Гидравлика зданий ГЭС - Сопоставление результатов расчета эжекции

8-4. РАСЧЕТ ЭЖЕКЦИИ В ОТСАСЫВАЮЩУЮ ТРУБУ

Эффект эжекции в отсасывающую трубу складывается из двух составляющих:
из приращения мощности за счет снижения давления напод рабочим колесом, обусловленного процессом, происходящим внутри отсасывающей трубы (внутренний процесс эжекции);
из приращения мощности за счет увеличения наперепада восстановления в нижнем бьефе при поступлении из отверстия отсасывающей трубы расхода, увеличившегося при эжекции (внешний процесс эжекции). В соответствии с этим различаем внутреннюю и внешнюю составляющие эффекта эжекции.
Способа расчета эжекции в отсасывающую трубу, который можно было бы рекомендовать для практического использования, пока нет. Как это показано в § 3-1, экспериментальные данные об эффекте эжекции в отсасывающую трубу разноречивы. По одним данным при сбросе воды в колено отсасывающей трубы имеет место снижение мощности, по другим (в том числе по данным натурных исследований на Шильской ГЭС) — мощность увеличивается. Незначительное увеличение мощности турбины или его отсутствие наблюдается при использовании отсасывающей трубы для пропуска больших расходов в паводок.
Неясность в результаты исследований вносит неучет увеличения перепада восстановления (внешней составляющей эффекта эжекции). Если измерять напор турбины при эжектирования и без него, то за счет разности перепадов восстановления имеем (рис. 8-7):(8-13)

Исходя из предположения, что при взаимодействии в отсасывающей трубе эжектирующего и эжектируемого потоков давление под рабочим колесом остается неизменным, т. е. что равна нулю внутренняя составляющая эффекта эжекции, при том же расходе турбины получаем снижение давления под рабочим колесом на(рис. 8-7), определяющееся как внешняя составляющая эффекта эжекции.
Если имеет место снижение давления под рабочим колесом за счет внутренней составляющей эффекта эжекции, то в сумме получаем:
(8-14)
Предполагая, чтосводим расчет эжекции к определению
внешней составляющей эффекта эжекции, что может быть сделано по формулам перепада восстановления (2-16), (2-17), в которые при эжектирования следует вводить величину А0, вычисленную по

8-5. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА ЭЖЕКЦИИ С ОПЫТАМИ

Проверка результатов расчета эжекции в нижний бьеф производилась неоднократно. Во всех случаях имело место хорошее совпадение с опытными данными. Более того, неоднократно удавалось расчетом выявить ошибку, допущенную при лабораторных исследованиях.
Точность расчета эффекта эжекции понижается с увеличением пространственности нижнего бьефа и затоплением струи на уступе. В первом случае затруднения возникают в связи с оценкой глубин и коэффициентов количества движения в граничных сечениях, во втором — в связи в отсутствием способа определения глубин транзитной струи и вальца в сечении уступа.
Результаты расчета эжекции были опубликованы нами ранее [239, 243 и др.], что позволяет не уделять много места доказательству приемлемости полученных формул. Ограничимся наиболее интересными примерами.
На рис. 8-8,а представлены опытные данные и расчетная кривая зависимости пьезометрического эффекта эжекции от уровня воды в нижнем бьефе. Опыты проводились автором на модели Камской водосливной ГЭС, выполненной в весьма малом масштабе (1 : 156).
Параметры блока в натуре даны ниже, в примере¹. Обращаем внимание, что в данном случае при вычислении А по формуле (6-52) первый член в скобках должен быть удвоен, в последнем члене QB — равен суммарному расходу через оба водослива. Значение глубины при первом критическом режиме вычислено по формуле (6-63).
На рис. 8-8,б расчетные кривые hэж = f (НБ) даны также для турбинного блока Камской водосливной ГЭС с параметрами, указанными ниже в примере. Опытные данные получены на моделях, выполненных в различных масштабах: 1 : 156 (модель из трех блоков), 1:52 (обе модели без турбины, опыты автора, МЭИ) и 1:20 (модель с турбиной, опыты X. Ш. Мустафина, ВНИИГ)². Для модели в масштабе 1 : 20 использованы опытные данные при QB=675 м²/сек, для модели в масштабе 1:156 — при QB=740 м²/сек. Данные рис. 8-8 интересны тем, что они подтверждают возможность вести исследования эжекции на моделях без турбины. Разумеется, на мелкомасштабной модели получено большее рассеивание экспериментальных точек.

Проверка предложенных расчетных зависимостей проводилась по данным, полученным в натуре на Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС. Расчеты дали вполне удовлетворительные результаты [36, 243], в чем можно убедиться по рис. 1-39.

¹   Ширина водосливного отверстия и отверстия отсасывающей трубы (приведенная к натуре) b=12,0 м; в примере b=12,35 м.

²   На моделях в масштабе 1:156, 1:20 ширина отверстия водослива отвечает

Правильность предложенного способа расчета эффекта эжекции на ГЭС с напорными водосбросами подтверждается В. С. Серковым (223], который произвел сопоставление опытных и расчетных данных для Уч-Курганской и Дубоссарской гидроэлектростанций (рис. 8-8,в).


Рис. 8-7. Увеличение напора при эжекции в отсасывающую трубу, происходящее за счет внешней составляющей эффекта эжекции (при внутренней составляющей ΔH1= 0).

* В этой работе, а также в некоторых работах Η. М. Щапова [308] перепад восстановления назван «гидравлическим прыжком». Поскольку глубина в выходном сечении отсасывающей трубы больше критической глубины, образование прыжка при истечении из отсасывающей трубы невозможно.
длине обратное течение. Таким образом, неработающими могут быть агрегаты через один или некоторые отдельные агрегаты, расположенные между  в натуре b=12,0 м, в масштабе 1:52—b=12,35 м.