отенок-дил^ра^г!, расположенных выше шеик'и туннеля, так,.чтобы не создавалось сопротивление течению. Количество ячеек ме;;ду ними должно быть нечетным (во избегание раскачивания колебания уровня в них).

16. Экспериментально установлено, что длинная камора о горизонтальной диафрагмой с одним отверстием в ней ллощазыо, равней поперечному сечению туннеля, уподг "Шлется шднндрическо:?/ резервуару обычного типа. Это обстоятельство было и^.пользоглно з экспериментах с . элыэ соответствующих сопоставлений г.,тинной камеры

с цилиндрическим резервуаром с той-г.е горизонтально!! площадью.

17. Разработанные алгоритма п программ« ЭВМ бч.и пепользоза-ны как в конкретном проектировании, например, для примера Гчгури ГЭО, так и в мзтематическом моделировании процесса ::ояобая!и; водных масс о нелыо дзльнейызх исследований, з особенности, если по-че..1у-либо недоотавэли эксперименталыше данные.

4. Г1ЩРАШ..ЧИЖЛЛ УСТО'ЛЧИБОСПЪ СШДЛЩШХ систш ГЭС--

При анализе гидравлической устойчивости исходные урс .нения систсш (з.1) дополняются уравнением регулирования турбины. В рамкг... задачи устойчивость "в малом" при "словии. идеального регулирования с поддержанием мощноота турЗшш постоянной, это уравнение запишется так:

Выражения для напора: при установившемся режиме при неустановившемся режиме

Г ли уравнительный резорвуар имеется также на подводящем' тракте, причом 'этот резорвуар обычного типа, то математическая модель ®) дополняется уравнениями колебаний водных масс - уравнением движения .и уравнением неразрывности течения для и', .водящей системы

-й Vм'6''

9 . йо> н> Но> У > ?„ " раоход воды, напор на установку и коэффчппонт поле лого цеНотвйя при ноуотановившпхс: и установившихся режимах; Ь, , ' , Кт - потери напора в подводя-

цел, отгодящей системах к с турбинных водогодах соответственно; 91 - расход водк в подводящем тр&кто при но^становквхихся рояи-мах, ¡-и - длина подводящего тунноля; Р - плсщадь горизоптач?.-ного сечения верхнего уравнительного резервуара; 2 - отклонение УСоеня води в пом от статического горизонта верхнею бьефа.

По компоновке сооружен;,й силового узла такую схему с двумя резервуарами называют "промежуточной", а с резервуаром только на отводящом тракте - "головной" схемок (рис.4.1.)

Рассматриваемые схемы газе показан.' на рис.4.2.

Анализ гидравлической устойчивое, л водопвоведящнх с::стпч гздроэлектроустановох производится с долью опроделон;!я критических размеров сооружений ( обнчно уравнительных резервуаров), при которых Л'эбыв колебания, Еознккаю:';::з тз система, затухают. При этом, для гидразличтеких систем доказано, что критические размеры, определенные по условиям устойчивости " в матом", ::ри незначительном запасо (в пределах Ъ%) будут удовлетворять условиям устойчивости "з большом".

Рассматривается гидравлическая устойчивость "в малом" для -смешанных систем с•безнапорным звеном в виде длинной уравнительной камеры на отводящем тракте. Так, имеем систему с звоном с распределенными п^раме трамп.

Исследование производится при обычных допущениях: вода считается несжимаемой, стенки сооружений жесткими, уровни варх-иаго и ШЕШ9Г0 бьефов неизменными в течение неустановившееся режима,- регулирование турбин идеальным. Кроме того, в настоящих исследованиях рассматривается длинная камера с горизонтальным дном ь. с постоянной ширинок, т.е. I =0, В =сопьЬ , пранебрегается также отличие от единицы коррективов, учитывающих аорарноиераость распределения скоростей по живэг.дг се-

чению, стоящих перед инерционными членами ( °< = о£0= с^-а = 1).

Исследование условий устойчивости производится с помощью анализа характеристических уравнений рассматриваемых систем, которыо, при наличии звона с распределенный! параметрами, получаются трансцендентного гида. Искомый параметр, характеризующий длину кам)ри, входит в трансцеидентн;:? члены в показатели степени.

Ранение граничной задачи и отыскание характеристичосм« полиномов для этих систем в случае различных схем даны в ран-¿;п,с работах автора /6,8/ и приводится такта в монографии /42/. Для этого используются преобразования Лапласа.

■ Характеристическое уравнение для системы при промежуточной схемы компоновки сооружений имеет вид

У(р)= Чо(р) + Ч((р)еср+'(.Чр)ёс = 0 ^ ср)=К+^ Р + С 4Р3 (4.7)

О1'"

З^ось Ос , х>1 - коэффициенты, зависящие от параметров

расс.матриьаимой физической систе.мы, включая искомый параметр о Е»о

Р > а С — -,—г"- -=г~ -С - параметр, характеризующий 1 Го

длинную камеру.

Здеол приняты обозначения

Характеристическое уравнение для созданной систамк при

головной схеме ко.мг.оковки сооружен:!'; записывается аналогично (4.6)

ФС>; = (р) (р)ес% ср= О и.в)

и отличается от него порядком входящих в нем полиномов и зна-' чений коэффициентов

рУ

Коэффициенты (Q-t)?, ( ^с ) получается из вьт-каний tu ' копа/рлцкпнтоз û-L , ■&[ пси приравнивании к нулю параметров,

характеризующих подводящую систему, (из-за громоздкости записи,

значения коэффициентов здесь ко приводятся).

Исследование характеристических уравнений производится методом О - разбиения, который позволяет построить точную границу-устойчивости в плоскости двух дайс зительных параметров или одного комплексного параметра, и пригоден такте для анализа характеристических уравнений, содержащих трансцендентность. ¡йтод Î3 - разбиения в зедаче гидравлической устойчивости для систомы двух резервуаров обычного типа бил применен В.Л.Купарманом /1957 г/. Им же получен алгоритм и выполнены конкретные расчеты для прн.ира Даховской ГЭС на р.Белой. Характеристическое уравнение з случае системы обычных резервуаров получается алгебраического типа и для двух резервуароь оно четве! :ого порядка

НЧр) = а, +агр + a3p2'f а^р3 +рА = 0 U.io)

Б настоящих иос.двдованнях составлена программа ОКЛ по

указанному алгоритму с дополнением учета поторь напора в Tyj>-

биниом водоводо hT и нарамотта характарпзую-

Чо Эп

що!« турбину.

Так же, как и в случае резервуаров обычного типа, для спс-ти.м, включающих длинные каморы, поп двух i известных пашмет-рах ( площадь верхнего резервуара и дл::<- каморы на отьодящем тракта) задач.* сводится к построении области устойчивости в

лоскости искомых параметров, что позволяет в дальне ищем выбрать и;с целесообразные значения с учетом местных условий проектирован, ш.

В задачах жа с одним неизвестным параметром в случае схем с одним уравнительным розервуаром любого типа удается получить расчетные зависимости в явной виде для определения критического значения искомого параметр:.

Системы уравнений, по которым определяются границы устойчивости в плоскости искомых параметров, получаются из характеристических уравнений, загонял ь них р через ico , и отделяя дойствмтея чые и шнае части.

Дальнейшим "»" .гнием задачи с приведением его до вычисли-

•i:x нсогр-'".*. r-C;J как в случаг скопанных систем с распрвдо-лсиль... •< ■ .^доточенными параметрами, так и обычных напорных спетом с сосредоточенными параметрами, автор настоящих исследовании руководила работой аспиранта.

В случае обычных резервуаров, следуя решенью В.Л.Купормана, дополнительно учитывая параметры hT и А, алгситм содоржит вирглония для определения параметров ^ = к У„=

продстаглявдих собой функции аргумента со н позволяет постро-^ ить границы устойчивости ü плоскости í ^ , у ), а затем и в

плоскости искомых параметров ( Р, , К, ) при изменеш;п со от О до со . Программа содержит определение расчетных инторЕа-лов для со , получаемых из условия действительности значений

, и , их "екмптоппеских значений при Р,и Ро В П'ЮСКОСТИ ( , Го ) и СООТЕОТСТВуЮЩИХ игл ^

со1 и со" на осях ^ к (рис.4.4), для определения про-

дельного значения ш пред, соответствующего точке пересечения

ввтве ". £> - разбиения на плоскости ( ^ , ). Последнее предо

ставляет собой кубическое ураЕнанио относительно у^- = со"

Результаты расчетов очень чувствительны к точности счета. Еасснотронив многочисленных примеров построения границ устойчивости по составленной по дачному алгоритму вычислительной программы ЭК.!, включающей полный анализ указанного выла кубического уравнения для опродоленкя ^прод (приводится в работе аспиранта), во всех случаях, кроме симметричных схем с приблизительно одинаковыми параметрам подводящего и отводящего трактов, трабует в этой части программы ведения расчетов с удвоенной разнородностью или ври.-.инания масштабирования, что вносит определенные неудобства в процессы вычислений.

Дальнейшие исследования автора показали, что количество вычислений заметно сокращается, если участь, что два остальных корня кубического уравнения соответствуют значениям аргумента со и оо" . Тогда в программе ЭВМ непосредственное решение кубического уравнения модно заманить, воспользовавшись свойствами его корней, и третий корень, соответствующий предельному значению аргумента, определить из соотношения

/3 = - 46. - (>< (4. II)

написанного по разло.-яению левой части кубического уравнения на множители.

Здесь л и "ё - коэффициенты кубического уравнения при и соответственно; А - корни кубического урав-

Для построения границ устойчивости расчеты ведутся от значении аргумента со д , жаа которого для рассматриваемой системы на существует действительных зна\; параметров, к

I и

большим его значением со :: сс о некоторым запасом от наибольшего из них,

Насколько упрощаются расчетные зависимости для определения границы области устойчивости, и, следовательно, объем вычислений, ее*!' ¡¡место решения для двух неизвестшх параметров применить расщепление задачи на две постановки, отыскивая решения для одного из параметров при заданных значениях другого, что облегчает такае построение области устойчивости. Таге;.5у подходу к решению задачи дается предпочтение таете в случаях исследований систем с трансцендентными характеристическими уравнениями.

Из-за отсутствия возможности физического моделирования при исследованиях вопросил гидра:,сической устойчивости в различных системах, задача с '-¡чшос рззорвуаоов послужит для соответствующих сопоставлен!-':": . ц»лью оценки результатов исследований в друг.:. ;о;шых случая;:.

Про: опробованы на примере Даховской ГЭС. Результаты расчетов на ЭВМ при сопоставимых случаях полностью совладают с результатами ручного счота, выполненного ранее В.Л.Купорманом.

Метод ' £> - разбивши для построения точной границы устойчивости поменяется за последнее, время и для дцугих сложных-напорных систем. На ссковэ таких исследований, предложены такге приб;щеннкс способы решения, сокргдгкциа объем вычислений, как, например, в работе Цаао Доловокого (Болгария) для систады с дву-

ия подводящими из разных водохранилищ туннеля:^ с уравнительны:.:;! роззрвуара:."л на концах и соэду.кан;:;:;.::: третьи» тукнелем в ат);ет-о резервуаров.

В отличие от алгебраического ураЕнэнлл, в характеристических уравнениях о распределенными параметрам U.6) и (4.8), на-

ср -ср

лкчив оденов с множителями ё , р. вносит бесконечное количество корней, что требует дополнительного анализа для отбора их пс флзпчзскому смыслу, отвечающему поставленной задаче.

