- •Содержание
- •Введение
- •1. Расчет гидравлического удара в турбинном водоводе и предварительное определение толщины стенок трубопровода
- •1.1. Подбор диаметра трубопровода
- •1.2. Расчет прямого гидравлического удара
- •1.3. Расчет непрямого гидравлического удара
- •Расчет гидравлического удара с учетом закона закрытия затвора
- •Порядок расчета:
- •2. Волновое явление в открытых деривационных каналах гэс
- •2.1. Определение наибольших отметок уровней воды в деривационном канале при внезапном уменьшении нагрузки (расхода гэс)
- •2.2. Определение наибольших отметок уровней воды в деривационном канале при внезапной и полной остановке турбин гэс
- •2.3. Определение наименьших отметок уровней воды в деривационном канале при внезапном увеличении нагрузки (расхода гэс)
- •Список литературы
Расчет гидравлического удара с учетом закона закрытия затвора
Самым эффективным способом борьбы с гидравлическим ударом является подбор такого закона закрытия затвора, при котором повышение давления при гидравлическом ударе не приведет к разрушению материала трубы.
При закрытии затвора происходит сложный нестационарный процесс, при котором наблюдается наложение прямой и обратной волн повышенного давления.
В курсовой работе рассматриваются три варианта закрытия затвора. Для каждого варианта строится график изменения давления у затвора и определяется величина максимального давления при постепенном закрытии.
Определяется толщина стенок водовода по приведенным выше формулам для каждого варианта закрытия затвора. Из полученных значений принимается максимальная толщина стенок водовода.
Порядок расчета:
Строится график изменения скорости в зависимости от времени V = f(t): 1 - изменение скорости по линейному закону; 2 – изменение скорости по нелинейному закону (благоприятное); 3 – изменение скорости по нелинейному закону (менее благоприятное).
Если tф < Tз то волна понижения давления возникает у затвора раньше, чем последний будет закрыт, т.е. удар будет непрямым. Поэтому увеличение давления в водоводе не достигнет величины ΔР = Руд - Р0 = ρСудV0 = 12,83 МПа.
Поскольку скорость изменяется по зависимости v=f(t), то повышение давления у задвижки в момент времени t определяется по зависимости
ΔPt=ρ∙Cуд(V0–Vt), Па, [1.23]
где V0 определена выше;
Далее строится график зависимости V=f(t).
Для линейной зависимости V=f(t) с ее графика снимаются значения скоростей Vt в различные моменты времени и рассчитываются величины изменения давления ΔPt.
Рассчитаем таким же образом ΔPt при наилучшей (нижней) и наихудшей (верхней) зависимостях, сняв значения скоростей Vt с графика функции V = f(t).
Для каждой зависимости за промежуток времени от t = 0 до t = Tз = 10 с изменение давления будет выражено ломаной линией OABCDE, в координатах P-t
2 СЛУЧАЙ | ||
t c |
Vt |
∆Pt |
0 |
6,5 |
0 |
2 |
4,0 |
3,0 |
4 |
2,2 |
5,2 |
6 |
1,0 |
6,0 |
8 |
0,2 |
7,6 |
10 |
0 |
12,83 |
1 СЛУЧАЙ | ||
t c |
Vt |
∆Pt |
0 |
6,5 |
0 |
2 |
4,0 |
3,0 |
4 |
2,2 |
5,2 |
6 |
1,0 |
6,0 |
8 |
0,2 |
7,6 |
10 |
0 |
12,83 |
3 СЛУЧАЙ | ||
t c |
Vt |
∆Pt |
0 |
6,5 |
0 |
2 |
4,0 |
3,0 |
4 |
2,2 |
5,2 |
6 |
1,0 |
6,0 |
8 |
0,2 |
7,6 |
10 |
0 |
12,83 |
2. Волновое явление в открытых деривационных каналах гэс
2.1. Определение наибольших отметок уровней воды в деривационном канале при внезапном уменьшении нагрузки (расхода гэс)
Рассматривается приближенный расчет, поэтому наличием холостого сброса в виде быстротока пренебрегается. Рассматривается переходный процесс (от одного стационарного режима к другому), начинающийся при равномерном движении водного потока, которое соответствует режиму Q0=0,8(QГЭС)max и характеризуется нормальной глубиной h0. Таким образом, рассматривается один из частных случаев изменения расхода в сечении О–О.
При внезапном уменьшении расхода от Q0=0,8(QГЭС)max =152м3/с до Q0'=0,4(QГЭС)max = 76 м3/с их разность ΔQ=Q0–Q0' = 76 м3/с идет на пополнение деривационного канала. Первоначально возникшее в сечении О–О возмущение распространяется от напорного бассейна до водохранилища (сечения L–L) с некоторой скоростью, так называемой обратной положительной волны перемещения.
Увеличение уровня свободной поверхности в напорном бассейне в сечении О–О начинается (в рассматриваемом случае) от отметки 0, соответствующей равномерному движению в канале, и продолжает увеличиваться в течение промежутка времени, за который обратная положительная волна при перемещении достигнет водохранилища в сечении L–L, отразится и в виде прямой положительной волны достигнет вновь сечения O–O, то есть напорного бассейна. Этому моменту и отвечает максимальная отметка (0)max уровня воды в напорном бассейне. Скорость распространения обратной и прямой волн перемещения одинаковая.
Расчет ведется по двум створам: O–O (створ ГЭС) и L –L (головное сечение деривационного канала). Отметка (0)max рассчитывается по следующей зависимости:
(0)max=0''+(0''–0–ζ0), м Б.С. [2.1]
где (0)max– искомая наибольшая отметка в створе О–О (створе ГЭС);
0'' – отметка горизонта воды в створе О–О в тот момент времени, когда возникшая у ГЭС волна добежит до створа L–L (пройдет всю длину канала от ГЭС до головы);
0=Пор – отметка горизонта воды в створе О–О в начальный момент времени, то есть тогда, когда происходит внезапное изменение расхода ГЭС (сброс нагрузки).
0=Пор +i0∙Lд+ ζL, м Б.С., [2.2]
ζ0 – высота волны в створе О–О в начальный расчетный момент, то есть в момент внезапного изменения расхода.
0 считается заданной, а 0'', (0)max, ζ0 и ζL (высота волны в сечении L–L в момент достижения его обратной положительной волны, то есть в момент добегания этой волны) должны вычисляться.
Необходимо вычислить высоту волны ζ0 и скорость ее распространения C0 для створа О–О в момент возникновения этой волны (в момент уменьшения расхода). Для этого решается совместно два уравнения (2.3) и (2.4) вида
ΔQ=Q0–Q0'=C0∙B0'∙ζ0, м3/с, [2.3]
, м/с, [2.4]
где ω0 – площадь поперечного сечения русла деривационного канала в начальный момент времени, определяется по формуле
ω0=(b+m∙h0)∙h0 = (30+2×2,27)2,27 = 105,6 м2, [2.5]
где b – ширина деривационного канала по низу, b=bд=42 м);
m – коэффициент заложения откосов деривационного канала, m=mд=2);
h0 – глубина потока в головном сечении деривационного канала (L–L), h0=hн=2,27 м;
B0' – ширина деривационного канала в сечении О–О по верху при глубине наполнения, равной м,
, м; [2.6]
V0 – скорость установившегося движения потока при расходе в канале, равном Q0, то есть до начала переходного процесса,
, м/с. [2.7]
Решение проведем графоаналитически, задавшись для этого рядом значений высоты волны ζ0 и вычислив C0 по формуле [2.4]. Затем подставив полученное значение C0 в формулу [2.3], вычисляется ΔQ и строится график зависимости ΔQ=f(ζ0), из которого находится искомое значение высоты волны , соответствующее величине ΔQ=Q0–Q0'=190-76 = 76м3/с (график 2.1).
Расчет сведен в таблицу 2.1.
V0 = 176/105,6 = 1,7 м/с.
Таблица 2.1 – Определение высоты волны ζ0 в створе О–О
ζ0 |
Bo |
Co |
ΔQ |
0,1 |
51,3 |
3,0 |
15,4 |
0,2 |
51,5 |
3,1 |
32,0 |
0,3 |
51,7 |
3,2 |
50,2 |
0,4 |
51,9 |
3,3 |
68,5 |
0,5 |
51,1 |
3,5 |
89,4 |
=0,44 м.
В'0 = 42 + 2×2(2,27 + 0,44/2) = 52 м.
С0исх = √9,81×105,6/52(1+3×52/2×105,6 ×0,44) – 1,7 = 3,4 м/с.
Далее вычисляется значение высоты волны ζL для створа L–L, то есть высота, которую волна приобретает, добегая до головного створа L–L.
Задавшись произвольными значениями ζL в пределах 1 м, последовательно находим:
а) площадь поперечного сечения волны в створе О–О Ω0 по формуле
, м2, [2.8]
где B0 – ширина канала по верху в створе О–О,
B0=b+2m∙h0 = 42+2×2×2,27 = 51 м; [2.9]
ΔH – общее падение свободной поверхности канала до возникновения волны, то есть разность отметок свободной поверхности у головы канала и у ГЭС в начальный момент времени,
ΔH=i0∙Lд0,00025×3000 = 0,75 м. [2.10]
б) площадь поперечного сечения волны в створе L–L ΩL по формуле
ΩL=(BL+m∙ζL)∙ζL, м2, [2.11]
где BL=B0.
в) объем призмы наполнения в канале, рассчитывающийся по зависимости
, м3/с. [2.12]
г) скорость волны в створе L–L, которая вычисляется параллельно по двум формулам
, м/c, [2.13]
, м/с, [2.14]
где ωL=ω0, vL=v0, а BL' определяется по формуле
, м. [2.15]
Далее строятся графики зависимостей и. Точка их пересечения и является искомым значением высоты волны ζL.
B0=42+2∙2∙2,27=51 м.
ΔH=0,00025∙3000=0,75м.
BL=B0=51 м.
VL=V0=1,7 м/с.
=0, 125м.
Определяем отметку 0'' по формуле
, м Б.С. [2.16]
0''=277,25 +0,75+0,125 = 278,125 м Б.С.
Тогда (0)max=2∙0''–0–ζ0=2∙278,125–277,25–0,44 = 278,56 м Б.С.