Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР ПРИ АВАРИЙНОМ ОТКЛЮЧЕНИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ОТ СЕТИ

Гидравлический удар в водопроводящем тракте ГАЭС, работающей в турбинном режиме, протекает так же, как и на ГЭС. Гидравлический удар в трубопроводах НС и ГАЭС, работающих в насосном режиме, имеет некоторые особенности по сравнению с ударом в турбинных трубопроводах. В качестве основных источников возмущения, вызывающих гидравлический удар в трубопроводах насосных агрегатов, можно выделить два: 1) изменение открытия затвора на напорном трубопроводе; 2) внезапное отключение питания насосного агрегата.

Весьма опасным является случай аварийного отключения двигателя насосного агрегата от сети. Вследствие инерции масс агрегата и жидкости в трубопроводе ротор продолжает вращаться, однако частота его вращения постепенно падает до нуля. Уменьшение подачи насоса вызывает отрицательный гидравлический удар, т. е. понижение давления. Волна удара перемещается к резервуару ВБ, от которого отражается с обратным знаком. Волна повышения давления движется от резервуара и насосу. Скорость течения воды в начальном сечении трубопровода падает до нуля. При этом закрывается обратный клапан, предотвращающий обратный ток воды из трубопровода. При отсутствии обратного клапана начинается обратное течение, и насос переходит в турбинный режим работы. Возможем разгон агрегата в турбинном режиме и появление разрывов сплошности потока в водоводах НС.

Важнейшее принципиальное значение для протекания гидравлического удара в НС имеет характер изменения частоты вращения насоса. Именно изменение частоты вращения и связанное с ним изменение расхода вызывают гидравлический удар в водоводах НС, в отличие от ГЭС, в которых гидравлический удар вызывается изменением открытия направляющего аппарата. Поэтому расчет гидравлического удара в трубопроводах НС возможен только по характеристикам насоса с учетом инерционных свойств агрегата. Если трубопровод НС снабжен управляемым затвором за насосами, то в расчетах гидравлического удара должен учитываться закон закрытия этого затвора. Расчет гидравлического удара в НС производится по полной четырехквадрантной характеристике насоса, а при наличии обратного клапана на трубопроводе — по одноквадрантной характеристике.

Рассмотрим случай, наиболее часто встречающийся в практике. Пусть насосный агрегат питает простой трубопровод и всасывающая труба коротка по сравнению с трубопроводом и ею можно пренебречь. Гидравлический процесс в водопроводящем тракте НС можно описать системой двух дифференциальных уравнений первого порядка в частных производных гиперболического типа (19-14) и (19-15)


Механический процесс описывается уравнением вращения ротора (20-2). При отключении питания двигателя Мя — 0 и уравнение (20-2) приобретает вид:

Характеристика насоса эквивалентна заданию двух уравнений Н = Н


Для расчета гидравлического удара трубопровод разделим на ряд участков длиной Ах, принимая для каждого из них Х= const. Для интегрирования уравнений гидравлического удара используются различные приближенные методы.


Из решения уравнений (19-14) и (19-15), записаны разностной форме, получим:

В уравнениях (20-10) и (20-11) подстрочный первый индекс харак-теризует сечение трубопровода, второй индекс — момент времени. Эти уравнения позволяют определить напор и расход в любой момент времени и в любой внутренней точке системы при известных Н и Q во всех внутренних точках системы в предыдущей момент времени (t — At).

В качестве начальных условий в расчетах гидравлического удара принимается установившийся режим работы НС, характеризуемый Н = const, Q = const, п = const. Следовательно, для момента времени, напор и скорость движения воды в каждой точке водовода не зависят от времени, а зависят только от расстояния до этой точки от начала водовода, т. е.


На границах участков необходимо вводить дополнительно уравнения граничных условий, характеризующие возмущение потока и условия отражения волн изменения давления.

Для сложного трубопровода задаются граничные условия для начального и конечного сечений, а также для мест установки затворов, противоударной арматуры, разветвлений или изменений диаметра трубопровода, отбора воды и т. п. Граничные условия в начальном сечении обычно описываются уравнениями (20-8) и (20-9), а при наличии затвора дополнительно его характеристикой. Граничные условия для конечного сечения трубопровода определяются видом присоединения водовода к напорному бассейну. Наиболее часто встречаются три вида присоединения: а) под уровень напорного бассейна; б) с помощью сифонного водовыпуска; в) присоединение к карману резервуара. Учитывается возможность опорожнения трубопровода а также раз-рыва сплошности потока.

Если насос питает сложный разветвленный трубопровод, то алгоритм расчета не изменится, лишь возрастет число расчетных участков.

Составлены и успешно используются программы расчета на ЭВМ гидравлического удара в сложных трубопроводах НС. Алгоритмы этих программ основаны на применении различных расчетных методов решений уравнений гидравлического удара. Повышение давления при гидравлическом ударе в трубопроводах НС может достигать [20-5] в отдельных случаях значения что приводит к значительной толщине стенки трубопровода.

Однако имеется возможность уменьшить гидравлический удар в трубопроводах НС. Наиболее простым способом борьбы с гидравлическим ударом является пропуск воды через насос. Однако при этом необходимо учитывать возможности разгона агрегата в турбинном режиме и появление разрывов сплошности потока в водоводах НС.


На рис. 20-7 показаны результаты расчета гидравлического удара в трубопроводе Шамхорской НС: при установке обратного клапана и при пропуске воды через насос. Как следует из рис. 20- 7, при пропуске воды через насос происходит резкое снижение гидрав-лического удара по всей длине трубопровода. Другим способом защиты водоводов от гидравлического удара является установка по его длине противоударной арматуры. К ней относятся: клапаны для впуска и защемления воздуха, предохранительные клапаны, обратные клапаны, устройство обводных линий, резервуары для впуска воды, водонапорные колонны, водовоздушные колпаки. Одним из эффективных способов борьбы является со-четание пропуска воды через насос с установкой в наиболее опасных местах водовода противовакуумной арматуры.

Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики