Основные частоты гидродинамических нагрузок в турбинном тракте

Гидродинамические нагрузки, возникающие в подводящем тракте зданий ГЭС, воздействуют на формирующие этот тракт и затворы гидротехнических сооружений. Основные параметры этих нагрузок (частоты и амплитуды) зависят от геометрии подводящего тракта, глубин и скоростей потока, жесткости образующих тракт конструкций и их динамических характеристик.

Эти нагрузки характеризуются сплошным спектром частот, и поэтому при выборе их расчетных значений необходимо иметь кривые спектральных плотностей, дающие распределение энергии пульсации потока по частотам и получаемые по данным лабораторных исследований.

Основными частотами гидродинамических нагрузок в турбинном тракте здания ГЭС являются: жгутовая, определяемая как оборотная, уменьшенная в k раз; оборотная, определяемая частотой вращения рабочего колеса гидротурбины; лопастная, определяемая как оборотная, умноженная на число лопастей рабочего колеса гидротурбины; лопаточная, определяемая как оборотная, умноженная на число лопаток направляющего аппарата.

Расчетные эпюры гидродинамического давления в турбинном тракте, соответствующие этим частотам для разных типов агрегатов, определяются по данным лабораторных исследований.

Гидродинамические нагрузки на ограждающие конструкции водосбросных трактов ГЭС зависят от тех же факторов, что и в подводящем тракте, и также имеют оплошной спектр частот.

Параметры гидродинамических нагрузок рассчитываются либо по приближенным эмпирическим формулам, либо по кривым спектральной плотности и корреляционным кривым, получаемым аналитически или экспериментальным путем.

Гидродинамические нагрузки, обусловленные турбулентностью потока в нижнем бьефе сооружений, определяются параметрами потока (глубина, скорость и др.), режимом работы водосбросных сооружений, конструктивными особенностями нижнего бьефа (водобойный колодец, система гашения энергии) и упругостью основания.

Натурные исследования показывают, что в различных элементах проточного и турбинного трактов двойная амплитуда колебаний давления может превышать статический напор. Так, в периферийном сечении лопасти гидроагрегата № 13 Волжской ГЭС имени В. И. Ленина перепад давления составил 109% статического напора. В колене отсасывающей трубы интенсивность пульсации в установившихся режимах составляет 10% напора.

Однако в переходных режимах (при сбросах нагрузки) интенсивность давления может достигать 60-80% напора, что важно учитывать при расчете конструктивных элементов отсасывающей трубы, где статические расчетные давления невелики. Исследования на одной из насосных станций канала Днепр - Кривой Рог показали, что в проточном тракте пульсация давления может достигать 100-110% напора при изменении частот от нуля до номинальных, т. е. резонансный спектр оказывается достаточно широким, что необходимо учитывать при расчете собственных колебаний конструкций.