Файл: Тезисы докладов координационного совещания по гидравлике гидротурбинных блоков, 20-23 мая 1964 г..pdf

принцип действия и опыт эксплуатации которых в условиях напор­ ного и открытого потоков приводятся в докладе.

4. В целях получения высотного плана свободной поверхности нижнего бьефа применялась стереофотограмметрическаясъемка.

Вдокладе освещаются результаты этой съемки.

5.Давление и пульсация давлений впервые измерялись в вод­ ном потоке малогабаритными датчиками ДД-10; опыт использова­ ния датчиков свидетельствует о применимости их в гидравлических

натурных исследованиях.

6. Оценка значений мгновенных скоростей производилась с по­ мощью вертушки типа ГР-21, .снабженной модернизированным бесконтактным импульсным устройством.

V ЯВЛЕНИЕ КАВИТАЦИИ В ГИДРОТУРБИННЫХ БЛОКАХ И БОРЬБА С НИМИ

Проф., доктор техн. наук В. М. Маккавеев

(ЛИВ!)

О РАСЧЕТЕ КАВИТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ВОДОВОДАХ. ГИДРОСООРУЖЕНИЙ И ОСОБЕННОСТЯХ ТЕЧЕНИЯ ВОДЫ

ВНИЖНИХ БЬЕФАХ ГЭС СОВМЕЩЕННОГО ТИПА

1.Процессы внезапного расширения струи в закрытом водоводе приобретают характерный облик в случае, когда давление в на­ чальном сечении участка расширения оказывается равным давле­ нию насыщенного водяного пара при данной температуре. Обра­ зование около струп, входящей в расширенный участок закрытого канала, областей вакуума, непрерывно заполняемых паром, и унос последнего вместе с потоком вниз по течению обусловливают устано­

вившийся режим пароотделения и только частичное заполнение се­ чения закрытого канала водой в жидкой фазе'. В простейшем пред­ положении о сохранении в пределах всего участка внезапного рас­ ширения потока смеси с постоянным давлением в зоне, занятой па­ ром, производится определение части сечения, занятой в конце рассматриваемого участка паром, гидравлических потерь и других величин, характеризующих движение пароводяной смеси. Особо рассматривается случай, когда выделившийся пар оказывается ско­ пившимся в верхней части закрытого канал.а, а процессы в ниж­ ней части, заполненной водой, принявшими облик гидравлического прыжка.

2. Применение законов сохранения количества движения и со­ ответственно моментов количества движения позволяет в рассмат­ ривавшемся и в иных случаях получить расчетные зависимости применительно к предположению о наличии в начальном сечении участка расширения вращательных движений жидкости.

50

3. Предлагается попытка обобщить решение на более сложные случаи и рассмотреть условия течения жидкости на начальном участке нижнего бьефа ГЭС совмещенного типа.

Канд. техн. наук А. С. Лашков (ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА КАВИТАЦИОННОЙ ЭРОЗИИ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ГИДРОТУРБИННОГО БЛОКА

1.Кавитационная эрозия материала возможна лишь тогда, ког­ да внешние силы, действующие на его поверхность, будут превы­ шать предел прочности материала. Известно, что для создания кавитационной эрозии металла, например стали, на его поверх­ ность необходимо приложить давление в несколько тысяч атмо­ сфер. Энергия, заключенная в кавитационном пузырьке, весьма ог­ раничена, и поэтому для того, чтобы амплитуда импульса давления превышала предел прочности материала, энергию пузырька необ­ ходимо израсходовать за весьма малый промежуток времени. При этом возникает ударная волна, действие которой должно быть со­ средоточено на малой площади разрушаемого твердого тела.

2.Действие ударной волны на поверхность твердого тела и по­ следующие деформационные колебания материала вызывают ь жидкости и других звукопроводящих средах акустический импульс.

Врезультате суперпозиции импульсов давлений, вызванных непре­ рывной генерацией кавитационных пузырьков, в потоке возникает сложный и непрерывный амплитудно-частотный спектр давлений.

3..Для возможности изучения указанных спектров давлений во ВНИИГе была разработана и изготовлена специальная аппара­

тура— гармонический анализатор и пьезоэлектрические гидро­ фоны. Эта аппаратура нашла свое применение как в лабораториях, так и в натурных условиях.

4. В результате анализа амплитудно-частотного спектра давле­ ний, измеренных в проточной части работающих гидротурбин и их моделей, нами был найден акустический параметр — интегральная интенсивность кавитационных излучений. Этот параметр можно на­ блюдать в потоке жидкости лишь тогда, когда кавитационные пу­ зырьки.замыкаются на обтекаемых потоком профилях гидромашин.

5. Лабораторные исследования, выполненные в камере Вентури, показали, что потеря веса материала образцов, разрушаемых в результате действия явления кавитации, пропорциональна инте­ гральной интенсивности кавитационных излучений. Натурные кави­ тационные исследования, проведенные на гидротурбинах Волжской ГЭС имени В. И. Ленина, качественно подтвердили возможность

определения кавитационной эрозии элементов 'проточной части ра­ бочего колеса с помощью ультразвукового метода исследования явления кавитации.

6. Экспериментальными исследованиями, проведенными на гид­ ротурбинах и их моделях, было установлено, что с помощью нового акустического метода исследования явление кавитации может быть оценено в начальной стадии его развития, при переходе через кри­ тические кавитационные режимы и в процессе развития кавита­ ции вплоть до ее отрывной формы. Следовательно, при соблюдении подобия гидротурбины и ее модели акустический метод позволяет определить параметры критических кавитационных режимов,, при сопоставлении которых можно оценить масштабный эффект на ис­ следуемое явление.

7. По результатам экспериментальных - исследований явления кавитации, полученным при испытании гидротурбин в-натурных и модельных условиях, можно предположить следующее.

С ростом расхода воды, протекающей через гидротурбину, уве­ личивалось количество кавитационных пузырьков. В начальной стадии кавитации (докритические кавитационные режимы) наблю­ далось незначительное увеличение интенсивности кавитационных излучений, величина которой в основном зависела от развития ще­ левой кавитации и в некоторой степени от местной неустановившейся лопастной кавитации.

При достижении расхода, соответствующего критическому кави­ тационному режиму, наблюдалось бурное развитие кавитационных каверн, а следовательно и количества пузырьков, которые замы­ кались в пределах поверхности лопасти рабочего колеса. Пузырьки относились потоком в пределах лопасти на некоторое расстояние, прежде чем успевали замкнуться, и это расстояние зависело от расхода и увеличивалось с его увеличением. При этом эрозия на лопастях, зафиксированная за равные промежутки времени работы гидротурбины, также увеличивалась.

При достаточно больших расходах эрозии может не быть, по­ тому что замыкающиеся пузырьки не будут действовать непосред­ ственно на поверхность или в достаточной близости от лопасти ра­ бочего колеса. В диапазоне между расходом критического кавита­ ционного режима и максимального расхода наблюдалась макси­ мальная величина интенсивности кавитационных излучений. При этом режиме и следует ожидать максимальную кавитационную эрозию.

52

Инженер В. С. Нищук (Институт гидромеханики АН УССР)

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТОКОВ ПРИ БОЛЬШИХ СКОРОСТЯХ И ВОЗНИКНОВЕНИЕ КАВИТАЦИИ

1.Вопрос о структуре течения при больших скоростях на шеро­ ховатой поверхности изучен очень мало. Исследование таких по­ токов особенно важно для труб и водопропускных сооружений при высоконапорных плотинах и др.

Изучение структуры потока при больших скоростях и образо­ вание кавитации проводились в гидроимпульсной трубе квадрат­ ного сечения с шероховатой стенкой (щебень d = 4,3 мм). Макси­ мальные скорости достигали 21,0 м/сек. Структура течения фикси­ ровалась фотосъемкой спектров мгновенных скоростей в осевой вертикальной плоскости трубы. Визуальное наблюдение течения достигалось введением алюминиевой обезжиренной пудры.

2.Статистической обработкой были получены эпюры распреде­ ления осредненных скоростей, продольные и поперечные пульсационные составляющие их среднеквадратичных отклонений, а так­ же моменты корреляции между составляющими, характеризующие величину турбулентного трения.

3.Материалы обработки подтвердили наличие у шероховатой стенки пристенного слоя с характерной структурой течения, резко отличной от структуры в основной толще потока. По своей струк­ туре пристенный слой в закрытом трубопроводе совпадает с при-*

-донным слоем, наблюдавшимся Й. К. Никитиным в лотках и рус­ лах.

Получены зависимости для определения кинематических харак­ теристик верхней границы пристенного слоя.

В гидроимпульсной трубе путем создания вакуума найдены ус­ ловия образования кавитации у выступов шероховатостей, которые имеют место во всасывающих трубах, на оголовках высоконапор­ ных плотин.

4. Зафиксировано наличие пароводяного слбя с особыми свой­ ствами. Приведены эпюры распределения осредненных скоростей, их продольные и поперечные' среднеквадратичные составляющие, момент корреляции и коэффициенты .суммарной вязкости для та­ ких потоков.

5. Вычислено влияние кавитационного слоя на коэффициент со­ противления. Предложен метод расчета потоков при изменении агрегатного состояния.

53