Рассматриваются вопросы математического моделирования, программирования, анализа и расчетов переходных процессов на ГЭС с уравнительными резервуарами, оптимального выбора конструктивных параметров уравнительных резервуаров различных типов, анализа и оптимизации процессов при последовательных комбинациях режимов сброса и набора нагрузки, реконструкции ГЭС с уравнительными резервуарами. Для инженеров-гидротехников, может быть также полезна студентам гидротехнических специальностей вузов.

Предисловие

Глава 1. Моделирование переходных процессов в водоводах и гидроагрегатах ГЭС
1. Уравнения неустановившегося движения и их преобразование по методу характеристик
2. Интегрирование дифференциальных уравнений неустановившегося движения без учета упругости
3. Основные принципы построения программ расчетов на ЭВМ переходных процессов в гидроагрегатах и напорных системах ГЭС
4. Программная реализация уравнений упругого гидравлического удара для расчета переходного процесса на участках напорного водовода
5. Граничные условия в развилках, тупиках, примыканиях к бьефам
6. Граничные условия в турбинном узле
7. Алгоритм определения начальных параметров переходных процессов

Глава 2. Моделирование переходных процессов в уравнительных резервуарах ГЭС
8. Основные расчетные схемы
9. Гидравлический удар в пределах проточной части уравнительного резервуара
10. Скоростной напор и потери в проточной части уравнительного резервуара
11. Потери напора в узле примыкания резервуара к водоводам
12. Математическая модель потерь напора в узле примыкания резервуара к водоводам
13. Перепад пьезометрического напора на диафрагме дополнительного сопротивления
14. Работа водослива и водопропускных окон
15. Программная реализация математической модели процессов в деривации и уравнительных резервуарах различных типов

Глава 3. Переходные процессы в резервуарах различных типов и выбор конструктивных параметров
16. Постановка оптимизационной задачи
17. Расчетные режимы сбросов и наборов нагрузки при проектировании уравнительных резервуаров ГЭС
18. Цилиндрический резервуар с дополнительным сопротивлением
19. Выбор конструктивных параметров резервуара с дополнительным сопротивлением
20. Резервуары дифференциального типа
21. Выбор конструктивных параметров дифференциальных резервуаров
22. Резервуары камерного типа
23. Выбор конструктивных параметров камерного резервуара
24. Низовые уравнительные резервуары ГЭС
25. Устойчивость напорных систем ГЭС с уравнительными резервуарами

Глава 4. Переходные процессы при последовательных комбинациях сбросов и наборов нагрузки ГЭС
26. Общие положения
27. Аналитическое решение дифференциальных уравнений колебательного процесса при последовательных изменениях расхода ГЭС
38. Переходные процессы при двух последовательных изменениях расхода ГЭС
29. Влияние потерь напора
30. Технологическая схема пуска и набора нагрузки агрегатами ГЭС в нормальных условиях
31. Расчетные случаи последовательного набора нагрузки
32. Расчетные случаи при комбинации режимов сброса и набора нагрузки

Глава 5. Особенности реконструкции ГЭС с уравнительными резервуарами
33. Цели и пути реконструкции
34. Сопоставление резервуаров дифференциального и с дополнительным сопротивлением
35. Реконструкция уравнительного резервуара Сенгилеевской ГЭС
36. Реконструкция уравнительного резервуара Мингечаурской ГЭС
37. Реконструкция напорной системы ГЭС

Анталепте
Основные условные обозначения, идентификаторы переменных
Список литературы

Предисловие

Гидроэлектростанции деривационного типа концентрируют напор с помощью длинных подводящих или отводящих водоводов. Возводимые в горных местностях и использующие участки рек с большими естественными уклонами русла, такие ГЭС не требуют сколько-нибудь значительного затопления земель, чем выгодно отличаются от русловых и приплотинных станций.

Если деривация напорная, то в состав сооружений обычно входит уравнительный резервуар. Сейчас в нашей стране проектируется и строится значительное число крупных ГЭС с уравнительными резервуарами (Зеленчукская, Ирганайская, Худонская, Сусамырская, Памирская и др.). При содействии СССР проектируются и строятся ГЭС с уравнительными резервуарами во Вьетнаме (Хоабинь), Индии (Тери), Афганистане (Сароби).

Десятки малых и средних ГЭС с уравнительными резервуарами, построенные в 1930—1950 гг., в настоящее время начинают реконструировать и модернизировать, часто с заменой оборудования и повышением мощности.

Все это привлекает внимание к вопросам исследования и проектирования уравнительных резервуаров. Теория расчета переходных процессов в напорных системах ГЭС с уравнительными резервуарами разработана подробно и полно в известных трудах Пресселя, Шоклича, Фогта, Егера, Тома, в работах советских ученых М.А. Мосткова, H.A. Картвелишвили, Г.И. Кривченко, В.А. Орлова, И.А. Чернятина, H.H. Аршеневского, Н.Ф. Манджавидзе, В.М. Клабукова и других исследователей.

Последние научные издания по уравнительным резервуарам были опубликованы в СССР более 20 лет назад. В тот период при анализе переходных процессов напорных систем считалось допустимым разделять гидравлический удар и колебания в деривации и резервуаре, изменение расхода турбин принимать мгновенным или линейным, работу таких элементов, как стояк, окна, водослив, узел дополнительного сопротивления, рассматривать упрощенно. Не учитывались гидравлический удар в самом резервуаре, подтопление струи или воронки на кольцевом водосливе, изменение характера истечения из окон в зависимости от режима и другие факторы.

Применение ЭВМ в настоящее время позволяет на новом качественном уровне рассчитывать переходные процессы ГЭС, учитывать влияние многих факторов в пределах их возможных вариаций.

Некоторые новые задачи отражены Ю.С. Васильевым, В.И. Виссарионовым, Л.И. Кубышкиным и коллективом авторов под руководством Н.Ф. Манджавидзе, а также рассматриваются в данной книге, имеющей в основном прикладной характер.

Значительное место уделено вопросам программирования переходных процессов в напорных системах с учетом граничных условий в гидротурбинах, уравнительных резервуарах, развилках, тупиках и других узлах. Приводятся фрагменты программ расчета на ЭВМ на языке Фортран, дается общая структура программы расчетов переходных процессов, порядок определения начальных условий в простых и разветвленных напорных водоводах и гидротурбинах.

Приводится методика оптимального выбора конструктивных параметров уравнительных резервуаров различных, в том Числе сложных, типов. Показано влияние отдельных конструктивных параметров на характеристики переходных процессов. Подробно анализируются процессы, протекающие при последовательных сочетаниях сбросов и наборов нагрузки.

Рассмотрены различные возможные в практике подходы к реконструкции уравнительных резервуаров малых и средних ГЭС, даны примеры реконструкции, проведенной на ряде ГЭС с участием авторов.

В книге использованы материалы, полученные авторами в процессе исследований для Зеленчукской, Камбаратинской-1, Тери, а также при реконструкции Сенгилеевской, Мингечаурской, Анталептской ГЭС. Исследования проводились на кафедре использования водной энергии МИСИ им. В.В. Куйбышева под руководством проф. Г.И. Кривченко и проф. H.H. Аршеневского, которым авторы выражают глубокую признательность.

Авторы благодарны коллегам Т.В. Косолаповой и С.В. Онищенко за участие и помощь в проведении исследований, рецензенту доценту Ленинградского политехнического института канд. техн. наук Л.И. Кубышкину за обстоятельный разбор рукописи, полезные замечания и рекомендации, использованные при ее доработке.

Книга предназначена для инженеров-гидроэнергетиков, занимающихся проектированием и эксплуатацией ГЭС с уравнительными резервуарами. Она может оказаться полезной студентам старших курсов при овладении навыками решения инженерных задач с использованием ЭВМ.

Глава 1 написана канд. техн. наук В.В. Берлиным, гл. 4 — канд. техн. наук O.A. Муравьевым, остальные главы — совместно.