DYNAMIC LOAD ON CYLINDER SURGE TANKS OF DIVERSION HYDROELECTRIC POWER STATIONS UNDER SEISMIC IMPACT

Cover Page

Abstract


The necessity of construction of surge tanks for diversion hydroelectric power stations with pressure derivation is substantiated in the article. These tanks as a part of water-conveyance headrace are essential to protect a long pressure tunnel from pressure boost under hydraulic shock and in consequence from additional charges for tunnel walls underpinning. It is to be noted that diversion hydroelectric power stations are often erected in mountainous area and surge tanks are situated on the turning point of water-conveyance headrace. This position allows to lower surge tank and to keep construction costs down. The examples show that it is preferable to construct surge tanks on the surface of the earth. It is to be noted that these structures constructive elements are exposed to static water pressure and water dynamic load due to water fl ow control through aggregates under power consumption changes of hydroelectric power station . At the same time in mountainous area surge tanks can also be exposed to dynamic loads because of seismic impact. The article gives the solution for determination of impulse and convective components of hydrodynamic pressure at vertical walls of metal cylinder tank in the case of horizontal seismic impact. The proposed solution clarifi es well-known calculation methods and allows to perform an accurate design calculation of potential loads and to choose necessary geometric parameters that ensure tank reliability.


Full Text

В общем составе гидротехнических сооружений гидроэлектростанций (ГЭС) важная роль принадлежит водопроводящему тракту. Именно эти сооружения обеспечивают подвод необходимого объема воды к гидравлическим агрегатам и выработку электроэнергии в соответствии с режимом ее потребления. Наиболее сложный состав водопроводящего тракта предусматривается в ГЭС деривационного типа. Так, при напорной деривации вода от водохранилища к зданию гидроэлектростанции подводится по напорному тоннелю и напорному турбинному трубопроводу [1-4]. Для защиты протяженного напорного тоннеля от динамического воздействия при гидравлическом ударе, возникающем в турбинном трубопроводе, сооружается уравнительный резервуар. Он обычно размещается на переломе трассы водоводов. Это позволяет сократить общую высоту резервуара и затраты на его строительство. Чаще всего гидроэлектростанции деривационного типа с напорной деривацией строятся в горных районах. При этом могут применяться уравнительные резервуары различного типа и конструктивного исполнения. Для ГЭС средней и малой мощности наиболее предпочтительны уравнительные резервуары, размещаемые непосредственно на поверхности горного склона и изготавливаемые из металла или железобетона. В качестве примера может служить конструкция уравнительного резервуара Краснополянской ГЭС г. Сочи (рис. 1). На рисунке представлен общий вид станционного узла гидроэлектростанции. Здесь от помещения для затворов вода по двум турбинным трубопроводам, уложенным по крутому склону, подводится к агрегатному зданию, в котором размещены четыре гидроагрегата типа РО-115 мощностью по 7.3 МВт каждый [5]. Выше помещения для затворов на горном склоне размещен металлический уравнительный резервуар цилиндрического типа. В разрезе вид цилиндрического металлического уравнительного резервуар представлен на рис. 2 [1]. Верхняя часть этого сооружения должна быть выше отметки нормального подпорного уровня (НПУ) на величину подъема уровня воды в нем при сбросе полной нагрузки агрегатов ГЭС. Значительная высота уравнительных резервуаров цилиндрического типа является основным их недостатком. С целью уменьшения общей высоты, материалоемкости и затрат на возведение уравнительного резервуара рекомендуется использование резервуаров специального типа. Это - либо резервуары замкнутого типа со специальными управляющими Рис. 1. Станционный узел Краснополянской ГЭС деривационного типа [5] Рис. 2. Схема цилиндрического уравнительного резервуара деривационной ГЭС [1] Градостроительство и архитектура |2017 | Т. 7, № 1 66 ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО системами, разработанными, в том числе, с участием авторов [6], либо резервуары дифференциального типа. В последнем случае внутри цилиндра большого диаметра дополнительно размещается цилиндрический резервуар меньшего диаметра с верхней водосливной кромкой (рис. 3). Для обеспечения его устойчивости предусматриваются дополнительные опоры [1]. Важнейшим требованием, предъявляемым к строительной конструкции уравнительного резервуара деривационной ГЭС, является обеспечение высоких прочностных характеристик и надежности их работы [7-12]. Поэтому конструктивные элементы должны рассчитываться на статические и динамические нагрузки. Основные статические нагрузки воспринимает основание конструкции уравнительного резервуара от веса самой конструкции и веса воды, находящейся внутри резервуара. Величина статического давления воды на стенки резервуара возрастает с увеличением заглубления под уровень поверхности воды в резервуаре. Кроме этого на конструктивные элементы уравнительного резервуара воздействует динамическая нагрузка вследствие осуществления регулиро- Рис. 3. Схема уравнительного резервуара дифференциального типа [1] 67 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 1 Ю.Э. Сеницкий, М.И. Бальзанников, А.А. Михасек вания расхода воды через агрегаты. Направляющий аппарат гидравлических турбин при изменении потребляемой мощности ГЭС закрывается или открывается, что вызывает резкий подъем или снижение уровня воды в резервуаре. Особенно опасна ситуация при сбросе полной нагрузки всех гидроагрегатов. Эти нагрузки достаточно точно определяются по известным методам, хорошо себя зарекомендовавшим для практического использования и правильного подбора материала фундамента и стенок резервуара и их геометрических параметров [1, 2, 4]. Вместе с тем в горной местности уравнительные резервуары могут подвергаться еще и динамической нагрузке из-за сейсмического воздействия. В таких условиях важно знать величину динамического воздействия и учесть ее при расчете несущих конструктивных элементов резервуара. Именно динамические нагрузки редкой повторяемости и определяют надежность практически всех реализованных или проектируемых конструкций. Поэтому важной задачей современного проектирования сооружений является определение таких воздействий. Теоретическая часть Определение нагрузок при сейсмическом воздействии представляет собой важную задачу строительной механики. Если обозначить через φ (r, y, θ, t) потенциал скоростей идеальной жидкости, то краевая задача о ее изотермическом движении формулируется следующим образом: 1 1 0 2 2 2 2 2 2 2 2

About the authors

Yury E. SENITSKU

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

Mikhail I. BALZANNIKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Andrey A. MIKHASEK

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

  1. Щавелев Д.С., Васильев Ю.С., Претро Г.А. и др. Гидроэнергетические установки / под ред. Д.С. Щавелева. Л.: Энергоиздат, 1981. 520 с.
  2. Васильев Ю.С., Елистратов В.В. Гидроэнергетические установки. Изд-во Санкт-Петербургского гос. политехнического ун-та. СПб., 2011. 308 с.
  3. Елистратов В.В. Возобновляемая энергетика. СПб.: Наука, 2013. Изд. 2-е, доп. 308 с.
  4. Бальзанников М.И., Евдокимов С.В., Орлова А.А. Сооружения деривационной ГЭС. Выбор основных параметров и их расчет: учебное пособие. М.: Издательский дом МЭИ, 2007. 64 с.
  5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Краснополянская ГЭС (дата обращения: 26.02.2017).
  6. Бальзанников М.И. Управление давлением воды в деривационном напорном водоводе и уравнительном резервуаре гидроэлектростанции // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительство: сборник статей / СГАСУ. Самара, 2015. С. 192-195.
  7. Бальзанников М.И., Иванов Б.Г., Михасек А.А. Система управления состоянием гидротехнических сооружений // Вестник МГСУ. 2012. № 7. C. 119-124.
  8. Васильев Ю.С., Кубышкин Л.И. О технологии проектирования объектов гидроэнергетики // Гидротехническое строительство. 2014. № 7. С. 2-8.
  9. Свитала Ф., Евдокимов С.В., Галицкова Ю.М. Особенности конструкций гидротехнических сооружений и агрегатных зданий первых гидроэлектростанций // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 12. С. 87-90.
  10. Бальзанников М.И., Родионов М.В., Сеницкий Ю.Э. Повышение эксплуатационной надежности низконапорных гидротехнических объектов с грунтовыми плотинами // Приволжский научный журнал. 2012. № 2. С. 35-40.
  11. Евдокимов С.В., Дормидонтова Т.В. Оценка надежности гидротехнических сооружений // Градостроительство и архитектура. 2012. № 1. С. 64-69.
  12. Евдокимов С.В., Дормидонтова Т.В. Критерии оценки надежности и технического состояния гидротехнических сооружений // Градостроительство и архитектура. 2011. № 2. С. 105-108.
  13. Сеницкий Ю.Э., Еленицкий Э.Я., Дидковский О.В. Определение импульсивной и конвективной составляющих гидродинамического давления жидкости в цилиндрических резервуарах при сейсмических воздействиях // Известия вузов. Строительство. 2005. № 5. С. 18-26.
  14. Сеницкий Ю.Э. К вопросу определения гидродинамического давления в цилиндрических резервуарах при сейсмических воздействиях // Строительная механика и расчет сооружений. 2009. № 6. С. 63-67.
  15. Сеницкий Ю.Э., Еленицкий Э.Я., Дидковский О.В. К вопросу о нормативных требованиях по расчету вертикальных стальных цилиндрических резервуаров в условиях сейсмического воздействия // Безопасность сооружений. 2006. № 4. С. 65-69.
  16. Eurocode 8. Design provisions for carthquake resistance of structures. Part 4. Silos, tanks and pipelines. 1999. 65 р.
  17. СП 14.13330.2011 Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81* ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко.
  18. API Standart 650 Welded steel tanks for oil starage, 2003.

Statistics

Views

Abstract - 93

PDF (Russian) - 57

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2017 SENITSKU Y.E., BALZANNIKOV M.I., MIKHASEK A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies