
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.