В случае головной схемы лскоким параметром является длина камеры {, , которая в характеристическом уравнении представлена величиной "с".

При выполнении ф -разбиения заменлм "с" через х + Ly •

Как по методу С-разбиения, так и частотным методом Михайлова, получен алгоритм для определения критического значения частоты колебаний н длины уравнительной какэры tr.p (приводятся в работах аспиранта и в совместных работах автора с ней).

Для промежуточной схемл тлеются два неизвестных параметра -длина уравнительной камеры Z на отводящем тракте и плоцадь уравнительного резервуара F, на подводящем В таком случае требуется построение гранен области устойчивости в плосгостн этих параметров ( F, ? "t ).

В настоящее времл в теории автоматического ренуляванля исследованы системы с трансцендентными характеристическими уравнениями:

-ср

Чо(р)гср + Ч»и(р)е =0

(б)

К ним не применимы критерии устойчивости Еиигнеградсуого,

Раусса и Гурвипа. Для них можно применить кштерии устойчивости ¿1ихайлова и частоткил критепй устойчивости Наиквиста.

для систем типа а) выполнены йсследошния АЙзерманом, для систем типа о) - Я.З.Цыпккным. Что касается рассматриваемых нами характеристических уравнений типа (4.6,8), насколько нам известно, их исследования в полном объеме нллем не проводились.

Имоотся решение Н.А.Картволишвили ^ ;я смешанных гидравли-часких 'систем с комбинированной подводящей деривацией с длинным безнапорным отводящим каналом, когда можно пренебречь отраженны/ ми волнами в каналах, что сильно облегчает задачу. В случае короткого безнапопного участка в виде длинной камеры такое допущение неприемлемо, п исследования ведутся с учетом втраженных волн. Для гидравлических систем такая постановка задачи встречается впервые.

С целью преодоления математических трудностей в случае промежуточной схемы с цилиндрическим резервуаром на подводящем и длинной камерой на отводящем трактах, предлагается решение задачи в двух постановках с заданием значений одного из искомых параметров, с последующим наложением полученных решений б атоскос-ти искошх паракь ( ^ , ), что позволяет выделить дей-■ цельную область устойчивости в этой плоскости.

¿•пва, "остановка задачи: задаемся значением длины камеры и опредо^эм соответствующую площадь ворхного резервуара, которая обеспечивает устойчивость. Вторая постановка задачи: задаемся значением площади ворхнего резервуара и определяем соответствующую ей длину каморы.

Подобный подход намного облегчает построение области устойчивости таете в случав обычных цилиндрических резервуаров, поскольку позволяет выбрать целесообразный шаг счета и максимально

исключить лишний счет, относящийся к неустойчивой области. •

Поскольку при первой постановке задачи в случае смешанной системы задаемся значениями длины каморы, вносящей в уравнения трансцендентность, для определения искомого параметра - площади верхнего цилиндрического резервуара, представляемого на комплексной плоскости в виде Г< = эС + I £ , для нахождения оС п ^ из характеристического уравнения получаются алгебраические уравнения.

Сначала находится граница устойчивости на плоскости ( d , ^ ) при изменении и) от 0 до о<=> , далее определяется детермлнат Бадцермонда и по закону штриховки определяется область устой^и-bjCTH, которая, в данном случае, остается справа (рис.4.3.). Значения F( , отвечашза физической задаче, рас полонены на реальной оси (X . Для каждого значения Z из графика на плоскости ( °<- , f ) берется значение Fmin= Ы. m-LP_ , принадлежащее граница устойчивости. Следовательно, имеются пары значений ( Fmin » С > для нанесения в плоскости ( F^ , i, ■ ).

При второй постановка задачи, когда задаемся значениями

площади верхнего резервуара F< » искомой является длина камоР ,

ры I , входящей в параметр "с", который представляем на комплексной плоскости в вида с = ос + L у , и поете выполнения . £> - разбиения получается, система' трансцендентных уравнений для определения X .и у. .

По г::ду эти уравнения идентичны уравнениям, получаемым для случая головной схзмы с одной.длинной камерой. В них отличны только значения коэффициентов. Первое из этих уравнений содержит член с множителем cos 2-х со , а другой множитель четвертого по падка относительно . Таким образом, для кащого значе-

ния р, , получаются пять границ устойчивости в плоскосги( а , у );

область устойчивости для них остается такяе справа. Следовательно, имеются пять шниаалыаюс значений »„¡.п. на оси ж « них ьлбирается максимальное значение к соответ^ .укщое ему значение "£кр • Так, дли построения границы устойчиг-асти в илос-кости ( Р, , -С ) имеем пары значения ^ , £ кр. Действительная область устойчивости будет лежать справа от этих границ, построенных при первой и второй постановках задачи.

Предложенное выше построения были проварена также с использованием при решении задачи другого метода, а именно, метода, основанного на применении критерия Михайлова к системам с запаздыванием и с распределенными параметрами, что приведено в диссертационной работе аспиранта.

Из других условий относительно фпзичоских параметров систе-ш с распределенными параметрами, большинство которых труднообозримо для оценки устойчивости, часть приводит к общеизвестным условиям для обычных систем с сосредоточенный! параметрами (случай обычных цилиндрических резервуаров), например, условие для потерь напора __ ^

3 +2А

и условно отсутствия возникновения резонанса

?! К! ^ Кг.

(прпьодятся в диссертации аспиранта).

Ь случае одного резервуара кгч для обычного типа, так и для длинной камеры, анализ условий устойчивости приводит к Быра-г о киям для критически значений параметров в явном виде. Для ооычного резервуара пишется критическое знгч'ние площади V кр, д.-ч д.чииюй камеры - крит.лгс-;ое значение аргумента ^ кр, а

затем ко нему определяется соответствующее ему значение - кр.

Б случае двух резервуаров любого типа строится область устойчивости, внутри которой выбираются их целесообразные$азме;;н.

Прогрсьхзд вкчислеший для построения области устойчивости, а также для определения с<:!кр, были записаны на языко Алгол-60. 3 настоящее время они иэреписнзаются на языке Сортрац. Ь состав-лени;: псограмм участвовала и^у.снер-програу.мпст Е.Е.'Ьсеидзе.

Прэграмки ЭШ были использованы для проектных целей з конкретных вариантах Ингуш ГЗС шзорасполозечноЗ ступени, а также при составлении I редакции "Рекомендаций до расчету ноустановив-п:гхся рзжимов ГЭС с напорнш.и: и слабоиа-юрнкмп отзодящ;г.'1 ео::л-водами", 1975, 87 стр., но теме-заданию 0.01.28ЭВ, координируемой НЗшГ ¡п.!.Б.Веденеева. •

Устойчивость гззроакг.7;лугюр?:здих установок (ГДЗС). Для гцд-роаккумулирующнх установок с уравягтолыша: резервуарами обычного типа характеристические уравнения пишутся аналогично случаю ГЗС, в полиномах которых отличны значения коэффициентов, что обусловлено заменой направления твчензя и заменой уравнения турбины уравнением насоса. 3 случаа одного резервуара в схема с концевой компоновкой сооружений силового узла и с центробежным насосом условие устойчивости относительно площади резервуара с верховой стороны имеет вид .

р ^ --------(4.16)

Для головной схемы о низовым резервуаром в выражении (4.16) нижние индексы "I" заменяются на индексы "2".

Предварительный анализ показывает, что для нормальных рзжл-ноэ насоса к^гГ >Н . 3 таких случаях ккеотся абсолютная ус-

тойчивость, и следовательно, насосный ре/гим не накладывает ог'>? • ничаний на выбор площади уравнительного р.- "ервуара. Последуя вбирается исходя из условий работы .гидроэлвктроустановки в турбинном режиме.

Что касается условий работы в насосном режиме системы с двум- резервуарами, алгоритм разработан совместно с Л.П.Купара-дзе, но пз-за отсутствия в нашем распоряжении реальных данных о характеристика:, насосов для конкретного примера, расчеты на ЭВМ еще не производились.

По условиям работы ГАЭС в турбинном режима, рассыотрэн пример и выполнены расчеты на ЭВМ с целью проверки удовлетворения условий устойчивости проектных параметров для двуярезервуарной систвш .высоконапорной (напор около 700 ы) ГЗС-ГАЭС Чанра каскада Белмекен - Сестримо, 'троящейся в настоящее время в Болгарин. Работа выполняется по договоренности о научно-техническом сотрудничестве с НИТИ "Енергопрозкт" Болгарии (совместный протокол от 10.10.1990 г.). Для этой цели составленная ранее алгол-программа переписана и налажена на языке Фортран (программы составлены и расчеты на ЭВМ выполнены Дж.М.Чанадири).

Выводы по гл.4

1. Предложены и "заработаны теоретические положения анализа условий гидравлической устойчивости для смешанных напорно- безнапорных систем в полном объема с у"втом отраженных волн и это особешш важно в случав короткого безнапорного участка в виде длинной камеры.

2. Ка основа теоретического анализа р " -аботаш обоснования к-нтдчеекг: значений пар^_..ет.>ов различных сложных смешанных сис-

3. Впервые разработаны теоретические основы для расчета длинных уравнительных камер по условиям устойчивости.

4. Математическая модель для таких систем заимствована из анализа колебании водных масс с дополненном уравнен::;! силового агрегата и выражений для напора в установившихся и неустановившихся рзжкмах, а также с учотом параметра Л, учитывающего изменение рсхима агрегата в период неустановившегося режима.

5. Характористичоское уравнение для смотанной напорао-безнапорной системы получается слижного трансцендентного вида, в котором неизвестная величина - длина камеры входит в показатели стопе;;;: экспоненциального члена.

6. В случае одного резервуара типа длинной камеры, также как обычного цилиндрического типа, на основе анализа характеристического уравнения значения критических параметров, в данном случав агрумента соКр и длины камеры -{/«р > пишутся в явном вздо. Однако, из-за громоздкости вычислений, для них также составлены программы ЭВМ.

7. В случао двух резервуаров любого типа, для определения критических значений искомых параметров строятся границы области устойчивости и значение этих параметров выбираемся внутри этой области, в зависимости от конкретных условий проектирования.

.8. Предложена методика построения области устойчиюстп, разработаны алгорит;лы (для части задач - автором работы) и программы ЭВМ для построения границ области устойчивости, а тагао для ойгакашм критичёсках значений параметров в сл./чао одного резервуара (совместно с аспирантом). Предложен Т£":;:;з упрощенны! способ построения области устойчивости для система; обычны:? резервуаров.

9. Рассмотрение конкретных примеров показывает, что критическая площадь длинной камеры в болклинстг-с случаев, в осооон-ности при средних и низких напорах, значительно превышает значения критической площади обычного цилиндрического резервуара (рис.4.3). Поэтому, определять критические размеры длинной камеры по существующим решениям для обычных резервуаров недопустимо.

10. Для напорной системы ГАЭС с центробежными насосами получены предварительные результаты в случае одного резервуара цилиндрического типа, подтверждающие высказанное а р-гсотс соображение о том, что расчетным для него является случай работы в режиме ГЭС и резервуар для ГАЭС должен подбираться из условий работи в турбинном режиме.

11. Результаты работы использованы в вариантах и проектах конкретных гидрозлектроуст^-новок, например, для Ингури ГЭС и вышерасположенной ступени, для данных проекта крупной насосной установки Чаира за рубежом.

