СЛИССКИЙ СЕРГЕИ МИТРОФАНОВИЧ
Гидравлика зданий гидроэлектростанций
«ЭНЕРГИЯ»
МОСКВА 1970
В книге излагаются методы гидравлических расчетов как общие для водосбросных плотин и зданий ГЭС, так и отдельные, специфические для зданий ГЭС. Эти расчеты предназначены для нахождения решений, повышающих энергетические качества гидроэлектростанций как совмещенного, так и несовмещенного типа. Помимо оригинальных методов расчета, разработанных автором, в книге проанализирован ряд известных решений, что позволило выявить наиболее достоверные из них и рекомендовать их в проектной практике.
Изложение ряда способов расчета сопровождается примерами, которые делают книгу доступной для использования в проектных организациях и в учебных заведениях при курсовом и дипломном проектировании. Книга представляет интерес также и для работников научно-исследовательских организаций.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Для повышения эффективности гидроэлектрических станций, существенное значение имеют применение рациональных компоновок зданий ГЭС и придание элементам проточной части оптимальных очертаний и размеров. В связи с этим для обоснования гидравлической части сравниваемых вариантов зданий ГЭС и принимаемых решений требуется проведение соответствующих расчетов и лабораторных исследований.
При проектировании зданий ГЭС обычных распространенных типов решения принимаются в большинстве случаев по аналогии с уже осуществленными сооружениями, в связи с чем гидравлические расчеты сводятся к минимуму, хотя, как это показывает рассмотрение с современных позиций осуществленных решений, гидравлические качества сооружений можно было бы улучшить путем проведения надлежащих расчетов.
Проектирование ГЭС совмещенного типа потребовало разрешения ряда новых гидравлических задач, ответы на которые первоначально не могли быть найдены расчетным путем. Поэтому для проверки и обоснования проектных решений стали широко применяться лабораторные исследования турбинных блоков [ВНИИГ, НИС Гидропроекта, ВНИИгидромаш (б. ВИГМ), ВОДГЕО, МЭИ, ЛИИ, МИСИ, МГМИ (б. МИИВХ), БПИ]1.
Ныне подобные исследования являются неотъемлемой частью комплекса работ при проектировании как совмещенных, так и несовмещенных зданий ГЭС и проводятся во многих научно-исследовательских и учебных институтах.
В результате лабораторных исследований и натурных испытаний рядом авторов были разработаны новые способы и методика гидравлических расчетов, использующихся при проектировании зданий ГЭС.
Академик А. Н. Крылов, говоря о стоимости вычислительной работы при проектировании кораблей, указывает, что «по сравнению со стоимостью экспериментов, даже на модели она (т. е. вычислительная работа; С. С.) будет ничтожно мала»2. Такое положение имеет место и при проектировании зданий ГЭС, так как их лабораторные исследования весьма трудоемки. Поэтому задачей совершенствования гидравлических расчетов являет ся доведение их до такого состояния, которое дает возможность уже на предварительных стадиях проектирования зданий ГЭС находить решения, приближающиеся к оптимальным и сводящие последующие лабораторные исследования к минимуму или исключающие их. Уверенность в достоверности расчетов должна быть не меньшая, чем при расчете пропускной способности водосливов, сопряженных глубин, или, например, при расчете на прочность ряда элементов конструкций.
Гидравлика пока далека от такого состояния. Особенно далеки от совершенства способы расчета глубины размыва, аэрации потока, прогноза процесса кавитации. Но следует иметь в виду, что методы расчета, имеющие в своей основе даже несовершенную теорию, но использующие в конечном счете экспериментальные поправки, дают, в конце концов, приемлемые для практики результаты расчета, что позволяет рекомендовать применение таких способов расчета в практике проектирования. Ряд решений, имеющих в своей основе достаточно строгие теоретические предпосылки, может уже сейчас приниматься без лабораторной проверки или с минимальным использованием экспериментов.
