7.2 Напорные характеристики гэс

Если у плотины ГЭС поддерживается постоянный уро­вень воды, то потери напора во всех сооружениях до вхо­да воды в турбинную камеру зависят от величины прохо­дящего через них расхода. В графической форме эта за­висимость представлена на рис. 10 (кривая 1). Как вид­но из графика, здесь величины потерянного напора, соот­ветствующие различным значениям расхода воды, отло­жены вниз от горизонтальной прямой, проведенной на от­метке уровня воды у плотины ГЭС. На этом же графике построена кривая зависимости уровня воды в нижнем бьефе ГЭС от величины расхода воды (кривая 2). Тогда расстояние, измеренное по вертикали между соответ­ственными точками верхней и нижней кривых, дает вели­чину напора, с которым работает ГЭС при заданной от­метке уровня воды у плотины и при различных величина расхода воды, проходящего через турбины. После этого на отдельном графике можно построить кривую зависи­мости напора ГЭС от величины расхода воды, проходяще­го через турбины. Такая кривая называется напорной ха­рактеристикой ГЭС. Форма напорной характеристики мо­жет быть различной. На рис. 11 показан примерный вид напорной характеристики для низконапорной плотинной ГЭС.

В этом случае вели­чина потерянного напора за­висит главным образом от ко­лебаний уровня воды в ниж­нем бьефе ГЭС. Кривая обра­щена выпуклостью вниз. Для высоконапорных деривацион­ных ГЭС потери напора воз­никают главным образом в сооружениях — туннелях, ка­налах или трубопроводах. Колебания уровня воды в ниж­нем бьефе ГЭС при высоких напорах не имеют большого значения. Напорная характеристика высоконапорной ГЭС для смешанной плотинно-деривационной схемы построена на рис. 12. Здесь кривая обращена выпуклостью вверх. Построенные напорные характеристики относятся к од­ному определенному положению уровня воды в верхнем бьефе ГЭС. Если ГЭС работает с регулированием, то уровень воды в водохранилище не остается постоянным. В этом случае каждому положению уровня воды в водо­хранилище должна соответствовать своя особая напорная характеристика. Для получения напорных характеристик при различных положениях уровня воды в водохранили­ще ГЭС необходимо построить только одну напорную характеристику для произвольно выбранного положе­ния уровня воды в верхнем бьефе и затем просто пере­двигать ее вверх или вниз, не изменяя ее формы. На рис. 11 и 12 построены напорные характеристики ГЭС, при наиболее высоком положении уровня воды в водохра­нилище НПГ и наиболее низком — ГМО. Они указывают самую большую и самую малую величину, которую мо­жет иметь напор при различных расходах воды, проходя­щих через турбины ГЭС.

Если на той реке, на которой построена ГЭС, в зим­нее время образуется ледяной покров, то для этой ГЭС кривые зависимости уровня воды от величины расхода в нижнем бьефе неодинаковы для зимы и для лета. Сле­довательно, и напорные характеристики таких ГЭС также будут различными для периодов, когда русло реки покры­то льдом и когда оно открыто. Точно так же ГЭС имеет несколько семейств напорных характеристик в тех слу­чаях, когда в ее нижнем бьефе сказывается влияние подпора.

Несколько более сложный вид имеют напорные харак­теристики тех ГЭС, у которых вода к каждой турбине под­водится отдельным трубопроводом, причем эти трубопроводы не соединены в нижней части общим коллектором. Графическая зависимость величины потерь напора от расхода воды для этого случая построена на рис. 13. Здесь мы имеем не одну кривую, а столько, сколько агре­гатов установлено на ГЭС. Если при одной и той же ве­личине расхода воды одновременно работает не один аг­регат, а несколько, то потери напора уменьшаются, так как скорость воды в каждом из трубопроводов становится меньше. Резкое уменьшение потерь напора происходит в момент включения каждого дополнительного агрегата. В результате кривая зависимости потерь напора от вели­чины расхода воды получает сложную зубчатую форму, показанную на рис. 14 сплошной линией. Если учитывать только потери напора, то всегда была бы выгодной парал­лельная работа всех агрегатов ГЭС. Однако при малых нагрузках, приходящихся на каждый агрегат, к. п. д. турбин очень сильно уменьшается и оказывается более выгодным отключение части агрегатов для того, чтобы увеличить нагрузку других, так как при этом увеличи­вается общий к. п. д. ГЭС.

Все то, что сказано в данной лекции, относится к тем случаям, когда движение воды в бьефах и в сооружениях ГЭС является установившимся, т. е. когда величина рас­хода воды или не изменяется в течение некоторого про­межутка времени, или изменяется достаточно медленно. При быстрых изменениях величины расхода воды, как, например, при суточном регулировании в бьефах и соору­жениях ГЭС,- наблюдается неустановившийся режим движения воды, для расчетов которого применяются специальные гидравлические методы.