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

6 момент начала кавитации И, во-вторыХ, что кавитация начина­ ется при достижении минимального давления на лопасти рабочего колеса величины давления парообразования. О втором допущении говорилось выше. Первое допущение тоже влечет за собой серь­ езные масштабные проявления. Опыт эксплуатации гидротурбин и лабораторные исследования [57 ] уже давно показали, что кави­ тация и кавитационная эрозия наблюдаются задолго до резкого изменения энергетических параметров. На энергетические пара­ метры кавитация начинает

резкому увеличению протяженности зоны растягивающих напря­ жений (рис. III.4, 1), что создает условия для достаточного

невелика. Если эпюра крутая (рис. III.4, 2), то 6а возрастет. Срыв наступит только тогда, когда минимальное давление основ­ ной части эпюры рт1в сп станет существенно ниже давления паро­ образования.

Наэпюрераспределениядавления попрофилюв решетке имеется иногда не одно, а два значения минимального давления (рис. III.4, 3): в зоне пика разряжения на входной кромке — рт1пп и в сред­ ней части спинки профиля — рт1асп. Соответственно по формуле

107

(И. 14) могут быть получены Два значения кавитационного коэф­ фициента турбины — °турб п И °турб СПТак как протяженность части лопасти с рт1пп очень мала, кавитация не успевает развиться при pminn = pd и начинается при некотором давлении р' Pdi н° большем, чем pmln п. Чем более развит вдоль профиля пик разрежения, тем меньше разность Ар = р' — рт1ппНо кавитация в пике разрежения, как правило, не влияет на форми-

J

рование потока за рабочим колесом и не приводит к срыву энерге­ тических параметров.

Рассмотрим обычную срывную кривую, которая получается при кавитационных испытаниях на кавитационном стенде (рис. III. 5). По оси ординат будем откладывать значения к. п. д. При уменьшении кавитационного коэффициента установки в процессе испытаний к. п. д. сначала остается постоянным и в какой-то момент резко уменьшается. Соответствующее значение ауст = ауст кр принима­ ется равным ахурб. При этом, как уже говорилось, имеет место достаточная степень развития кавитации. Следовательно, началась

является критерием подобия и остается неизменным для серии

подобных турбин при изогональных режимах. При аусх = сгтуРб для всех подобных турбин pmln = pd (кривые 2 и 4 на рис. III.3).

108

Из анализа уравнения Бернулли вдоль линии тока в проточной части турбины (п. 7) следует, что

Разность

В реальных условиях, как уже отмечалось, растягивающие напряжения практически не могут сохраниться. Жидкость разры­ вается, развивается кавитация. Но естественно предположить, что чем больше растягивающие напряжения при формальном теоретическом рассмотрении и чем продолжительнее они действуют на элемент объема жидкости, тем в действительности в большей степени при прочих равных условиях развита кавитация.

Рассмотрим две подобные турбины при изогональных режи­ мах, работающих при различных напорах Ни и # м. В обоих слу­ чаях кавитационные коэффициенты установки одинаковы и равны кавитационному коэффициенту турбины

Таким образом, условие (III.60), из которого исходят при выборе высоты отсасывания натурной турбины, приводит к тому (рис. III.6), что теоретические растягивающие напряжения в натур­ ных условиях оказываются больше, чем на модели, во столько раз, во сколько напор натуры больше напора модели (# н > Нм).

В п. 3 было введено понятие относительной протяженности зоны действия растягивающих напряжений (рис. III.6)

109

На модели и на натуре эта величина одинакова при соблюдении условия (II 1.60). Действительно, растягивающие напряжения г по формуле (III.55) пропорциональны напору не только в точке с минимальным давлениемpmin (III.59), но и в любой другой точке профиля, где р ^ Pd- Следовательно, в точках, где р = pd и г = 0, которые ограничивают зону действия растягивающих напряжений,

Уравнение (III.65) по существу учитывает требования крите­ рия подобия Рейнгарда.

Таким образом, увеличение размеров при переходе от модели к натуре приводит к увеличению продолжительности tHпо срав­ нению с tM, а увеличение напора уменьшает величину t„ по срав­ нению с tM. Однако в реактивных гидротурбинах, имея в виду кавитационные модельные испытания, размеры модели и натуры

по

различаются, как правило, в большей степени,'чем; напоры. Кроме того, отношение напоров в формуле (II 1.65) находится под кор­ нем, и потому его влияние еще меньше. Поэтому практически всегда продолжительность действия растягивающих напряжений в натурных условиях больше, чем в модельных.

Таким образом, при одинаковых кавитационных коэффици­ ентах установки модели и натуры степень развития кавитации в натурных условиях всегда больше.

Это справедливо также в том случае, если испытания прово­ дятся при натурном напоре. Действительно, раз напоры одина­ ковы, то и растягивающие напряжения и скорости обтекания тоже одинаковы, но протяженность зоны действия растягиваю­ щих напряжений в натуре больше и, следовательно, степень развития кавитации тоже больше.

К тому же вопросу можно подойти несколько иначе. Предполо­ жим, что падение к. п. д. на модели и на натуре происходит при одинаковой относительной степени развития кавитации. Пусть также степень развития кавитации характеризуется только рас­ четной величиной растягивающих напряжений. Продолжитель­ ностью их действия пока пренебрегаем. Следовательно, полагаем, что