То, что в процессе проектирования зданий ГЭС при разрешении гидравлических задач расчетный путь применяется недостаточно, объясняется несколькими причинами. Многие решения не доведены до формы, позволяющей инженерам их использовать. В ряде случаев проектировщиков отпугивает сложность расчетов и отсутствие надлежащей их методики. Часть решений, имеющаяся в периодической литературе, ведомственных изданиях, диссертациях, отчетах по научно-исследовательским работам, выпадает из поля зрения проектировщиков. Ряд решений не подтвержден соответствующими экспериментами, в том числе натурными, что вызывает недоверие к расчетным данным. Некоторые решения дают разноречивые результаты. Наконец, имеется инертность во внедрении в проектирование новых методов расчета: отдается предпочтение лабораторным исследованиям или принятию решений по аналогам.
Назрела необходимость обобщения предложений по гидравлическим расчетам зданий ГЭС, обобщения рекомендаций, полученных при лабораторных исследованиях турбинных блоков, отбора и переработки способов расчета, разработанных для других гидротехнических сооружений, в том числе таких, как способ расчета глубины размыва за креплениями, расчета концевых устройств, прогноза кавитации и пр.
Имеющиеся многочисленные решения по некоторым вопросам автор рассматривал с позиции инженера-проектировщика, который должен из большого числа рекомендаций выбрать наиболее достоверные. Эта задача осложняется тем, что число работ по многим вопросам велико, а результаты расчета не всегда одинаковы и даже противоречивы.
1 Полные названия научно-исследовательских и учебных институтов приведены ниже.
2 А. Н. Крылов, О боковой качке корабля, Собрание трудов. т. XI, Изд-во АН СССР, 1951, стр. 363.
Поэтому большое внимание в настоящей работе уделяется сопоставлению способов расчета, их критике, что должно способствовать отбору наиболее удачных решений и дальнейшему их совершенствованию. Некоторые из рассматриваемых решений схематичны и приближенны. Однако потребность в способах расчета настолько велика, что даже эти приближенные и, порой, грубые способы расчета представляют практический интерес.
Не имея возможности остановиться на всех или даже на большей части имеющихся работ по тем или иным вопросам, автор рассмотрел или позднейшие работы, или те, которые уже нашли применение в практике проектирования. Наиболее сложные из них поясняются примерами.
Изложение гидравлики зданий ГЭС потребовало в ряде случаев рассмотрения конструктивных решений элементов сооружения, что по возможности сведено к минимуму. Уделяется внимание классификации зданий ГЭС, терминологии. Это необходимо для более четкого изложения основного материала и устранения имеющейся путаницы в нашей литературе. Например, некоторые авторы делят здания ГЭС на водосливные и совмещенные, в то время как водосливные ГЭС сами по себе являются совмещенными. Устаревшие или в принципе неприемлемые определения содержатся в терминологии гидротехники [267] и гидротурбин [268] АН СССР. Пересмотр и введение некоторых новых определений оказались неизбежными.
Часть главы 4 (§ 4-1, 4-6 и 4-9) написана совместно с инженером С. И. Егоршипым; § 4-8 — с инженером Д. Д. Сейфулла.
Автор признателен инженеру Э. И. Перцовой за помощь в работе над книгой и канд. техн. наук А. М. Прудовскому за его полезные советы, позволившие улучшить работу, а также заранее всем лицам, которые найдут возможность высказать критические замечания по работе и направить их в издательство «Энергия».
НАЗВАНИЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ПРОЕКТНЫХ И УЧЕБНЫХ ИНСТИТУТОВ, ВСТРЕЧАЮЩИХСЯ В КНИГЕ
БПИ — Белорусский политехнический институт.
ВНИИГ — Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники имени Б. Е. Веденеева.
ВНИИгидромаш — Всесоюзный научно-исследовательский, конструкторский и технологический институт гидромашиностроения (б. ВИГМ).
ВОДГЕО — Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии.
Гидропроект — Всесоюзный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт Гидропроект имени С. Я. Жука.
ЛИИ — Ленинградский политехнический институт имени М. И. Калинина.
МГМИ— Московский гидромелиоративный институт.
МИИВХ— Московский институт инженеров водного хозяйства (в настоящее время МГМИ).
МИСИ — Московский инженерно-строительный институт имени В. В. Куйбышева.
МЭИ — Московский энергетический институт.
НИИГ — Научно-исследовательский институт гидротехники (в настоящее время ВНИИГ).
НИС Гидропроекта — Научно-исследовательский сектор Гидропроекта.
ТНИСГЭИ — Тбилисский научно-исследовательский институт сооружений и гидроэнергетики имени А. В. Винтера.
