Физические аспекты аварии на СШ ГЭС

[nikvic]

Из Ваших слов это было неясно. Как я понял, dvb пока хочет понять, как функционирует турбина в штатном режиме. Т.е. скорости/давления между НА и турбиной и в начале всасывающей трубы.

[Munin]

nikvic в сообщении #796183 писал(а):

Из Ваших слов это было неясно.

Это было ясно из цитаты, на которую я отвечал. Это и называется "следить за нитью разговора".

[nikvic]

dvb в сообщении #795893 писал(а):

Я стремлюсь к выводу о том тот, что давление в "улитке" существенно выше давлений под турбиной и сильно зависит от мощности. Вот его-то фактическую величину я и не смог выдавить из гидротехнической общественности.

У водовода - большой диаметр и скорость там мала. То же относится и к улитке (переменной сечение и поток).
Потери невелики, так что давление "метров на 10" меньше "давления 214м". Ну и скорость - около 10м/с. При продвижении воды в сторону "окна" высотой метр двадцать и прохождении колонн НА скорость увеличивается до сорока с гаком м/с с соответствующим уменьшением давления.

[Munin]

nikvic в сообщении #796194 писал(а):

У водовода - большой диаметр и скорость там мала.

Пока снизу его что-то затыкает.

[nikvic]

Эйлер начинал с колеса Сегнера -

Вода с некоторым давлением и малой скоростью подаётся в середину "вертушки"...

Вот не знаю, как следует отредактировать вариант задачки с вопросом - каков максимальный КПД устройства типа колеса Сегнера?

[dvb]

nikvic в сообщении #795925 писал(а):

Давайте сразу смотреть с плеч гигантов - скачайте, например, Г.И .Кривченко

Пытаюсь взобраться на эти плечи. Очень много воды в разных деталях, но сами детали интересны.
Наконец-то нашел чертеж турбины СШ ГЭС с терминологическими обозначениями и размерами.
Пока вот что:
1.040 м - высота пера НА
7.860 м - диаметр кольца по осям перьев НА
6,5 м - диаметр обода турбины
20.42 м2 - cечение потока при входе в турбину
33.18 м2 cечение потока на выходе турбины
Разность сечений, поскольку вода несжимаема и в турбине не накапливается, показывет, что скорость ее на входе уже больше, чем на выходе. Плюс к этому, прежде, чем выйти, некоторый условный объем делает в турбине несколько оборотов, то есть, его скорость, а значит и ее квадрат - кинетическая энергия - существенно больше, чем на входе. Поскольку процесс стационарный, вся эта энергия остается в турбине, когда наш объем из нее выскочит - больше ей деться некуда. Выглядит это объяснение наивно, но, во всяком случае становится понятно, каким образом в турбине вся потенциальная энергия перерабатывается в кинетическую.

-- 06.12.2013, 00:55 --

Munin в сообщении #796137 писал(а):

Здесь что-то не то с гидростатикой. Чтобы вода не ускорялась, давление должно расти

Берем некоторый объем воды. Он двигается в трубе с постоянной скоростью, на него действует постояннвя сила тяжести, но он не ускоряется. Значит что-то уравновешивает эту силу. Разумеется, разность давлений сверху и снизу.
Я был неправ.
Я был бы прав только в горизонтальной трубе.
Тем не менее, поле скоростей в системе стационарное.

[Munin]

dvb в сообщении #796686 писал(а):

Тем не менее, поле скоростей в системе стационарное.

На момент катастрофы? Что вы называете "стационарным"? На каких масштабах времени?

[dvb]

Munin в сообщении #796790 писал(а):

На момент катастрофы? Что вы называете "стационарным"? На каких масштабах времени?

При нормальной работе. Стационарным, значит в любом выбранном сечении не зависит от времени.
Таким образом, давление при входе потока в улитку порядка 20 атм.
Для запуска механизма аварии что-то должно произойти. Один из вариантов - выход из строя сервопривода одной лопатки НА, при этом она получила возможность свободно вращаться и стала по потоку. Могла колебаться, но не сильно. Если НА был почти полностью открыт - это, на первый взгляд, не страшно.

[Munin]

dvb в сообщении #796805 писал(а):

При нормальной работе.

Хорошо. Но тут как раз рассматривался вопрос, а каким способом эта нормальная работа обеспечивается и регулируется. Вы этим пренебрегаете, или смотрите более точно?

[nikvic]

dvb в сообщении #796686 писал(а):

20.42 м2 - cечение потока при входе в турбину
33.18 м2 cечение потока на выходе турбины
Разность сечений, поскольку вода несжимаема и в турбине не накапливается, показывет, что скорость ее на входе уже больше, чем на выходе. Плюс к этому, прежде, чем выйти, некоторый условный объем делает в турбине несколько оборотов, то есть, его скорость, а значит и ее квадрат - кинетическая энергия - существенно больше, чем на входе.

