ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 262
Скачиваний: 1
В качестве теоретического параметра, характеризующего кавитационные качества колес гидротрансформатора, можно принять коэффициент кавитации
|
|
AHs |
|
|
а — — |
где |
а — коэффициент кавитации; |
|
АЯс = |
P n ~ P t |
относительный располагаемый напор под- |
|
0 , 5 р 4 2 |
питки; |
|
рп |
|
|
— давление подпитки; |
|
|
pt |
— давление насыщенных паров рабочей жидко |
|
|
сти при данной температуре; |
q = — коэффициент расхода.
"н2 Коэффициент о для условий кавитации, только что начав
шейся в некоторой точке рабочего колеса, обозначим о к р и назо вем критическим коэффициентом кавитации:
_ А Я 5 к Р
где AHS к р = Р п к |
р ~ р і |
критический |
относительный |
распола- |
||||||||
|
0,5риН2 |
|
гаемый напор |
подпитки. |
|
|
||||||
Для |
насоса |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
RH— ctgapJ |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Х |
|
+ |
1 |
|
|
(133) |
||
для |
турбины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ |
ОМ2 |
I |
I _ ^ i _ 0 , 2 ( l - x |
T 2 ) |
0,5і|)а |
|
|||||
|
° Т к р — |
S I N |
2 A |
+ |
sin2 |
ß, |
|
|||||
|
|
"т2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
T 2 |
|
|
|
|
|
|
T 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 , 5 ^,2 |
|
|
|
||
|
- 0,5Ф у д гр2 |
(ctg aT 2 |
- f ctg ßp l ) - |
— |
|
- |
k' 0,5i|& |
( 134) |
||||
для |
реактора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o>к р = |
0,62 + |
0,905 Кфуд" (ctg a T 2 |
+ |
ctg ßP 1 ) |
- |
|
|||||
где |
% — коэффициент, |
характеризующий |
форму |
входной |
||||||||
|
кромки |
насоса; |
|
|
|
|
|
|
||||
|
RH — относительный |
радиус |
насоса; |
|
|
|
|
|||||
|
q* — расчетный коэффициент |
расхода; |
|
|
|
|||||||
|
îpo — отношение |
меридиональных |
площадей |
за и перед |
||||||||
|
насосом; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
252
ссТ 2 , |
а Р 2 |
— углы потока на выходе из турбины и реактора со |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
ответственно, отсчитанные между скоростями с и и; |
|||||||||||||||||
|
|
x ï 2 |
— коэффициент |
|
стеснения |
на |
|
выходе |
из |
турбины; |
|||||||||||
|
|
•ф — отношение |
меридиональных |
площадей |
перед на |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
сосом |
и за |
трубиной; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
ФУД — коэффициент |
|
потерь, |
зависящих |
от угла |
атаки; |
||||||||||||||
|
|
k' |
— коэффициент |
|
трения |
в |
каналах |
реактора. |
|
||||||||||||
Уравнения (133)—(135) связывают кавитационные качества |
|||||||||||||||||||||
рабочих |
колесе геометрическими параметрами потока и лопастной |
||||||||||||||||||||
системы |
гидротрансформатора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
yJOOUlO |
||||||||||
На |
рис. 142 |
|
показаны |
зависимо |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
сти коэффициентов |
сг Н к р , оТкр |
|
|
и а Р к р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
от угла потока |
на выходе из турбины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
а Т 2 , который |
характеризует |
режим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
работы |
гидротрансформатора. |
|
Из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
графика |
видно, |
что наилучшими |
ка- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
витационными |
|
качествами |
|
обладает |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
турбина. Во всем возможном диапа |
|
20 40 J0 |
SO WO 120 ПОМО a- |
||||||||||||||||||
зоне |
изменения |
величины |
|
<хТ2 |
|
ка |
|
||||||||||||||
витация |
невозможна. |
На |
режимах, |
|
|
|
|
1 |
i' |
|
\-1 |
|
|||||||||
близких |
к оптимальному (/ = |
0,75), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
зона |
минимального |
давления |
|
нахо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
дится |
в |
насосе |
гидротрансформа |
-2 |
|
<p |
|
|
|
|
|
||||||||||
тора |
( а н к р > |
Ор к р ) , |
a |
на |
режимах, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
близких |
к |
стоповому |
(с = |
0), |
и на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
режимах |
противовращения |
|
(і |
< |
0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
зона минимального давления |
переме |
|
Рис. |
142. Влияние |
режима ра |
||||||||||||||||
щается в реактор, |
так как |
а Р |
к р |
> |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
боты на кавитационные |
качест |
||||||
> ° Н к р - |
|
|
|
|
|
|
|
|
резуль |
|
ва колес |
гидротрансформатора |
|||||||||
На рис. 143 представлены |
|
|
( Р Р і |
= |
90°; |
х Т |
2 = |
0,85; |
ß T 3 = |
||||||||||||
таты |
замера |
распределения |
статиче |
|
= |
20°; |
X = |
0,6; |
а Р 2 = 30°) |
||||||||||||
ского давления по входному участку тыльной стороны лопатки насоса гидротрансформатора У358011А
(на |
рис. |
143 И в дальнейшем рн, |
рт, |
рР — статическое |
давле |
|
ние на лопатке при давлении |
подпитки, равном нулю). Из |
|||||
рис. |
143, а видно, что |
статическое давление на лопатке |
насоса |
|||
в оптимальном режиме |
(і — 0,75) |
имеет минимальное значение |
||||
Рнтш н а |
средней линии тока у входной |
кромки. |
|
|||
При изменении режима работы гидротрансформатора в сто рону стопового статическое давление на тыльной стороне лопатки насоса возрастает. Непосредственно на стоповом режиме и режи мах противовращения при замерах были получены значения вели чины Рнтіп' близкие к нулю и даже положительные (рис. 143, б), т. е. разрежение на тыльной стороне лопатки насоса отсутство вало. Замеры статического давления на лицевой стороне лопатки насоса на режимах — 0,5 < і < 1 дали положительные значения.
Полученные результаты можно объяснить следующим обра зом. Большинству гидротрансформаторов свойственно увеличение
253
расхода рабочей жидкости в рабочей полости на режимах работы, близких к стоповому по сравнению с номинальным режимом. Увеличение расхода на этих режимах одновременно приводит к искажению треугольника скоростей на входе в насос. Вектор
относительной скорости направлен |
на тыльную сторону |
лопатки |
с некоторым отрицательным углом |
атаки — A ß y f l H . Это |
приводит |
к перераспределению статического давления по поверхности вход ного участка лопаток насоса. Давление на тыльной стороне воз растает, а на лицевой падает. Замер вектора абсолютной скоро
сти |
на входе |
в насос |
подтвердил |
это |
предположение. |
|
|
||||
|
|
|
|
ßL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
l/t |
. |
0 |
|
|
|
|
|
-1$ |
|
|
Наружный |
0,2-С |
ч |
о,2 |
0,4 |
0.6 |
0,8 |
1 |
||
|
|
тор |
|
L- -9 |
|
|
1 |
1 |
|
I |
|
|
|
'Внутренний] |
|
|
|
Средняя |
линия о" |
||||
|
|
тор |
|
|
—й |
|
|
тока |
|
15°' |
|
|
|
Средняя линия |
|
*г |
|
|
t |
= 7iГС |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
30° |
|
|
L=0,75 |
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
t=70"C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
6) |
|
|
|
|
|
Рис. 143. Изменение статического давления |
на тыльной |
стороне |
лопатки |
||||||||
|
|
насоса |
гидротрансформатора У3580ПА |
|
|
|
|||||
|
На рис. 143, б приведены значения углов атаки, которые соот |
||||||||||
ветствуют замеренным величинам р н m l n . |
Как |
видно из рис. 143, б, |
|||||||||
на |
режимах, |
близких |
к |
стоповому, |
небольшие |
отрицательные |
|||||
углы атаки (в данном случае до 20°) приводят к улучшению обте кания входной кромки насоса с точки зрения кавитации.
Для турбины наиболее опасным в кавитационном отношении является сечение, близкое к выходным кромкам. Измерить стати ческое давление на вращающейся турбине сложно, поэтому при исследовании кавитационных качеств турбины можно измерять статическое давление за турбиной в зазоре между ней и реактором. Статическое давление в этом зазоре будет отличаться от давления на выходных кромках турбины на величину, обусловленную стеснением потока, которое в первом приближении можно не учи тывать.
На рис. 144 показаны результаты замера статического давле ния по средней струйке за турбиной гидротрансформаторов У358011А и У358015. Эти данные показывают, что статическое давление за турбиной во всем исследуемом диапазоне і — поло жительное (рТ > 0 ) , причем к стоповому режиму величина р г возрастает, т. е. увеличивается кавитационный запас турбины.
254
Таким образом, исключается возможность возникновения кавита ции в турбине.
Особенностью работы реактора является постоянное измене ние в широких пределах угла входа в него потока рабочей жидко сти при изменении режима работы гидротрансформатора. При углах входа в колесо, отличающихся от расчетных, возможен отрыв потока от входных кромок с последующим прилипанием его в некоторой точке поверхности лопаток. В отрывной зоне основной поток сжимается. За счет этого скорость рабочей жидко
сти возрастает, |
а |
статическое давление |
падает. |
Следовательно, |
|||||||||
и в реакторе может иметь |
место |
зона |
пониженного |
давления. |
|||||||||
На |
рис. 145, а показана |
эпюра |
|
|
|
|
|
||||||
распределения статического давле |
|
|
|
|
|
||||||||
ния по средней |
струйке |
тыльной |
|
|
PUm |
|
|
||||||
стороны лопатки |
реактора |
гидро |
|
|
40 |
У35 80U |
|||||||
трансформатора |
У3580ПА. |
Ана |
|
|
|
' |
1 1 |
||||||
лиз кривых показывает, что на |
|
|
|
// 7ZQffl11A |
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
входном |
участке |
лопатки |
реак |
|
|
20 |
|
|
|||||
тора в зависимости от режима |
|
|
|
|
|||||||||
работы і имеет место искажение |
|
|
|
|
|
||||||||
эпюры |
распределения |
|
статиче |
|
|
|
|
|
|||||
ского |
давления |
|
по |
сравнению |
-0,6-0.4 -0,2 0 |
0.2 0Л |
0,6 0,8 tfi с |
||||||
с эпюрой, |
соответствующей |
обте |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
канию |
лопатки |
на |
расчетном ре |
Рис. |
144. |
Изменение |
статического |
||||||
жиме |
без |
угла |
атаки |
(і |
= |
0,75). |
|||||||
давления |
за турбиной |
по средней |
|||||||||||
С увеличением угла атаки, что со |
|
|
линии тока |
||||||||||
ответствует перемещению |
режима |
|
|
|
|
|
|||||||
работы гидротрансформатора к стоповому, на входном участке лопатки с тыльной стороны образуется зона с пониженным давле
нием ( p P m l n |
< 0). |
Причем, |
чем больше угол атаки, тем ниже па |
|||
дает статическое |
давление |
в |
этой зоне. |
Такая закономерность |
||
наблюдалась и для |
гидротрансформатора |
У358015. |
||||
На рис. 145, б показаны |
кривые изменения минимального ста |
|||||
тического |
давления |
рр т 1 й |
в |
реакторе |
гидротрансформаторов |
|
У3580ПА и У358015 в зависимости от режима работы і. Давле ние ррш і п для каждой линии тока определялось по минимальному давлению эпюры распределения давления на тыльной стороне лопатки реактора. Сравнивая результаты исследования минималь ного статического давления в колесах, можно заметить, что на
режимах малых |
передаточных |
отношений и режимах противовра- |
|||||
щения |
реактор |
исследуемых |
гидротрансформаторов |
находится |
|||
в |
худших |
условиях |
в кавитационном отношении по |
сравнению |
|||
с другими |
рабочими |
колесами. |
|
||||
|
На |
рис. 146 показана кавитационная характеристика гидро |
|||||
трансформатора |
У358015, снятая на стоповом режиме |
при пг = |
|||||
= |
1800 об/мин. |
Начало кавитации на кавитационной |
характери |
||||
стике |
отмечено |
стрелкой. Для этого момента, соответствующего |
|||||
началу |
кавитации р п |
= р п к р , |
характерна стабилизация |
минималь- |
|||
255
ного статического давления в реакторе (по наружному тору), при достижении критического давления начала кавитации неза
висимо от понижения давления подпитки рп. Однако |
|
при |
этом, |
||||||||||||
как видно |
из рис. 146, не на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
блюдается |
изменения |
коэффи |
|
|
nu'. |
1V |
|
|
|
|
|
||||
циента |
трансформации |
Д'0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
г |
-0 2 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-r\ |
-1 |
|
|
2 So,4 |
i |
|||
8 |
aptt lis ^>—yy* |
|
|
Внутренний |
|
/ |
|
|
i / |
|
|||||
6 |
|
|
|
|
|
/ a** |
|
|
' / / |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
#Уy |
|
i |
|
|
t |
r |
- |
|
|
|
|
|
|
О |
- m |
|
/ |
|
||
|
|
|
|
|
' |
Q |
|
|
|
|
|
|
|||
2 |
|
|
Y |
/ |
|
|
|
|
|
> - |
• |
/ |
/ |
|
|
О |
|
|
|
|
На/,іужныи |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
-12. |
|
|
|
|
|||||||
-2 |
t--—~Ь,25/ |
0,5 |
0,75 |
^^l/l0 |
m > - \ |
|
y |
|
|
|
|
|
|||
-4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• - 1 fi |
|
|
|
|
|
||
-6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
lls |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5) |
|
|
|
|
|
|
Рис. |
145. |
Изменение статического |
давления |
по тыльной стороне |
лопатки |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
реактора: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
—гидротрансформатор |
У358015; |
гидротрансформатор |
|
У358011А |
|||||||||
Явление, |
при котором |
начавшаяся |
кавитация |
не |
|
приводит |
|||||||||
к искажению внешней характеристики, называют скрытой кави
тацией. Уменьшение |
коэффициента Ко наступает после дальней |
||||||||||||
|
|
|
шего снижения давления рп, |
ког |
|||||||||
|
|
|
да |
кавитационная |
область |
значи |
|||||||
|
|
|
тельно |
расширит |
свои |
границы. |
|||||||
|
|
|
В |
данном случае |
(рис. |
146) |
это |
||||||
|
|
|
происходит |
приблизительно |
в тот |
||||||||
|
|
|
момент, |
|
когда критического |
зна |
|||||||
|
|
|
чения |
|
достигает |
|
минимальное |
||||||
0,2 0,k Ofi |
0,8 |
Рп-10~*Н/мг |
статическое |
давление |
на |
средней |
|||||||
|
|
|
струйке |
лопатки |
реактора |
(р„ = |
|||||||
|
|
|
= |
0,1 |
кгс/см2 ). |
Резкое |
падение |
||||||
|
|
|
коэффициента К о |
происходит |
еще |
||||||||
|
|
|
при |
более |
глубоком |
понижении |
|||||||
|
|
|
давления |
рп, |
в данном случае да |
||||||||
|
|
|
же ниже |
атмосферного рп |
= |
|
—0,4 |
||||||
|
|
|
(где |
рп |
— давление, |
избыточное |
|||||||
|
|
|
над |
атмосферным). |
|
|
|
|
|||||
Рис. 146. Кавитационная |
характери |
|
Из |
литературных |
источников |
||||||||
[6] |
|
известны характеристики |
гид |
||||||||||
стика гидротрансформатора |
У358015 |
|
|||||||||||
(п1= 1800 об/мин; і = 0; |
/ = 7 0 ° С ) |
ротрансформаторов, |
которые |
по |
|||||||||
|
|
|
казывают, |
как |
изменяется |
мо |
|||||||
мент на валах или коэффициент трансформации в зависимости от давления подпитки. При этом часто рекомендуют завышенное значение рп для некоторых типов гидротрансформаторов (напри-
256