Результаты работы использованы также при составлении I редакции ."Рекомендации по расчету неустановившихся режимоз. выполняемой по тем"-заданию 0.01.289, 1975 г.

Результаты, работы используются также в исследовательских целях.

5. ВОПРОСЫ ПРОЗКШРОЕАЕИЯ И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ ' ПАПОН^Х И СЛАЕОПАПОРНЫХ ОТЗОЖ1Х ТРАКТОВ ШДЗЕг.йЫХ ГДДРОЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Выбор типа отводящей деривации подземной гидроэлектроустановки зависит от многих факторов, определяемых местными условиями и пара-метре;ж самой устанозки. Основными из них являются условия нижнего бьефа - величина колебаний уровня воды в нем и геологические условия трассы туннеля. Эти условие непосредственно могут диктовать необходимость применения того или иного типа отводящего тракта. Например, для Пиртикос:си ГЭС (йпнляндия) напорный отводяций тракт б_л выбри* по геологически:,': условиям трассы туннеля: корзннко породы залегали ниже, чем ото требовалось по условиям трассы безнапорного туннеля. При большое колебаниях уровня нижнего бьефа применение напорного варианта также .может быть единственно целесообразным ращением. Применение напорного типа отводящего тракта дает возможность максимально использовать имеющийся перепад рассматриваемого участка реки"и сопровождается определенным энорго-эконоюпесккм эффектом. В ряде случаев размеры этого эвдекта, сами по себе, оправдывают переход от безнапорного на напорный вариант.1

В зарубежной практике проектирования л строительства много примеров применения напорных отв.одялих трактов.

■В 50-ые годи, когда автор настоящей работы начала ^осматривать такие схе.га, в основном, д.чя объектов Грузин, количество подземных гзс у нас был'о е;де невелико, а напорный отвод есды еще не применялся. Ужа в конце 50-ых годов; в связи с развитием глдро-энергостроитальства в. горных и предгорных условиях и перспоктлш сооруяення каскадов с подземными силовыми узлами, возрос интерес к напорным варианта:.",, появились проработки ¡.'осгидропроекта для

Дпховской ГЭС на р.Белой, Тбилгидропроекта с участием автора работы - для деривационных вариантов Намахт-'-ЛИ ГЭС на р.Гпонр, Пв-r-ри ГЭС на р.Ингу ри, Здинвали ГЭС на .р.Арагъи, для вкше рас положенных ступеней на р.Инг/ри .и др. лотя многие из этих :хем н; были в дальнейшем осуществлены, их рассмотрение в реальных условиях проектирования позволило сделать некоторое выводы об особон-ностях и преимуществах напорных- отводящих трактов и продвинуло вперод вопросы теории и расчета таких сооружений. Так, например, при проработке проекта Даховской ГЭС была выполнена первая большая работа по исследованию гидравлической устойчивости системы двух уравнительных резервуаров на подводящем и отводящем трастах с отысканием точной транши устойчивости методом

Ii - разбиения. Работа была выполнена ин . В.Л.Купермзном под руководством про^.Н.АЛСар^велшвили. Проработки для реальных проектов Грузинского гидроэноргостроитольства повлекли за собой исследования колебаний водных масс и устойчивости стационарных режимов гзс для практически неизученных схем с длинными уравнительны:.!: камерами и продвинули вперед теорию к расчеты смешанных гидравлических систем. Тут пришлось и раскрывать характер колебаний в коротких безнапорных участках смешанных систем,представлении длинными камерами, проверять математическую модель изучаемых процессов, использовать математическое моделирование, разработать численные методы расчета, провести большой объем экспериментальных ¡абот для уизическс^о моделирования ( в опытах кроме автора работы участвовали Кюне Г.д., Абдаладзе Г.Г., Харабадзо Т.Ь., Па-лекиовиш Б.Д., Тогошвили Т.В., Дагбапов Р. и др.). Об этих исследованиях рассказывается з гл.З и гл.4 насто-ягv-ac-отк. Так, задачи, рассмотренные в работе, родились на' огнссо jvr-'ibuüx запросов кроиктироЕания. Выбор варианта требует

при соответствующих сопоставлениях научно обоснованных решений.

В исследованиях автора по требовании,проектной организации, использован глетод сопоставлений с безнапорным вариантом при различных .подходах к вопросу: при одинаковой с ним стоимости, при одинаковых энергетических показателей и при оптимальны параметрах в случае напорного варианта. Такой подход к задаче исследований позволил, .сделать некоторые обобщения.

Бо всех случаях, даже мало благоприятных длг перехода на ' напорный тип, как например, при отсутствии колебаний "ровня в нижнем бьефе или при коротких отводящих деривациях напорный вариант всегда оказывался лучзе.безнапорного.

Преимущества напорных отводящих трактов тем больг^, .чем больсе непровводитвльная часть поперечного сечения тунгля в безнапорном варианте и чем длиннее отводящий тракт, чем значительнее колебания уровня воды в н.б. и их используемая часть, чем большую пиковость име^т гидроэлектростанция, чей больше разница иезду ее максимальным п среднекубическим расходами. Напоршю тракты более гибко приспосабливаются к местным условия},! трассы: они могут выполняться с поименным сечением, с переменным уклоном, с переменной отметка" оси туннеля и др. Последнее обстоятельство очень в&зпо в случаях, когда в процессе строительства по тргссэ туннеля неожиданно встречается ухудшения геологических условий.

Такие случаи-уже дважды встреча ись в практике строительства грузинских объектов: на ЛнгуриГЭС и пр 2ттал(ГЭ0. К сожалении, в случае алнГЭС' отводящий 8-ми километровый трздт выполнен в безнапорном варианте и найти элективное 2-стение для выхода из пслозеппя было сопряжено с с ,лвепгт труд-носгслми.

В случае 7шгур;1ГЭС появление слабых пород по трассе отводящего туннеля поставило перед проек: "гювщмкамл вопрос перехода на напорный тип. Лаборатория получила задание за короткий срок провести необходимые дополнительные исследования и дат. решение для напорного тип г отводящего тракта.. С целью уменьшения высоты камеры исследована и разрас'этана ее конструкция с горизонтальной диафрагмой, проведены соответствующие сопоставления с безнапорным вариантом, показаны преимущества напорного варианта. ^.чределен энергетический э'.$фе..-ст перехода на напорный тип /см. таблицы 5.1 - 5.3 /.

Тогда не, с целью максимального уменьшения "аглубления оса туннеля под уровень н.б., принятого в опорном варианте, был предложен, исследован и запроектирован слабонапорныл вариант с разнапориванием отводящего водовода в процессе колебаний . водных масс в случае сброса мощности. Такой т«и отводящего тракта и ьдруг«х режимах и энергетическою показателями практически не отличает я от напорного типа /см. таблицы/, . ■ одновременно несколько улучшает стоимостные показатели за счет

г

уменьшения амплитуда колебаний в камере , соответствен ю, выпты. камеры. Основное преимущество по сравнению с напорным вариантом здесь заключается в облегчении строительных работ л в уменьшении действующего напора на облицовку туннеля.

Б таблица/ 5.1 - 5.3 показатели безнапорного варианта взяты из проекта, показатели напорного и слабон .поркого - по расчету, в основном, для оптидалього значения для них диаметра о.-годящего туннзлдравного 10,0 м. Там ке приводятся данные и -.. для лругх значений'диаметра/меиьпего и большего оптимального/, чтобы оценить влияние этого пдрап.етра на показатели варианта.

Таблица 5.1

Объем! работ по различили.вариантам отводящего тракта (без учета переборов при ведении скалыш: работ)

Варианты отводящего , тракта Сечение' . Скальная быломко тыс.м3 Бетон тыс бетон и ;:с.б. .му . н.б. всего Уменьшение объемов работ по сравнению о безнапорным вариан-тог

1 I 1 1 скальн. ■■"чломка .лс.мз бетон и а. б, тыс. г.'3

Безпапорпы;) 13,2X10,7 м 511,94 ' 72,СО 51,95|Г\95 - -

Напорный Ь =Ю,0 м 411,54 10,00 78,74) 83,74 100,40 35,21

Слабонапорный 3 =10,0 м 379,30 8,80 i 72,90 81,70 132, 1 42,25

Табл-мэ 5.2

Сопоставление объемов при различных диаметрах туннеля

Варианты отводящее .тракта

! Безнапорный ! Слзбоиапорныи

| (?к= 300 и)

= 9,0 а; £ = 0,45 м

; -С =10,0 м; 5 = 0,50 м

I Я =12,0 м: 0,70 м

Скальная : выломка 1 тыс.м3

бетон

Ботон, и я.б. тыс.мз

ес

я. б.

:

511,94 1 72,00 51,95 123,95

311,37 ; °,20 62,00 ' 70,20

379,30 9,80 72,90 81,70

512,00 1 9,30 105,84 115,14

И Варианты . пп отводящего

Табл:.ла 5.3

Сопоставление энергетических показателей с^зцапорпого и пзтрчп.-о (слабонапосного) варианта отводящего трэ- з

аТг,

тракта.

Потери напора Аявг' м ;

)

при С?0

1 ! Безнапорный - 6,05

2 Напорный или

■ ^лабонапордоЧ , -£> = 9, С и 11,70

© =10,0 м >3,50

Ь =12,С М' 2,1Ь

при О ¿г-«

АПпсГ, И

по сравнении с безнапорным ..вариантом

при при Ро {?ср.*

Соотзотстпусгд;:^ из:., шипя ¿H:\t-

. ^^ А? тис. кВт млн. ¡С 1

2,90

3,00 1,70 0,о0

-5,65

-О,'"

+3,90

-0,10 +7,20 +2, ГС

-л,з

-Г, 73 1.1,С

¿V

о

Едина отводящего туннеля 3000 м , длина камеры - ЗиО м. т? табл. 5.2 В - толщина облицовки туннеля. Б таб. 5.3 знак " - " означает увеличение потерь напора и соответственно потерь мощности и выработки энергии по сравнению с безнапорным варианте ■.

Хотя предложенный вариант не был осуществлен, т.к. нашли списоб производства работ для большого сечения- безнапорного туннеля с большой толщиной в слабых породах, с одной стороны, и породы оказались на самок деле несколько лучшего качества, а проходка верхней части туннеля к этому времени была выполнена на одной трети длины отводящего тракта, с другой Стороны ■'•• (сыграли также свою роль существующая у нас традиция выполнять" отводящие тракты безнапорными, и, в какой-то мере - уникальность данной установку, но детальное проектирование на ответственном этапе строительства послухидо дальнейшему развитию исследований в этой области.

Слабошшорный тип отводящего тракта такте был исследован экспериментально, предложены графики для определения какси- '

г

мальных ашшнуд колебаний уровня камере для такого ваг"анта, при различных зако'"\х гв^равличе ;ких сопротивлений для экспе-рп-'ентальной установки и для натуры. Методику гидравлического расчета процесса разнапоривания туннеля, разработал и для "нгурского примера расчеты вручную провел канд.техн.наук Г.Я. Гигиберия при консультации канд.техн.наук Г.П.'лаг радзе, при допущении,что длинная камера работает как цилиндрический резе-лг,уар. Алгоритм и программу ЭВМ как для случая цилиндрического резервуара, так и с учетом характера колебаний в длинной .■:ауе-ре, разраб». :ал и апробировал научный сотрудник лаборатории

И.М.Хатиашвили под руководством автора.