Ну, насчёт оборотов - едва ли: лопасти имеют небольшую высоту.
Возьмём режим с макс. КПД из Брызгалова (саму таблицу приводил) -
212,74м - напор
650,5Мвт - мощность турбины
2,98% - потери до и после турбины
95,80% - КПД турбины
325,4 м3/с - расход.
Этот расход определяет среднюю радиальную скорость вхождения воды в "окно" турбины площадью 21м2 - 15.3м/с.

На синхронной частоте угловая скорость турбины - 14.96 рад./сек.
Поделив на неё мощность турбины, получим момент - 43.48 МНм.
По Эйлеру, этот момент равен убыли момента потока импульса. Если выходящий поток закручен слабо, то появляется оценка для тангенциальной скорости: 41.1м/с.

А теперь "неожиданность". Входные кромки лопастей турбины имеют скорость около 50м/с. "Около" - т.к. не вполне ясен радиус. У Брызгалова - ""рабочее колесо диаметром 6,77 м.
В всяком случае, лопасть "догоняет" быстро летящую воду

Две скорости воды можно просуммировать и получит, что динамический напор при входе в колесо - аж 95м водяного столба, так что на давление остаётся (с учётом потерь) 10-11ати. И это давление нужно "стравить", заставив его отдать потенц. энергию.

Это происходит за счёт уменьшения радиусов входа на кромки и выхода. В модели Эйлера используется работа против центробежной силы...

[dvb]

Munin в сообщении #796817 писал(а):

Вы этим пренебрегаете, или смотрите более точно?

Не пренебрегаю. Но сведения о том, что именно происходило до аварии отрывочны и из третьих рук. Насколько я выяснил, перед аварией агрегат находился в режиме регулирования мощности. Озвучивались версии, что его пытались штатно остановить, да не могли, но я в это не верю.
Более или менее достоверно, что

a) вплоть до момента аварии обороты турбины были номинальными -142.8 об/мин
б) агрегат выводили на пониженную мощность с 600МВт на 475МВт.

Насколько я понимаю, это означает, что лопатки НА шли на закрытие - другого способа снизить мощность агрегата, не меняя оборотов, я не придумал. А обороты меняться не могут - при разбежке частот генераторов в сети начнутся биения и развалится вся система регулирования потоков от разных источников.
Есть там у меня еще электротехнические непонятки - подумаю.

nikvic в сообщении #796852 писал(а):

Во всяком случае, лопасть "догоняет" быстро летящую воду

Довольно странная аллегория. Кое-как я еще могу вообразить догоняющую лопасть воду, но вообразить лопасть, обгоняющую воду перед ней, совершенно не в состоянии. Тангенциальные скорости воды и лопастей на любом радиусе турбины безусловно совпадают. Но помимо этого, вода еще имеет и радиальную и вертикальную компоненты скорости, разную в разных сечениях. Во вращающейся системе покоя турбины вода имеет вертикальную циркуляцию вокруг лопастей, и есть там какая-то теорема про эти циркуляции, но я уже ни черта не помню...

Никак не могу выяснить ширину обода турбины.

[TvGER]

dvb в сообщении #797119 писал(а):

Никак не могу выяснить ширину обода турбины.

Ширина обода вам для каких целей ?
Высота лопаток НА 1.040 м
Высота входной (рабочей) грани турбины такая же

[nikvic]

dvb в сообщении #797119 писал(а):

Тангенциальные скорости воды и лопастей на любом радиусе турбины безусловно совпадают.

Это верно для лопастей, расположенных "по радиусу". Однако их кромки наклонены "вперёд" - в сторону скорости этих кромок.

[dvb]

nikvic в сообщении #797236 писал(а):

Это верно для лопастей, расположенных "по радиусу".

Я говорю о тангенциальной проекции скорости. Воду порвать нельзя, сжать тоже, от лопасти она не отрывается, сквозь нее не течет. Эначит эти проекции равны.

Улитка СШГЭС на момент строительства. Внутри хорошо видны колонны статора.

Колесо - вид сбоку

Колесо - вид снизу. Теперь мне, наконец понятно, как это происходит. Перейдем во вращающуюся систему колеса. В этой системе вода может двигаться только вдоль лопасти. Она движется несколько наискось и вниз, а в финале срывается с лопасти, имея вертикальную скорость (все ту же, что и в подводящей трубе) и тангенциальную скорость против часовой стрелки. Но сама эта система вращается по часовой срелке, поэтому в нашей системе вода горизонтальной скорости не имеет. Это, разумеется, в идеале - все зависит от геометрии лопастей и положения лопаток НА. И именно об этом толковал нам здесь кто-то из мэтров.

Ну, а это, как вы понимаете, то самое... У меня лично впечатление, что ротор тоже взлетел, хотя, быть может, это верхняя крышка в водяной шубе.

[Munin]

dvb в сообщении #797259 писал(а):

Воду порвать нельзя

Как раз можно.