Файл: Пылаев, Н. И. Кавитация в гидротурбинах.pdf

Сопоставляя радиально-осевые турбины, имеющие подобные профили лопастей, например Р0123 и Р0211 (турбины Днепров­ ской ГЭС, Комсомольской, Нива-I I, Усть-Каменогорской, Мингечаурской, Бухтарминской), можно заметить, что в общем случае интенсивность эрозии с ростом напора увеличивается.

Влияние напора на эрозию одинаковых турбин наиболее характерно проявляется для турбин радиально-осевого типа. Особый интерес представляет эрозия турбин при работе на пони­ женных напорах. В настоящее время, с целью наиболее эффектив­ ного использования оборудования, некоторые гидроэлектростан­ ции начинают эксплуатироваться, когда напор еще не достиг рас­ четного значения. В этом отношении интересно обобщить опыт эксплуатации турбин Братской ГЭС, оборудованной большим количеством агрегатов, пуск которых производился при различ­ ных напорах.

Наиболее характерные режимы эксплуатации турбин приве­ дены в табл. II.6 и на рис. 11.18.

Из табл. 11.6 следует, что с увеличением напора от 50 до 100 м средние значения нагрузок возрастают от 90 до 200 МВт. При этом приведенное значение расхода Qi остается предельным, т. е. турбины работают на максимальной для данного напора мощности. Приведенные обороты изменяются от 95 до 70 об/мин. Высота отсасывания Hs существенно не меняется.

С изменением напора изменяются и зоны кавитационной эрозии (рис. 11.18). Наибольшая площадь разрушений лопастей наблю­ дается при минимальном напоре 52,8 м (режим /). Разрушения тыльной поверхности достигают — 1,4 м2, что составляет ~ 50% всей поверхности лопасти. Кроме того, на этом напоре кавитаци-

8?

онные разрушения имеются и на лицевой поверхности лопасти

(площадь 0,36 м2).

При повышении напора разрушения лицевой поверхности лопастей прекращаются, эрозия наблюдается лишь на тыльных сторонах лопастей.

Зона эрозии на вертикальном участке входной кромки лопасти с увеличением напора постепенно уменьшается и при напоре свыше 60 м совсем исчезает.

Врайоне выходной кромки площадь разрушений с увеличе­ нием напора также уменьшается и при расчетном напоре остается лишь на участке около нижнего обода. Разрушения за входной кромкой у нижнего обода появляются лишь при напорах свыше 70 м. С ростом напора площадь эрозии на этом участке возрастает. Общая площадь эрозии с увеличением напора от 50 до 100 м умень­ шается в 3—4 раза.

Вприведенном примере рассмотрено влияние напора на эро­ зию при работе турбин на предельных мощностях. Не меньший интерес представляет собой работа турбин на пониженных напорах

ималых нагрузках. В качестве примера можно использовать

в пусковой период около 1600 ч работала при напоре 70 м (75% Ярасч) и мощности 100—120 МВт, что составляет 30—40% Мтах при имевшемся напоре.

Турбина ГЭС Бхакра проработала 5350 ч. За время эксплуа­ тации напор менялся в пределах 87— 150 м. Значительную часть времени ~ 40% турбина работала при нагрузке, меньшей 50 МВт.

Рассматриваемые турбины оборудованы рабочими колесами из углеродистой стали с защитными облицовками тыльных сто­ рон лопастей.

Характерной особенностью кавитационной эрозии этих тур­ бин за рассматриваемый период эксплуатации является то, что кроме тыльной стороны лопастей (район нижнего обода и верти­ кальный участок за входной кромкой) разрушению подверглась лицевая сторона — вблизи выходной кромки, около верхнего обода.

На турбине Красноярской ГЭС разрушения в этой области занимали площадь 800x200 мм, глубиной до 0,3 мм; на турбине ГЭС Бхакра площадь разрушений составляла 700x400 мм при глубине эрозии до 5 мм.

Интересно отметить, что факелы кавитационных разрушений направлены от выходной кромки лопасти к входной. Это особенно наглядно проявилось на одной из лопастей турбины Краснояр­ ской ГЭС, где на лицевой стороне имелись канавки, предназна­ ченные для укладки кабеля к измерительным датчикам. Кавита­ ционные разрушения за канавками расположены со стороны вход­ ной кромки лопасти.

Такое расположение кавитационной эрозии при пониженных напорах и малых нагрузках свидетельствует о наличии в верхней части лопастной системы обратных токов жидкости.

Связь кинематики потока с кавитационной эрозией. Анализ кинематики потока при изменении мощности и напора турбины был выполнен для рабочего колеса Р0662 Братской ГЭС. Для выяснения влияния режимов эксплуатации на эрозию был построен поток на входе в рабочее колесо турбины (рис. 11.19).

Значения углов натекания и скоростей определялись для четы­

производилось с использованием основного уравнения гидротур­ бин. Во втором случае при Я = var, вследствие значительного отклонения режимов работы от расчетных, за основу было при­ нято предположение, что направление вектора абсолютной ско­ рости на входе в рабочее колесо остается постоянным при любом значении Я. Это следует из того, что турбины эксплуатировались на предельной мощности (Q( = 900 л/с) и открытие направля­ ющего аппарата оставалось постоянным.

Величины углов натекания |3 и относительных скоростей w приведены в табл. II.7.

Рассматривая режимы работы при Я = Я расч = const, можно отметить, что при малых нагрузках—50— 100 МВт— на линиях тока II, III и IV углы натекания становятся положительными и дости­ гают значений 45—78° (рис. 11.19). При таких углах атаки на входной кромке лопастей может возникнуть кавитационная

84

Рис. 11.19. Углы натекания потока для рабочего колеса Р0662. Режимы работы в соответствии с табл. II.7

85