В условиях значительных колебаний уровня в ни. ле:.\ бьефе или большой длины отводящей деривации возможно применение любого из типов обычных резервуаров. Например, для напорного варианта отводящего тракта ЗинвалиГЭС был запроектирован двух-камернйй уравнительный резергуар. В различных вариантах схемы Рогунской ГЭС также ,были предусмотрены различные камер: ю типы резерзуаров на подводящем 'и цндиг'рические резервуары с сопротивлением - на отводящих трактах.

В случае больших колебаний уровня воды в нижнем бьефе, измеряемых десятками метроз, когда „нижний бьеф представлен водохранилищем нижерасполсженной ступени с большой пригчой сра-бот1ш /пример одного из вариантов верхней ступени Ингу ¿ГЭС/, было предложено ' на длинном отводящем напорном тракте, расположенном водохранилище^, кроме основного учлиндрического резервуара за турбиной, устройство дополнительных наклонных шахт, которые улучшают гидравлпческуи схему и энергетический эффект варианта, меньшая величину потерь капора в отводящем . тракте па счет сокращения его активной при высоких уровнях в водохранилище.

В случаях, когда осуществление отводящего тракта технически возможно как напо{ л, та:; и безнапорным, выбор типа производите; путем энергоэконбмичеслго.^о сравнения их оптимальных вариантов, производимого на оснина стоимоскпт показателей и энергетического эффекта.

При Еыборе типа отводящего тракта, прежде вето следует обратить впиманпа на условия его сопряжения с нижним бьеф../, ^сли отводящий тракт сопрягается с рекой, протекающей естоо-

-твекттых условиях, лш с нижележащим водохранилищем ь районе его вкклонивания, основное значение приобретет величина повышения уровня воды при расчетных паводках,- поскольку отметка шелыви свода безнапорного туннеля должна быть назначена из условий гарант и от занапоривания туннеля

При значительной величине повышения уровн- требуемый запас в . ысоте туннеля может привести к чрезмерному увеличению непро-1шодительной площади 'его сечения, ш к необходимости сопряке- ■ иия его с н.б. " 1 более высоких отметках, что приве-

дет к потере используемого перепада рассматриваемого участка водовода. В атом случав при установлении оптимальных вариантов, створ сопряжения для безна1 рного тракта является искомым, для напорного - в основном фиксированным.

Если отводящий тракт сопрягается с водохранилищем нижележащей ступени каскада ГЭС, осуществляющим сезонное регулирование, целесообразны, пределы использования дополш!тельного напора при сработко водохранилища определяются энергоэкономическим сопоставлением добавочного энергетического эффекта, выражаемого В "велмчении среднемноголетней энергии и гарантированной и, следовательно, установление* мощности гэс с одной стороны, и удорожания напорного туннеля, связанного с его заглублением и уд« линением, с другой стороны.

Б связи с эти)/., при выборе оптимального варианта напорного отводящего тракта 'кроме диаметра туннеля устанавливаются оптимальные значения его заглубления и длины. Следовательно, при выборе. on: глльных параметров, створ сопряжения с н.б. для напорного варианта является искомым, для безнапорного - в основном, .¿•■кспрованным.

При сопоставлении энергетических показателей напорного .

и безнапорного типов обводящего тракта следует учесть, ч.о энергетический эффект при напорном варианте состоит' из дв- с слагаемых:

- за счет использования сработки низового водохранилища - зависит от графика сработки; оно в ггда положительно, т.к. в безнапорном варианте згого слагаемого нет.

- за счет разности выработки энергии в напорном и безнапорном вариантах в многолетнем разрезе; оно может быть положительным или отрицательным в зависимости от режима работы гэс.

Сравнение энергетического эЖ&екта по среднемноголетней выработке энергии, получаемого при применении безнапорного или на* порного типа отводящего тракта, производися с уютом режш.юв работы гэс путем сопоставления величины потерь.энергии я напорном «.безнапорном туннеле.

В случае неполного использования изменения уровней в н.б. и в случае сопряжения с речным бьефом должна б^ть обеспечена • занапоренность концевого участка напорного туннеля при всех режимах . -

Па выбор типа отводящего тракта кроме геологических, влияют также климатические условия, например, крайнего севера. Существенным достоинством напорного типа в этих условиях яв.лется устранение опасности обмерзания концевого участка туннеля.

Результаты исследований-вошли в I редакция "Рекомендация .:о расчету не/становиЕЩихся режимов гэо с напорными I слаоона-гсорннми отводящ1ми водоводами", выполненной по кос доицяошюму плану /заданяе 0.0Г.289в/, координационная организация ^тЖГ и.м.Б.Е.Веденеева.8Рекомендациях использованы также .екоторив результаты исследований других авторов и научн,гх учреждений: ВЬЮТ, ЛШ, ШСИ. Для напорных систем гас с -напорными подводящими

78 •

/

траки м рекомендации были'составлены во ""ГЛГ, канд. техн.наук И. \Лернятиным, с обобщением многолетнего опыта ВШИТ в этой области. '

■Заводи по л. 5 :

I.. Разработаны основные принципы, определения условий применения отводящих напорных систем, выбора типа и конструкций сооружений в зависимости от условий сопряжения' с *нижним бьефом, отыскания оптима-.ьных параметров для них для сопоставлен: я с безнапорным вариантом.

'¿, Разработаны основные положения расчетов сооружений и отдельных конструкций для пркпиения в проектной практике, использование которых проектной, строительно" .ш эксплуатационной организациями отражены в соответствующих актах внедрения.

3. Рассмотрены различные варианты и выполнен: проектирование напорных отвода да систем д-лх конкрзтных объектов гэс Грузии, а также Средней Азии и Дальнего Востока.'

4. В1- тлены особенности и..преимущества напорных типов перед безнапорными отводящей,ти трактата,

5. Выявлены задачи н?точках исследовании для напорных и сме-шнкыл. систем отводящих сооружений.

С. Выявлены типы уравнительных резервуаров, применение которых целесообразно при малых, средних и .больших колебаний уровня в нго*.л; бьефе.

7. Для нужд строящегося объекта, в связи в изменением усло-вгР. прохо; "и отводящего туннеля, были разработаны варианты напорного и слабон&порного отводящих трактов с длинной уравнительной камерой и конструкции для уменьшения амплитуд колебаний в ней.

8. Результаты исследований иг-ояьзованы для разработки реко-..■ендацг.й по расчету неустановившихся режимов в. отводящих трактах.

6. ПУСКОВЫЕ СХЕМЫ И ДОПУСТИМЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЮТКЫ ВЫСОКОНАПОШЫХ ПЛОТИННО-ДЕНВАЦИОННи ТВДРОЭЛЕКТРОУСТЛНОВОК' Е4 ПРИМЕРЕ ИНГУРСКИХ ГЭС

. Для рзшшнйых условий накоплен большой опыт по проектировали стрсительству, пуску и эксплуатации крупных русловых гидроузлов. По таклм-же крупным деривационным установкам, как Ингурская ГЭС, опыт практически только начинал щяг^ретаться.

Ингурская ГЭС уникальная подземная высоконапорная г отияьо--деривацнонная гцдроэлектроустановка. Она является самым крупным гидроузлом в объединенной энергетической системе Закавказ: я и предназначена быть сезонным компенсатором энергосистемы. В состав сооружений гидроузла эходят зысокаг арочная плот, и, создающая водохранилище полезной емкостьп 670 млн.кбм при глубине сработки 70 м, подводящий напорный туннель диаметром 9,5 м и длиной более 15 юл с двумя мостовыми переходами через ущелья рек Олори и Зрис-цкали, подземное здание ГЭС па пять агрегатов по 250 тыс.кВт, отводящий безнапорный туннель сечение;.? 130 гам длиной около трех ил., уравнительный резервуар с камерой на подро-дящем тракте. Поперечное сечение шахты резервуара составляет 346 кем, объем верхней камеры 70- тыс.кбм!, Гидроузел сооружался в сложных геологические л гидрогеологических условиях.

Установленная мощность Ингурской ГЭ^ превосходит .'миа^ луэ мощность всех сууцествугщих гидростанций Грузии.'

Пуск столь мощной п сложной установки представлял х><5ой весьма ответственнуо' задачу, тем более, .что он пр вводился' при необычных эксплуатационных условиях.

Пусковой уровень воды в верхнем- бьефе был

намного ниже минимального проектного, что ставило напорны» допроводящие сооружения в особые условия Часть деривационного' туннеля на начальном участке оказывалась не запапоренной, что ограничивало его пропускную способность и при неотащюнарнах процессах ГЭС вызывало до полни тельное разнапориванае на значительной длине туннеля с последующей сменой напевно-безнапорных ро шов, опасных для облицовки. Кроме' того, создавалась опасность задержания воздушных мешков в местах суаения сечения водоводов у местоаых переходе /диаметр последних равен 7.3 м/ при обратном занапоривании, что могло вызвать некелателыше вибрации в напорной системе. При превыионии расхода турбин над пропускной споообностыо безц'тарного участка туннеля разнапо- ' рпвание'расцространилось бы на вою длину подводящей деривации и привело бы к попаданию воздуха в турбины. Еазнапорввание концевого участка тунне,.л возможно такие со стороны уравнительного резервуара при коле 'аниях уровня воды.в нем при сбросах и на-бросах мощности, если расходы турбин превышают допустимую для данной оплетки верхнего бьефа -величину. К такому ко результату мопгт привести наброоы мощности, если величины потерь-напора в подводящей деривации окаттся больше проектных. Этого легко могшо было ожидать,- т.к. ввиду большой протяганноети туннеля дахе незначительные отклонения от принятых в проекте физических характеристик облицовки привели бы к значительному увеличению потерь напора.

Для выбора рациональных, безаварийных эксплуатационных условии рз 'оты ГЭС и ее водопроводщнх сооружений был необходим подробный анализ указанных выше процессов. Нодоононка их могла привести к авариям, излишние запасы в расчетах - к занижению

мощности и выработки ГЭС.

Определить пропускную способность туннеля при различных отметках подпертого уровня водохранилища, -проанализировать при этих отметках неустановившиеся резпмц ГЭС, назначить безопасные по гидравлическим условиям реаиш на' различных этапах строительства и эксплуатации составили задачу исследований.

В 1977 году ИЗМиС разработал приближенные методы р< очетов и выдал рекомендации для пускового периода, которче были при- • няты Тбплгидропроектом и вошли в пусковые ннотрукнил.Однэко, поскольку протекание неустановившихся решгагав в напорной системе в значительной мере зависит от гидравлических характеристик водопроводящих сооружений, требоваяооь их определение в натурных условиях. Чтобы внести с.этветотвующие коррективы в предложенные рекомендации, иатурнко наблюдения доляпы были быть осуществлены с самого начала эксплуатации ГЭС. Для этои требовалось объединение сил нвуч'ой, проектной, строительных и эксплуатационной оргакнза! ШШС совместно о Тбилгпдропрос :том разработали проекты закладных устройств 1и различных характерных учаотках туннеля /в начале, на переходе через р.Олорз и в 'конце, в створе уравнительного резервуара/ о выводами гтя ^д-соединения измерительных цриборов, во ропомога дельных штолышх и в помещениях дисковых затворов. Строительные уцр.' ления ГЭС, несмотря на крайне шзпрягашшй график предпускового периода, помогли осуществить эти проекты. Грузглэвэнерго помоги,: осуществить нуние реаимн, а ЖМиС приступил к исслодо! лиям с первого ке дня пуска уотановка - с 5 ноября 197а г. Исслечовзгая проводкпь сериям продогаятеяыгаотьэ 10-15 дней, 3-4 рааа в год. В них учзстЕшга все без иокгачения 'сотрудник' яэб^пзторпи неустановившихся гидравлических режимов, а эксплуатационная и стро-

ительные организации помогали нушими мероприятиями. В пьмврг-тельных ство;ах производилась синхронная . злись гидравлических рекимов на самопишущих приборах. Такие записи позволяют изучать как установишиооя, ак и неустановившиеся процессы.

Ка основании этих исследований^ с учетом требований Груз-глпвэнерго, ШМиС ¿.".зработал и Тбилгидропроект в 1980 г. выдал специальные инструкции, обеспечивающие ОзопасЦость эксплуата-I и по гидравлическим условиям для I очереди пуска ГЭС в пределах 20,0 м выше пускового уровня г водохранилище. Инструкциями и льзую ся эксплуатационная слукбз Грузглавэнерго, а такке строительные и проектная организации.

Работа над составлением инструкции продолжалась и для последующих этапов эксплуатации ГЭС с учетом готовности ее отдельных сооружений. 71 настоящее время они дополнены данными- ■ для случая подъема уровня в вог■»хранилище до прсжтной. отметки.

Проведенные исследования, а такке учет новых уоловий работы агрегатов цри высоких отметках верхнего бьефа, позволили внести изменения в ког/:трукщт уравщтвльного резервуара и

г

снизить водосшвный металличеокий стояк нгд шахтой резердуара диаметром 21,0 м с '0,0 ы до 2,0 м, что дало значительную экономию материала и позволило сократить сроки монтааа конструкции. Размеры уравнительного резервуара в. проекте Ингурекой ГЭС так:' были пред: сены лабораторией., её руководителем.

Со времени пуска стапнии КСМиС участвовал тг.кко в работах при плановых остановках ГЭС и опорожнении туннеля, следя за отметкой уровня воды в туннеле, , что позволяло регулировать щюг.есо опрознения согласно существующим нормам и, кромо того, установить последовательность открытия гермодверей по трассе ТУННС^Д'!.

Учитывая важность данных исследований не только для конкретного . . примера, но и для накопления опыта, а также то обстоятельси-во, что гидравлические характеристики водопроводящих сооружений с течением времени могут меняться /как показали недавние исследования проведенные па ХрамГЭС-1, па отдельных'участках деривации ста могут улучшиться, а па других ухудшиться/, исследования должны веет тксь " после готовности всех сооружений гидроузла с определенной периодичностью, чтобы иметь возможность, в случае надобности, сооты ветствующе корректировать допустимые эксплуатационные условия.

Подаем уровпя в водохранилище ИпгуриГЭС до проектного, т.е. па 100 м. продолжался II лет и осуществлялся в 7 этапах. На одном из них, после достижения той отметки воды в водохранилище, г.:сте. которой ожидался перелив воды в верхнюю камеру уравнительного резервуара, где еще годись сгродзельно-монтаяные работы, пришлось ввести ограничение величины допустимых расходоэ гэс. Это згачителыю ограничивало выдачу мощности и выработки энгргия гэс, что еще увеличивалось бы с дальнейшим подъемом уровня в водохранилища. Тогда по просьбе Грузглавэнерго и по предлоае^пэ автора для лучшего использования располагаемой мощности гэс. было осуществлено совместно о проектной и строительными организация!,я мероприятие, позволившее получить .значительный энерг.о-экопомическай эффект.

'Суть предзсаепля сводилось к допущению перелива воды через г]рбень недостроенного стояка шахты резервуара я переп у окончание строительно-молтнгпых работ па этом участке па периоды, когда уровень водохранилища будет низе упомянутой выше критической отметки. ,зактичесг.ал величина экономического эффекта мер^. фиятия только за три года составила более 7,7 ила руб., "а что имеются соот-зетстзукцие акты внедрения и обобщенные-сведения, приведение в Инструкуки 1989 года /71 этап эксплуатации/.

Сюда не -"ходит экономический эффект от уменьшения высоты шахты резервуара, от разработки и внедрения самих Инструкций, исключал';!., аварийные ситуации в водопроводящем тракте . агрегатах гэс по гидравлическим условиям и т.д.-

Интересные результаты были получены для вышерасположенной ступени, совершенно отличной своими параметрами и характеристиками, с очень короткими подводящими и отводящими' трртстами с индивидуальным питачием турбин, д*ч которой была уточнены схема и состав сооружений, на коротких одводящих трактах были введены уравнительные ре-зервуарг за турбиной, улучшена конструкция диафрагмы кат,'.еры с учетом сейсмических условий, уточнены высотные расположения водопро-водшцих трактов и посадки турбин, пусковые отметки в водохранилище. О них уже ¿ыло рассказшю в гл.2 настоящей работы, охватывающей вопросы сейсмических воздействий.

Из выполненных ра"еа лаборато чей работ для Ик уриГЗС следует упомянуть библиографический Каталог высоких плотин мира, который •• был ¿оставлен по поручению Комиссии по высоким плотинам в помощь организациям, проектируюсь .л и строящим .такие плотины. Вскоре после выхода в свет, Каталог был переведен на англь-ский язык и и:-дан за рубе* :.! •/ 50, 50а/.

Выводы по гл. 6 :

1. Гидравлические процессы, протекающие в водопроводшцих трактах, в сильной мере зависят от их гидравлических характеристик, что особенно важно для пусковых режимов гэс при низких уровнях воды

в в; дохрашьчиде.

2. Поэтому большое значение придаётся установлении реальных, характеристик, чтс невозможно без натурных экспериментов, т.е. кгюнможко оцепить их точно при проектировании.

3. В связи с этим ирл назначении пусковых режимов предварительно, до начала эксплуатации установки, следует при расчетах набросав мощности несколько завгтть проектные значения коэффициента гидравлических сопротивлений по ,;дине водоводов, а при расчетах сбросов мощности пользоваться их нормативны:,та данными.

4. С первых не дней пуста установки в эксплуатацию должно быть обеспечено проведение соответствующих измерений для .пределе-ния реальных гадравлическх характеристш водоводов ч по ним скорректировать выданные ранее допустимые эксплуатационные реяичы.

5. При составлении рекомендаций для каждого этапа строительства и эксплуатации установи! следует учитывать также стр итель- . ную готовность отдельных сооружений.

6. Учитывая, что гидравлические характеристики стенок водоводов изменяются со временем, а тазке при проведении нет: ~торых ремон-г тов, наблюдения над ними до.,жш проводиться и п<-.!Л0 завершения строительства гидроузла с определенней периодичностью.

7. Для безрезервуарной схемы с коротза..ш подводящими и отводящими деривациями пусковые реляыы мало зависят от закона гидоав-лических сопротивлений стенок туннелей. Для таких установок 1уско-вые режэды устанавливаются на основе анализа быс рцх нестационарных процессов с учетом сейсмических воздействий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения работы ,выявлз"'ы основныз ко^ц. задачи анализа в области нестацпонарных процессов, необходимого для проектирования водопроводящих трактов деривационных подземных гидроэлектроустановок в связи с возросшими требованиями к ним. за последнее время, особенно, - горных и предгорных районах, в условиях сейсмичности.

Ча основе такого анализа устанавливаются тип и состав сооружений, их критические размеры, расчетные максим? "ськые и мияима<ьные динамич*" исие родные нагрузки, уточняется высотное расположение сооружений подводящего и отводящего трактов по отношениг к уровням веря хнего и нижнего бьефов, назначаются допустимые режимы для различных этапов строительства н эксплуатации.

Часть работы содергчт решения новых задач, часть - улучшение : углубление существующих методов, часть - новые результаты.

Рабоса выполнена на базе комплексных исследований явлений, прс сходящих в слокных напорных и смешанных напорно-безнапорных системлх, опираясь в иссл< ;ованиях различных аспектов настацпонар-

т ' .

ных процессов на теоретический и численный ые:оды анализа, на мате-ыатическ ъ моделирован э и эксперименты - лабораторные и натурные.

В задачах сейсмического воздействия на водные нагрузки анализируются быстрые нестационарные процессы в напорных системах - гид-равличе^шй удар л сс комические колебания, с учетом упругости воды ^ стенок водоводов. В задачах, связанных с проектированием смешанных напорно-безнапорных систем - медленные нестационарные процессы -колебания водных масс и гидравлическая устойчивость^ которых основ-» Бая роль прилиддежиг силам трения и местным гидравлическим сопротивлениям.

Результаты исследований использованы в конкретное и^юектири-вании, тесть осуществлена строительством, часть вош. а в различные рекомендации по расчету и инструкции по эксплуатации,часть отражена в монографиях и учебниках известных авторов, основная часть в монографии, составленной автором работы и пер ее руководством, в соавторстве участников разработок ее отдельных частей.

Научная и практическая значимость результатов работы состоит в разработке и развитии научных основ .ля обоснованного выбора и уточнения параметров водопроводящих трактов деривациогпчх гидроэлек-троу'становок на базе анализа мало изученных до последнего времени аспектов нестационарных гидравлических процессов в них, в создании» апробировании соответствующих математических моделей н^ледуЕмпх процессов и в приведении решений рассмотренных задач к использовании вычислительных машин.

Технило-экономическая эффективность работы зашатается,"в основном, в обеспечении надежности эгзплуатации и долговечности дорогостоящих подзенных водопроводящих сооружений большой протяженности, удельная доля которых весьма значительна в общей стоимости гидроузла, и отчасти агрегатов гэг.

На отдельных этапах строительства и эксплуатации важного энергетического объекта ИнгуриГЭС получен значительный энергетический и экономический эффект от внедрения предложения, осуществленного совместно с.проектной,строительной и эксплуатационной чрга: нзаци-тт' Внедрение отдельных, работ подтверждено соответствующими актами.

Основные результаты работы сводятся к следукцему:

В части сейсмических воздействий в напорных системах:

I. Предложены методика анализа и расчет" сейсмических воздействий па дииа.аческле водные нагрузгагв напорной системе с тчнтш

различных условий эксплуатации и аварийних" ситуаций на гас в 1лог"*:г землетрясения.

Разработанные алгоритмы и программы ЭВМ позволяют анализировать как совместное воздействие стационарных и нестационарных режимов г 5 и сейсмических колебаний, так и отдельно гидравлического удара. Это позволяет также делать необходимые сопс -.тавления рассматриваемых процессов.

Програмлы ЭВМ позволяют учитывать реальные характеристики задаваемых землетрясений и определить величины и характер д.ламисе-сюи водных нагрузок. Оки позволяют также учитывать различные законы закрытия - открытия регулирующего органа турбины.

Программы составлены для различных сложных напорных систем с резервуарами и без них, разветвленных и одноплточкых, с учетом различных условий в разветвлениях и сдвига во времени различных нестационарных процессов.

2. Кроме максимальных динамических напоров, особое внимание дол-що быть уделено понижению напоров с разрежением и образованием разрыва сплошности потока в отдельных опасных створах напорной слете..,н, что в условиях'течения недопустимо. Предложены пут- исключения ""aiyix явлений.

3. Научная обоснованность и достоверность результатов численного анализа обеспечивается тем, что он опирается на теорию хорошо изучош го явления г"дравлпческого удара, по которому имеются многочисленные данные матеметического моделирования с физическими экспериментами в лабораторных и натурных условиях.

По колебания!.» масс в смешанных системах:

•i. Создан лабораторный стенд с возможностью изменения геомег-. рических и кинематических параметре в широких пределах и выполнены

оксперг'.енталыше исследовантш для выявления характера клпебшш« и проверки адетеатпссти разработшгасЯ численной мод ли,

5. Создана и апробирована более полная математическая .модель . процесса колебатаЯ водних масс в сметанной гидравлической система, пригодная такие к системам с коротким безнапорным звеном, с учетом отрагошшх волн,что вносит зш :нтелыше математические трудности

в приведении соответствующего анализа.

6. Разработана теория, метод: та, алгоритмы .. программы 5Ш для расчета рсзсрвуароз горизонтального расположения '1 па длинной камера и дополнена ими существующая ' - зспассификацяя урашгтсдь • шк резервуаров.

7. Экспериментально доказало, что разработанная катемагичсс-кап модель иестацропзг-шх процессов для одлокерлюс гидр^злччопзнх задач действительна дох любой длгсш уравнительной к? еры /беа::ппор -пего у..;зт:а/ и по пей к; но рассчитать татпе олучай с обычп,,.ч цл-лдндрлч-сдаа! резервуаром.

0. Экспериментально доказало такзэ, что составлегат математическая модель спрааедсхра при лгбем зансс гидравлических сопротивлений па экспериментальном стенде - катг для гладких труб, к и для шероховатых с квадратичной областью сопротлвлб..лЙ. и, следовательно,. ;пя натуры.

По гпдровлпческсй устойчивости:

9. Длч с:;с":'г:ппп: гядразлэтзеклх систем, опзсгтапс ураг-непз-л»и о расиределегппр-и параметрами, получены ..араятерис-ччосаио ура-гпкгяя сложного трансцендентного вида, в которых пг':о'*дя аелячгоп -

д.тот 7к>?'.<!рц /Йегкчдораого участка/ входит в параметр, сзд*.-мЯ я нлет-г-е.1':; с.■щс!»;: ^кепененгу.'альштх членов.

' 10. Предложена ме.эдика проведения анализа условий усто?г з-С'1.1 для случая одного резервуара типа длинно'. камеры и для системы двух резервуаров,- когда один из них - длинная камера. Предложена методика построения области устойчивости и отыскания критической длины ка-'ери. Математическая реализация данной задачи приведена в диссертационной работе аспиранта.

II. Д.л системы обычных резервуаров на 'подводящем и отводящем трактах /системы с сосредоточенными параметрами/, характеристическое уравнение которых алгебраического типа, дополнен существующий алгоритм и предложена методика построения области устойчивости, также с помощью расщепления решения на две постановки и ведения расчет товлри одном заданном параметре, что позволг. .т сократить объем расчетов , исключая построения границ устойчивости, попадающих в неустойчивую зону; разработан соответствующий алгоритм. Программа ЭВМ составлена сотрудником лаборатории Дж.М.Чанадири.

12. Для схемы газе с одним резервуаром получена формула для определения его критической площади. Предварительная оценка устойчив вости в случае газе с центпобежными насосами приводит к заключению, что на оспый режга. на является расчетным и анализ устойчивости должен быть проведен ' для *таботь в турбинном 'режиме.

13. Для случая системы обычных резервуаров в схеме газе разработан алгоритм расчетадля анализа устойчивости /совместно сканд.техн. наук Л.П.Купарадзе/.

По схемам напорных отводящих систем:

14. Выя лены преимущества напорного типа отводящего тракта перед безнапорным .

15. Конкретное проектирование вариантов множества реальных объятое доказало, - что в условиях малых колебаний уровня воды в ниннем б:-.л.>е целесообразно устройство резервуара тина длинной там эры, что

послужило предпосылкой для разработки теории и проведения исследований для них.

1Б. С целью уменьшения величин амнлятуд колебаний и объемов работ в камере предложен тип длинной камеры о горизонтальной разделительной стенкой-диафрагмой.

17. Экспериментально изучены характер и величины динамических водных нагрузок в различных створах горизонтальной диафрагмы длинной камеры, предложены для них ра», четные зависимости и конструктивные решения.

18. С целью уменьшения заглубления трасса отводящего напорного тракта под уровень нижнего бьефа, а также уменьшения высоты длинной камеры, предложен слабонапорный тип отводящей деривации с раз-капоригсписм па части еэ длины со стороны уравнительной камеры в процессе колебаний масс при сбросах мощности.

В обычпых условиях эксплуатации й при наброоах мощности отводящая система работает в напорном режиме.

19. Разнацоривание и вновь занапоривание туннеля допустимы при достижнккп сравнительно малых скорое.ей течения в водоводе в процессе колеоапий водных масс.

. 20. Процесс разнапоривания при сбросах мощности /закрытие, затвора/ изучался на эксперт-ментальной установке.

21. В условиях больших колебаний уровня в нижнем 'ьеф и больших длин отводащего тракта могут встретиться все с -чествующие типы уравнительных резервуаров' вертикального или наклонного расположения, начиная от.обычных .цилиндрических до камерногс типа и различные ях сочетания.

22. Все азречислешшв типы резервуароз и результаты исследований по ним использовс чы в хсонкротном прое..ги^..,ванки на разли-чых

стадиях их рассмотрения.

По пусковой схеме и поэтапному пуску в ¿ксплуатацкз васоконапорю^ плотинно-деривационных ус. ловок:

23. В специальных исследованиях по необходимости проведения натурных чсследований для установления допустимых режимов при пусковой схеме высоконапорной плотинно-деривацнонной уотановки было внсказ-чо мнение, что при большой'длине подводящего тракта малейшие отклонения значения шероховатости облицовки туннеля от принимаемого в проекте, .логут сильно повлиять на величину потерь напора в не-; и сыграть большую роль в протекании гидравлических режимов, а следовательно, в выборе допустимых расходов, что впоследствии подтвердилось.

. 24. На основе анализа стационарных и нестационарных процессов в водопроводящих сооружениях в условиях поэтапного пуска в эксплуа-тадаю высоконапорной плотинно-деривацнонной установка, с учетом реальных гидравлических характеристик дериваций, предложена методика разработки допуст^лых гидравлических режимов для них с целью составления рекомендаций и соответствующих инструкций для обеспечения безаварийных гэдрг'зличзских условии работы водопроводящих сооружений и агрегатов гос.

25. При этом, в случае большой протяженности деривационных сооружений /с уравнительными резервуара!.«'/, особая роль принадлежит установлению реальных гидравлических характеристик водопроводящих трактов с помощью натурных исследовать!, их закапорегчости и пропускной способности при рассматриваемых отметках воды в водохранилищ в установившихся режимах и влияние отого на протекание нестационарных процессов в подводящем тракте} оценке опасности возможного появления раз: дпоривания напорного туннеля при набросах мощности и пределов е"> распространения по длине водоводов с тем, что-

бн оно не достигало опасных створов с местными сужениям., разнапо-риванию концевого участка туннеля и турбинных водое дов со стороны уравнительного резервуара, .1 процессе колебаний водных тсс.

Если пусковая схеяа не учитывалась при проектировании объекта, или она осуществляется при более низких отметках воды в водохранилище, должны быть проверены также условия гидравлической устойчивости при пониженных напорах установки.

26. В случае безрезйрвуарной системы о корог..ими подводящими и отводящими трактами пусковые режимы должны назначать я , в первую очередь, на основе анализа быстрых нестационарных процессов -гидравлического удара и сейсмических воздействий. Должн; быть проверена возможность появления разрежения о взрывом сплошности потока в опасных стаорах и намести мероприятия для исклхг..;ния таких явлений, вплоть до введения в напорную систему уравнительных резь-рзуаров. В таком случае следует проанализиров?~ь также процессы колебаний водных касс и гидравлической устойч!ШОсти. .

Обычные напорные системы с напорным подводящим трактом

VI»

. е

X-

I - С уравнительными резервуарами различного типа:

I - эднониточные; разветвленные: 2-е разветвлением после резервуара, 3-е разветвлением'турбинного водовода П - Безрс-ервуарные системы.

95 '

Схемы с напорный отводящий трастом

I - Безразервуарнзя систенч П - Резервуариые системы с резервуаром: • 1-на отводяием тракте, 2-на подводящей тракта, 3-иа подводящем и отводящей трактах

• Рис. 2.2

Безрезврвуарная система с подводящим и отводящим напорными

Рис. 2.3 .

Сечение под турбиной. Сейсмические воздействия. Открытые затворы - работающие агрегаты

Параметры примера.

Гас. 2.4

Изменение напоров в различных створах системы при линейном закрытии затвора (пример Худо иГЭС)

Тг.....

0.15

в.г \ о.г

0-1 о .0.1

-оА

о 1 ? б 7а

Ус

I - при гидравлическом ударе

2-е учетом сейсмических воздействий

о.<

О

■Рио.-2.5

Изменение капоров в различных створах системы прм нелинейном законе закрытия (пример ХудониГЗС)

Ыо'Ю.Ык'О

брзнз, 8 е

1-при гидргвличеоком ударе •

2-е учетои сейсмических воздействии

Рис. ;2'6

Сейсмические воздействия.Открытие (наброс мощное Ж Изменение напоров в сечениях Р<,Р,Е.

м

0.4

а

' -Л.4 0.4

о

■аг.

0.4 о

■ •6.4

■о.г

\ - •

Т'-г--------П

—;—:—м—:———~—1--—

о г « в • з /1 и /» & 77

Т^ я 10 о.Параметры примера.

•Рве. 2.7

Сейсмические воздействия. Закрытые затворы (остановленные агрегаты)

/

«

■ и

«(.««.•а

*.'«(ч 4,-t7ilÍ¿

Гараметры примера.

Динамические давлен: л вода в валорной системе гэс при се&сютеских воздействиях. Безрезервуарная система, сеченяе у турбины

. а} Сзгзгягзйта отггзсетсльвнго шмацая ггицрз в пшщ» иэдгне-от кре^гст сзярнзгз: I - дгпгвэиш 1вгазвпязс~1та /кзрз» - 2 - ЕИЯЕвялвгпа гягпзгп ХЕЧЗ, ? а 4 - кгкпгипнггз з гпгз пзеяз длпезжгсздго Ш2ИЗЕЗ с утают ткзгэх ггг— К^ЙПЕЯ,, 5 ш 6 - те-аэ ГГЕЗГ ааарияд. СЕТОтрах, / - Еагкгтагт^ шэ крз отказа: гз.тверзг;

й) ц^зеге^гпз дггг^урс^о Еаща еоез от сг^зкдчгдьл: газз&й-сззггЭ *пгд гсжггщзШ'Л хг^ззглзхгшго ^дауи;

го-аз сра^лгузи

Пониженно давления в конце водоводов в различных случаях динамических воздействий

>

а) Зависимость относительного понижения напора о' времени открытия при набросах мощности: I - диаграммы гидравлического удара, 2 - минимальные (.максимальные отрицательные) значения :-ара, 3,4 - минималышо и средние значения дополнительного напора с учетом сейсмических воздействий, 5,6 - 70-же при закрытых затворах Сбгз учета кавитациошшх явлошш^, 7 - минимальные при. работающих агрегатах;

б) превышение ттшаыичгского сейсмического шпора над значениям гидравлического удара при открытии затвора;

в) то - до в п~оцек?ах.

Расчетная схема епитл

Рис. 3.2

Построил» сетки характеристик у. о1с(д8

--построении с использованием начальных

условии

" " граничных условий

3.5 '-г 0.9 -/.з -г./

—-О—о—о—о—о—:— ■

С-«Д.-***. ' -ь-

-и -«г -з.з

Ряс. 3.3

Колебания уровня в длинной камера по данным экспериментов и расчетов на ЭЕ.;

Рис. 3.4

Соноставлглзо колебаний уровня в длинной камере

с полебгчиямн в. цилиндрическом резервуаре . ■ пря различных значениях параметра А = &</1л> .

Длина камеры соизмерима с ее шириной. Сопоставление результатов расчетов на ЭВМ по программе для длинной камеры с данными расчетов по формулам амплитуд колебаний в цилкад-рическом резервуаре

Хачп/гиту&а -Я"*/' м Па «аатула Мамалаеивла &ацшюг*&аелег>*.уара-ь Па гхкчктуна ць Г

Илимноо комеры - 6& X ракгодамс - о т.е. о

Латпитувй-Итг\ .

. _____ Чертипина

_ «ют цшг — Ал. 20«

По расчёту на ■ /хжю&Мни» -0.16*

да _ .- юо

Орем* б «л

а/ Натурный пример, Ск= 15,0 к

Рчс. 3.6

б/ Пример лабораторной установки,

С г. = 15 см ■

Рис. 3.7

______ллм

Смешанные к напорные системы ГЭС

~ у 0

Сыешанные систем-':

а/ головная схема, уранительная канера на отводящем тракте

6/ промежуточная схема с двумя резервуарами; один из них -„л-па длинной камеры на отводящем тракте, другой цили.гдрический-на подводводящем

Напорная система в/ промежуточная схэ. а с двумя ■резервуарами цилиндрического типа

Рис. 4.1

Напорные системы ГАЭС с цилиндрическими резервуарами

а/ Концевая схема, резервуар на подводящем тракта

X"

6/ головная схема, резервуар ' на отводящем тракте

з/ промежуточная схема,

система резсрзуаррв на подводящем и отводящем трактах

Рис. 4.2

ч/.

К построению облайл устойчивости для смешанной системы: на подводящем тракте - резервуар цил1.'»дрического типа, на отводящем - типа длинной камеры

? и

I

\

%

ч

Границы устойчивости:

1 - для смешанной системы

с длинней камерой

2 - для напорной системы

с цилиндрическим резервуа-

Область ром '

устойчивости

. 5 И ■

(у/ I постанови задачи: задаются значения I , ищутся Г($) б/ П " " : " " в , " с*-х+-1у

/откуда определяются затем значения

^ /

г/ Область устойчивости в плоскости Рис. 4.3

Числошше примеры даны в работе аспиранта. I

К построению области устойчивости для напорной системы. Цилиндрические резервуары на подводящем и отводящем трактах

Результаты расчотов на ЭВМ /по алгоритму автора/ Пример Даховской 1ЭС /задача Куперыана/ 1 Построения: - по значениям Щи

- по значениям и

Обозначения:

Ф

Область устойчивости

о

к

Область устойчивости

о

а/ построен^} области уотоачшзостп в плоскости отне ителышх

' мяя,и<31'!1х>

6' то-г.а,в плоскости ^

Ряс. Д.4

по

Гидравлические с^.емы напорных отводящих трактов при различных условиях нижнего баефа

А.

Мане.

и.

- Мл*(- Г^-,1 НРГ

А»

Щ

Нин-ЪГ

ш-

УИУ

¿2'Л

. fetKC.tr

Г__Ч-Ь,У

У Н^-ч.'БГ

5

■ 4. НРГ

Т

Ь I . V / ч . ч , ч , ч , ч / ч .

I нпг

' ' уч Л ^ ■"—

в.

•УНПГ

Пер ~ А-ися , у. Мин-ПГ

A. Малые колебания уровня в нижнем бье!>е.

Отво^лдае тракты с длинной галерой: а -напорный/

б -слабонапорпый

Б, В - Больпше колебания уровня в нижнем водохранилище:

Б. частач.ие использование глубины сработкп

B, полное кспо..ьзованяз глубины сработки водохранилища

I - основной уравнительный речзрвуар, 2 -промежуточныэ шахты,

Рис. 5.1. "

Схема расгюлсжения пзмеглтельных пунктов m трассо годоводов

/ ¿we/aJ^ûffiOSitJU

ftffmuajx/v.

Рис. 6.1

ЛИТЕРАТУРА (работы _вторд)

Основное содержание диссертации опубликовано в одвцутг,",,,. работах и в монографии, перечисленных в прядке их опубликования

I. Раочот гидравлического удара в напорных оистемах о урав-нительл^ми резервуарами о сопротивлением (на грузинском языке). -Труды института энергетики АН ГССР, т.'УШ, 1953, с.49-63. |

2? Раочет амплитуд колебаний уровня воды в уравнительных резервуарах о сопротивлением. - Тр.института энергетики АН ГССР, т.IX, 1955. ' '

З?' К раочету уравнительных резервуаров о сопротивлением.- -Гидротехническое строительство, 6, 1955, 0.31-37.

4. К вопрооу гидравлического расчета отводящих напорных туннелей Подземных гидроэлектростанций. .- Труды института энергетики АН ГССР, т.ХМ, 1960, 0.47-75.

5. Некоторые результаты экспериментальных исследований длинных уравнительных камор. - Труди шотнтута энергетики АН ГССР, т.ХУ, 1961, о.12Ь-136.

6; Исследование устойчивости отошзонарцых рекимов гидроэлек-трос-энпии о длинным уравнительным резервуаром на отводящей напорной деривации. - Труды гнотитутя энергетики АН ГССР, т.ХУП, • 1963, с.77-93,

7. Некоторые вопрооы проектирования и гидравлического раочэ-та напорных и слябонапорных отводящих трактов подземных гидро- ■ электростанций. - Т^-уди Грузинского института энергетики т.ХТО, 1969, 0.267-278. _ _ 1

8. Об эдкоЗ задаче исследования условий устойчивости стационарных разиков подземных гидроэлектростанций. - Тр.Грузинского НИИ энергетики, ачХУШ. 1269, с.216-224.

9. Эксперментальное ссоледов' лее колебаний уровня в длинных ут-зшптелънь-х камерах, Мавдкавпдзе Н.§., Абдаладзе Г.Г. -

Тр. Грузинского НИИ энергетики, т.ХУШ, 1969, 0.225-253.

10. К построению облаоти устойчивости стационарных режимов ГЭС о длинной уравнительное камерой на отводящем тракте (Купарадзе Л.П., Мэндаавидзе Б.Ф.). - Труды Грузинского НИ инот.Энергетики, т.ХУШ, 1969, с.258-266.'

11. Применение напорных отводящих трактов в подземных охо-мах гидроэлектростанций, - В кн.: Проектирование и сооружение гидротехнических туннелей подземных ГЭС. Материалы совещания под общей редакцией проф. В.С.Эристова. Госэнергоиздат, М-Л.. 1С53. 4

12. Анализ уоловий устойчивости стационарных режимов ГЬС о длинными уравнительными резервуарами на отводящих напорных туннелях. - Материалы Всесокггого совещания "неуотанэвившиеся потоки жидкости-д газе а руслах и трубопроводах", Новосибирск, 1С66,

. 13. Некоторые результаты экоперимзнтальных исследований ' пеуотановивщихся ре?."мов в напорных оиотемах подземных ГЭС (Мэяджавидзе Н.Ф., Абдаладзе Г.Г.). - Мат риалы Всесоюзного со-взщшшл "НеустановийЕсся потоки .шдкооти л газа в руслах и трубопроводах", Новосибирск, 19Г".

14. Некоторые особенности проектирования г гидравлических расчетов напорных отводящих трактов подземных ГЭС. - Тезисы докладов объединенного оем.лгара по специальной гидравлике н

" щдроэнергетЕ. а, посвященного памяти чл.-кор. АН ГССР, ггро4. П.А.Цооткова, Тбилиси, 1966 , 33 е., с.13-15.

15. Напорные и слабонапорные туннели подземных гидроэлектростанций. -В кн.:" Труды Гидропроекта, Сборник ео .емнздпатый, Научные иооледованпя, проектирование, отроитрльотво и зкоплуата-

пия гидротехнических туннелей и подземных гицроэлектроотанг: Юн редакцией проф.В.С.Эриотова, M.t 1970, .¡.343-352.

16. Расчет колебаний уровня воды в длинной уравнительной камера (Мандкавицзе Н.Ф., "итишвилв Г.Ш.). - Сообщения АН ГССР, т.59, Je 3, 1970, 0.649-652.

17. А.с.275856 (СССР). Уравнительная камера для напорного отводящего туннеля гидроэлектростанции подземного .типа^ Опубл.в Б.? 1970, № 22, цата опубл.описания I3.X.I970.

18. К исследованию устойчивости гидравлических рзаймов ГЭС для ох-мы о длинной уравнительной каморой.(Купарадзе Л.П., . Мандкавицзе Н.Ф., Чхеидзе S.M.).- Труды ВЦ АН ГССР, т.ХП,- I, 1973, с.87-89.

19. Применение ЭВМ к исследованию волнообразования в водохранилище цри наличии оотаточных оейсмических деформаций в его чаше, сейсмического давления воды и неустановившихся гидравлических режимов в напорной снотемо ГЭС (Маырздзе Г.П., Гвелеспани Т.Л., Киласония Дж.Н., Манджавидзо H.i\). - Труди Симпозиума . ЭВМ-ГЭС-73, Ленинград, IS73, отдельный оттиск,' 19 о.

20. Колобзнля вощШх liacc в бодоотводяшихх системах: ГЭС с длинной уравнительной камерой. (ЬЬпдсавидзе Н.Ф., Читпшвили Ш.Г., Ыаградзе М.Е.). - Тр.Симпозиума ЭВ.М-ГЭС-73, Ленинград, 1973, отд. оттиск.

21. Учет сопротивления в устье уравнительного резервуара пря расчете гидравлического удерз (Мандмвидзе Н.£>., Чзчзднри Дк.М.) В кн.: Автоматизация закрытых оросительных систем, сборник ctotcj пс :гзтерис*ам первого Всесоюзного Симшсиумз по "Коследованиям неустановишихся течений жидкости в напорных системах", под облей ред. проф.КартБелгтили H.A. Новочеркасск, 1975, 191 е., с.92-98.

22. Определенно габаритов уроыитоккого резеруара тйез ааинвоЕ камеры (Ыаадказядво H.c.t Кушоздзе ¿Т.П., Чхетдсс Т.Л'.й ■

Труды симпозиума по исслед.неуст.течения жидкости в на подлых системах. Новочеркаск, 1974.

23. Некоторые задачи гидравлических исследований сооружений ГАЗС. - В кн.: Вопросы проектирования и строительства ГАЭС и создания обратного энергооборудования. Изд."Энергия" Ленинградское отделение. Л., 1974. (Материала семинара НТОЭ и ЭП по обмену опитом проектироз. строительства а эксплуатации ГАЭС, Ки°в, сентябрь 1973 г.).

24. Исследование устойчивость стационарных режимов в гидрав-Лкческих системах о распределенными параметрами (Мандкьвидзз Н.Ф.,

. Купарадзе Л.П.). - Тезисы докл.Всесоюз.конф. "Проблемы гидразли-ческой устойчивости", Тбилиси, 1975, с.90-92.

25. Применение ЦВМ для' г">строения области устойчивости для напорных систем о сили"Дричеокими резервуарами (Купарадзе Л.П., Ыанднавидзе Н.Ф.). - Тезисы докл.Всесоюз.конф. "фоб; им гидравлической устойчивости", Т.'злисп, .1975, 0.86-87.

26. Исследование устойчивости стационарных гидравлических режимов ГАЭС при малых возмущениях. - Твз-cu докл.Всесоюз.конф. "Проблема гидравлической устойчпости", Тбилиои,. 1975, с.92-94.

27. Численный анализ максимальных динамических водных "эгрузок в напорной оиотеме ГЭС (Мэнджавидзь Н.Ф., "янадири Дв.М., Хатиапвили Н.М. . - В 1Ш.: Тезисы докладов, г.Телави, 14.04-I8.Cl4.I980, "Всесоюзный ci шозиум "Численные методы в гидравлике",

•Тезиса сообщений. Л., 1980, 192'е., с.104-106.

28. Определение габаритов уравнительных резер~^аров для ГАЗС по уоловиям устойчивости (Купарадзе Л.П., Мамяавидзе J" 3.). -Сообщения АН ГССР.т.вЗ, Л i, апрель, 1900, 0.121-12!.

29. Определение динамических водных нагрузок на подзем:шо гидротехнические сооружения о учетом ностациогор!Ьл про! 5соэ

(Мандвавицзе Н.Ф., Чанадири Дж.М.). - Тезисы докл.на координац. совещании, г.Р-'рва, 1980.

30. О некоторых задачах устойчивости --ачения вязкой жидкости (Абуладзе И.О., Купарадзе ".П., Манджапдзе Н.Ф., Шашкидзе Л.Д.). - В кн.: У Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механика. Тезисы докл., Алш-Ата, 1981,

31. Численный расчет неустановившихся рекимов в напорной си^еме ГЭС с учетом оейсмичеоких колебаний. - Сообщения АН ГССР, 105, й I, январь 1982, о.105-108.

Обеспечение целесообразных безаварийных эксплуатационных рекимов и уточнение конструкции уравнительного резервуара Ингури -ГЭС на основе натурных исследований (Мандкавидзе Н.Ф., Менабде А.Я., Чантурия Да.А., Кобахидзе В.К.). - В mi.: Наука производству Сб.У, Тбилиси, 1983, 270 о., с.80-84.

33. Численный анализ различных сочетаний сейсмических колебаний и неустановившихся процессов в сложной напорной системе Г^С (Мандкавидзе Ы.Ф., Чанадири Дж.М.). - XX Конгресс МАГИ. Каталог выставки,' "Применение ЭВМ в гидравлических исследованиях", М., -933, 48 стр., с.13-14.

33а. KuEoricaj. £ ¿Lysis of vaxxouc combinations of Seisadc oscillations end transients in a complex prensare conduito cjrctcni llj-d.ro el sc tri с stations (tJanjavidze H.F., Chanadiri J.M. )•--XI Cor xess of the International Association for Hydraulic Research. Catalogue of the Exhibition « Une oí computers in hydraulic Research P. Moscow, USSR, September 5-9, 1933, 52 p., p'.I4 - 16

34. Колебания водных масс и гидравлическая устойчивость в. составных систем' х с рзоцредслэшами параметрами (Шндгавидзе Ii.'.-., Кугорздзе Л.П., Чанадирп Дж.,.1.', Швлониазнлн Б.Д., Хати-

апвили И.М.). - XX конгресс МАГИ, каталог выставки "Пртынение ЭВМ 1 в гидравлических исследований", М., 1983 , 48 стр., и.15,16.

34а. Water mass oscilla-ions and Hydraulic Stability in composite systems with distributed-parameters ( Manjavidze Ii.г. > SMparadza L.p., Pavlenishvili B.D., Chanadiri J.U., Chatiashvili I.M.) . - XX Congress of the international Association for Hydraulic Hesearch. Catalogue of the Exhibition "Ose of computers in *

Hydraulic Research. Moscow, USSB, September- 5 - 9 » 1983. 52 p.,

. - . p. 17 - 10

35. Влияние величины расчетного интервала времени ia результаты раочетов динамическпох давлений'.зоды при учете сейсмических воздействия на напорную систему ГЭС (Мзндхавидзэ Н.Ф., т,1надири

, Дз.М.) - Экодресо - Ийфордацзя "Строительство и архитег ура", оерия 13059, вып.6, If., I9S3, о.29-32. '

36. Определение динамических водных нагрузок в олоаных нагорных сиотайх ГЭС о учетом сейсмических колебаний (Мандадвидзе Н.Ф., -Чанадири Да.М,, Мэградзе М.Е.1 - Экопресо - Информация "Строительство и архитектура", оерия 1359 вып.6, M., I&tiJ, 43 е., 0.32-33.

37. К определению расчетных нагрузо.. на горизонтальную диафрагму длинных уравнительрых камер (Манц^аввдзе Н.Ф., Виноградова В.И., Швленишвилп Б.Д., Хатиаивилл U.M.). - Соорник: "Методы раочета отроительпых копотпукций о учетом пространственной работы

.и длительных деформаций: Тбилиси, Мецниеребэ, 1983, 0.П8-Г24.

S3. Опрецелепае динашчеокого дг чеяия воды в ологной напора поЗ системе ГЭС о учетом оеасмзческпх колебаний при различных условиях в разветвлениях (Мгтдаявсяэв Н.Ф., Чанадири Да.М.). - Эк-опрзео - информация "Строительство и архитектура", оерия 14, Строительство в особых условиях, сейсмическое стрг' тельс'зо, вшт.5, M., 1934, 33 o.f с.26-29.

39. Расчет сейсмического давления во:'" в напорной система ГЭо при отсутствии уравнительных резервуаров (Шнджзвядзе Н.Ф,, Чанадири Дж.М.). - Экспреое-инфордащМ "Строит, и архит.", серия 14, вып.7, Г.1., 1985/ 37 с. с.31-34.

40. Повышение давления в напорной системе ГЭС при разновременности начала оейсг. ческих колебаний и гидравлического удара (Мнадаавидзе Н.Ф., Чанадири Да.М.). - Экспресс --инф. "Строит.и ар;- т.",- серия 14, вып.8, Ы., 1985, 41.стр., о.30-32.

41. Математическое моделирование нестационарных лроцессов в смешан ых водопроводящих системах (Манджавидзе Н.Ф., Павленишвили ; Б.Д., Хатиашвили И.М., Купарадзе Л.П., Чанацири Дк.Н.). - В кн.:

У национальный конгресс по теоретической и прикладной механике. Тезисы докл., Варна, 1905, 704 е., с.244.

42. Неустановившиеся процесса в сложных напорных системах подземных гидроэлектроустоновок в условиях сейсмичнооти (Мапдга-вицзе Н.Ф., Купарадзе Л.П., Павленишвипи Б.Д., Чанадири Дз.М., Хртпзевпли И.Ы.). - Монография, изд. Мешшерэба, Тбилиси, 1985, 107 стр.

43. ЧйсленыЙ анализ быстрых нестационарных процессов в па-порт^ воцопрсвоцл\ц1Г' системах прк сейсмических воздействиях О.йгрздзе М.Е., Манцтавицзе Н.З., Чзнадири Дчс.М.). - В гл.: йес-•:о1" Всесоюзный ст-озд по теоретической и прикладной механике. Ташкент , Лннотзния докладов, 1985, 6о9 е., с.431.

44. Комплексные исследования для определения утлов:ш безо-пэгностп эксплуатации сооружений подводящего тракта и- агрегатов

ГХ (Мднппавндзе Н.й., Хатиазвилп 15.1'., Швленншвиш Б.Д.).-'Л1?;т,ы докладов Всесоюзного и.-т совещания в г.ЗугдидЕ 28-30 ок-:•-"::'■.- р. "0. ;к:-:з технического состояния гЕДротэхпическсхх в строительства и бкоаяузтаппи по результатам

комплексных иаоледований: натурных, теоретических-и лабораторных", М., 1987, 72 0., 0.36-37.

45. Учет оейсмичеоких воздействий при проектировании нагорных сиотем подземных гидроэлектроуотановок на примере Худони ГЭС (Мандаавидзе Н.Ф., Чанадири Дк.М., Иаградзе М.Е., Кобахидзе ВХ).-Труды Воео. п.-т. совещания по проектированию и строительству энергетических "объектов в оейомичеоких районах (г.Нарва, 16-21 мая 1988 г.), Ленинград, 1988.

46. Математические модели и чиоленные решения задчч нестационарных процеооов в смешанных гидравличеоких оиотемах (Манджавидзе H.A., Хатиаазилв И.М., Швяенпввили Б.Л., Купарадзе Л.П., Чанадири-Дк.М.).'- Сборник тезиоов докладов Второй школн-семинсра ооциа-лиотичеоких отран. "Вачисгатодькая механика и автоматизация проектирования", г.Ташкент, 16-23 оентября 1988 г., о.32-33.

47. Чи-ленноэ моделирование биотрах нестационарных процеосов в напорных системах при оеОстачеЬквх воздействиях (Мандаавпдзе Н.Ф., Чанадири Дк.М., Мэградзе М.Е. Сборник тезиоов докладов Второй иколы-семгнара социалистических отран "Вычислительная механика и автоматизация проектирования", Ташкент, 16-23 сентября 1988 г., 0.32. :

48. Некоторые новые аопекты проектирования и строительства уравнительных резервуаров деривационных уотановок ki примере ГЭС Ингурского каскада (Манджавидзе Н.Ф., Хатиашвили И.М.,(ИСМиС) ь!енабдэ А-.Я., Кобахидзе В.Д. (тбиягидпопроект)). - Тезион докладов Есеооюзного научного совещания "Научно-технический прогресс в гидротехническом отроительотве", 26-27 ноября 1988 г. ь г.Тбилиси, МЭзЭ СССР, Центральный икот.информации по ЭиЭ, Информэнарго, М., 1988, 0.72-73.

49. Чиоленные методы анализа сейсмичзоких водных нагрузок в напорных системах гидроэлектростанций. - В 1Л.: Шеотой национальный конгресо по теоретической и прикладной механике. Тезисы. Варна, 25-30 сентября 1989, доклад УП.14, БАН, нац.комитет по теорет. и прикладной механике.

50. Манджавидзе Н.Ф., Маырадзе Г'.П. К-.галог высоких плотин высо. эй более 75 м. Изд. АН ГССР, Тбилиси, 1963, 187 стр.

50 L Kandzhavidze N.F. und Mamrad е G.P. The Ki&u dams of the W rid ( Systematic Tables of Data and Bibliography of Dams over 75 ш High. Translated from Russian), Jerusalem, 1966« 179 P-

fr.Jdjtl—

Примечание:

■ ' Работы 1-3 опубликованы но мо торю лам кандидатской диссертации /посла защиты/. В |шх содержатся некоторые алгоритмы для ручного счета, которые в дальнейшем использованы при составлении соответствующих программ ЭВМ как в случае гадравлического удара, так и для болео широкого класса задач, например, с учетом сейсмических колебаний, а также для схом с резервуарами различного типа и без них.