2-4. ДЛИНА ВАЛЬЦА НАД СТРУЕЙ, ПОСТУПАЮЩЕЙ ИЗ ОТСАСЫВАЮЩЕЙ ТРУБЫ
Рис. 2-9. Линии токов (4).
а — за диском; б — за плохо обтекаемым током; в — в отводящем русле модели русловой ГЭС (опыты ЛПИ).
Длину вальца Lв над струей воды, поступающей из отсасывающей трубы (длина участка расширения струи в вертикальной плоскости), требуется знать для расчета перепада восстановления и определения протяженности раздельной стенки в нижнем бьефе между зданием ГЭС и глухой плотиной.
Длину вальца можно рассчитать по формулам, полученным из теории турбулентных струй, поскольку между течением при поступлении воды из отсасывающей трубы и турбулентной струей в ограниченном пространстве за плохо обтекаемым телом имеется аналогия (рис. 2-9).
Рис. 2-10. Расчетная схема к выводу формулы длины вальца над струей, поступающей из отсасывающей трубы.
Схематизируя картину течения в нижнем бьефе (рис. 2-10), принимаем поток плоскопараллельным, а свободную поверхность воды — горизонтальной, без учета перепада восстановления. Различаются границы:
01 — внешняя граница
турбулентного пограничного слоя; 02 — внутренняя граница 0'5 — граница пограничного слоя придонной области. В границах 03 — 02 заключен валец, в границах 01 — 0'5 — невозмущенный поток. Линия 03N — граница постоянной массы транзитного потока. Линии токов выше 03N являются замкнутыми кривыми, образующими циркуляционную зону.
Поля скоростей в поперечных сечениях состоят из участков постоянной продольной скорости (u1>0, u2<0), переходных участков и придонного участка. Линия 04 является линией нулевых продольных скоростей. Линия рр, параллельная оси х, отстоящая от нее на расстоянии khm, где k — величина, меньшая единицы, проведена через точку пересечения граничной линии 0'5 с сечением ММ'. Между рр и 01 — область невозмущенного потока.
Циркуляционная зона по длине может быть разбита на два участка. На первом участке тт'—ММ' пограничный слой постепенно утолщается и в сечении ММ' окончания первого участка толщина его достигает максимума. В этом сечении достигает максимума расход циркулирующей жидкости и скорость обратного тока. Изменением статического давления на участке тт'—ММ' пренебрегаем. Второй участок циркуляционной зоны 3NM характерен уменьшением ширины пограничного слоя.
В теории турбулентных струй рассматривается случай поступления жидкости в ограниченное пространство в направлении, параллельном стенкам канала. При отождествлении течений в нижнем бьефе турбинного блока и в канале за плохо обтекаемым телом необходимо учитывать влияние на длину циркуляционной зоны наклона потолка отсасывающей трубы, поскольку чем больше наклон к горизонту потолка отсасывающей трубы, тем меньше величина Lв, что следует и из полученного решения и из экспериментальных данных, позволивших его проверить.
Учет влияния наклона струи к горизонту имеет значение для определения длины первого участка циркуляционной зоны. Для второго участка учет наклона струи не оказывает влияния на расчетную схему; при менительно к нижнему бьефу турбинного блока полностью используется существующее решение для турбулентной струи с некоторыми дополнениями и изменениями.
Длину первого участка циркуляционной зоны (абсцисса сечения ММ') можно определить из нескольких условий (4), приводящих к одному и тому же результату. Используем предположение о равенстве средних значений скоростей прямого и обратного токов циркуляционной зоны в сечении ММ', из которого следует условие равенства площадей живых сечений прямого и обратного токов:
Длина вальца в нижнем бьефе турбинных блоков по опытам на моделях и по расчету
Рис. 2-16. Относительная длина вальца над струей, поступающей из отсасывающей трубы, в зависимости от расчетного угла.
1— график, полученный аналитически; 2 — график, рекомендуемый для расчета.
Таблица 2-1
5 — С.М. Слисский и Г.В. Симаков; 6,7 — Ю. П. Правдивец и Р. Пекус. ственным измерением.
Проверка решения проведена по данным длины вальца, полученным на моделях турбинных блоков различных ГЭС (табл. 1-2). В тех случаях, когда данные непосредственных измерений длины вальца отсутствуют, использованы зарисовки течения ,в нижнем бьефе.
Сравнивая данные опытов и расчета, можно утверждать, что точность расчета близка к точности измерения длины вальца на модели.
Для модели Каневской ГЭС расчет дает уменьшенную длину вальца. Однако в данном случае отверстия отсасывающей трубы круглые, что приводит к существенному отличию расчетной схемы от действительности.
Следовательно, по графику на рис. 2-16 может быть рассчитана длина вальца над струей при истечении из-под затвора.
