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

с помощью расходомера Вентури 4 (рис. IV.9). Расходомер расположен в средней части вертикального напорного трубо­ провода на расстоянии более десяти диаметров трубопровода от ресорбера снизу и от колена сверху. Перепад давления на расходо­ мере замеряется дифференциальным манометром. Чтобы охватить весь большой диапазон изменения расходов, в манометре исполь­ зуются разные жидкости с разными удельными весами: ртуть Hg, тетрабромэтан С2Н 2Вг4 и четыреххлористый углерод СС14.

Напор на рассматриваемом стенде определяется как перепад давления между напорным и вакуумным баками и замеряется с помощью дифференциального чашечного ртутно-водяного мано­ метра. При проведении серии испытаний напор обычно поддер­ живается постоянным.

Скорость вращения модели измеряется стрелочным тахометром или суммирующим счетчиком.

Крутящий момент на валу модельной турбины определяется весовым способом с помощью балансирного генератора постоян­ ного тока путем измерения тормозного момента на одноплечном рычаге. В систему измерения момента может быть дополнительно встроен сильфон с подключенным к нему U-образным ртутным манометром, позволяющим производить отсчеты момента при нену­ левом положении рычага. Недостающий или излишний при этом груз на чаше весов определяется по предварительно тарирован­ ному сильфонному манометру.

В результате испытаний'получаются семейства рабочих кри­

По рабочим кривым и линиям открытия строится в дальнейшем энергетическая универсальная характеристика (рис. II.3 — II.5).

По полученной энергетической характеристике выбираются режимы работы, подлежащие кавитационным исследованиям. На каждом из выбранных режимов, характеризуемом открытием направляющего аппарата, углом установки лопастей рабочего колеса и приведенным числом оборотов, снимается срывная кавитационная характеристика (рис. III.5) — зависимость ка­ кого-либо энергетического параметра от кавитационного коэф­ фициента установки,

где В — напор, соответствующий атмосферному давлению; Hv—■ напор, соответствующий вакууму над нижним бьефом турбины,

134

Атмосферное давление измеряется барометром, вакуум — ртутно­ водяным чашечным дифференциальным манометром, чашка ко­ торого соединена с атмосферой. Давление парообразования бе­ рется по табл. III. 1 в соответствии с замеряемой температурой воды. Полное воздухосодержание воды стенда определяется с по­ мощью прибора типа Ван-Слайка [18].

При испытаниях с помощью вакуумных насосов над нижним бьефом создается пониженное давление, которое затем дискретно изменяется. Обычно снимается 10—12 режимных точек. При испы­ таниях поддерживается постоянным приведенное число оборотов п{ (или приведенный момент УИ[) и фиксируются другие энергети­ ческие параметры — к. п. д. г), приведенный расход QJ, приведен­ ный момент М{ (или приведенное число оборотов п\). Строятся зависимости ц, Q[, М{, п{ от ауст. В некоторый момент энергети­ ческие параметры начинают меняться. Если срывная характе­ ристика получается подобной той, которая представлена на рис. III.5, то крайнее значение кавитационного коэффициента установки ауст, при котором при уменьшении давления над ниж­ ним бьефом еще не изменяются энергетические параметры, при­ нимается за критическое значение, равное кавитационному коэф­ фициенту турбины атурб. Таким образом, после испытаний на многих режимах получается зависимость кавитационного коэффи­ циента турбины от режима работы турбины. По данным испыта­

кривых для разных углов установки лопастей поворотнолопаст­ ного рабочего колеса. Там же нанесены соответствующие энерге­ тические характеристики с огибающей кривой. Точки касания огибающей кривой являются комбинаторными. Проектируя их на линии сгтурб = / (Q[) при каждом значении <р, определяются комбинаторные значения кавитационного коэффициента и зави­ симость ст1урб = / (QJ) для комбинаторных режимов. Далее на

энергетическую универсальную характеристику наносятся линии

атУРб= const (рис. II.3, II.4).

Кавитация оказывает существенное влияние на разгонное число оборотов. При разгоне сильно возрастает неравномерность потока за рабочим колесом, что обусловливает интенсивную кавитацию. Поэтому разгонные характеристики турбины необходимо опре­ делять на кавитационных стендах в зависимости от кавитацион­ ного коэффициента 17]. Испытания на энергетическом стенде дают завышенные значения разгонных чисел оборотов.

Сопоставление различных схем и конструктивных особенно­ стей отечественных и зарубежных турбинных кавитационных стен­ дов проведено в работе [41 ].

Такие четкие срывные кривые, как представлено на рис. III.5, встречаются далеко не всегда. Часто по срывным кривым затруд­ нительно достаточно точно определить момент начала влияния кавитации на энергетические параметры.

135

QmypS

0,8

0,7

0,6

0,5

0,0

0,3

о,г

0,f

Рис. IV. 10. Построение комбинаторной зависимости отурб = / (QJ)

На рис. IV. 11 представлены различные типы срывных харак­ теристик, встречающиеся на практике [74]. Тип I можно назвать классическим. Здесь так же, как и на примере рис. III.5, энерге­ тический параметр (в данном случае приведенное число оборотов) при сгкр начинает резко уменьшаться. Тип II тоже довольно часто встречается. Он характерен тем, что на некотором участке

денных расходов и высоких приведенных чисел оборотов. Ока­ залось, что на тип срывной характеристики влияет форма камеры рабочего колеса диагональной турбины. Например, для рабочего колеса Д45-1038 в камере с диаметром горловины Dr = = 0,980 D x в зоне больших расходов подавляющему большинству

вызывает затруднений, то при втором и третьем типах возможны различные решения задачи. Например, в проекте международ­ ного кода модельных испытаний гидротурбин [42], при анализе кривых типа II, где за характерный энергетический параметр

[37

ние к. п. д. на 1% от максимума или от величины as; os —• пере­ сечение линии спада с линией r| — const.

В международном коде нет указаний о том, какое из этих зна­ чений следует принимать. Предлагается решать этот вопрос в каж­ дом конкретном случае путем договоренности между заказчиком и поставщиком. В практике ЛМЗ обычно принимаются величины oi или ст° как наиболее четко выраженные и хорошо повторяющиеся при эксперименте. Мнение о том, что надо выбирать величины сг; или о' на том основании, что они якобы обеспечивают работу

к. п. д. сохранится неизменным даже при значительном срыве мощности [51]. Такая неопределенность кривых г) = / ( ауст) привела к тому, что для определения значения сгтурб чаще поль­ зовались кривой п{ = / (сгусх). Обе кривые снимаются одновре­ менно. Опыт показывает, что расхождения между величинами атурб, определенными по кривым г) = / (ауст) и п{ = f (сгуст), невелики и носят случайный характер— разность между этими величинами бывает равновероятно положительной и отрицательной [62]. Однако в последнее время рекомендуется за определяющие при­

При снятии срывной кривой технически удобнее идти от больших вакуумов к меньшим, хотя в реальных условиях дей­ ствующей турбины важнее знать момент начала изменения энерге­ тических параметров при увеличении вакуума. Специальные

138

исследования показали, что гистерезис проявляется в редких слу­ чаях и величина его незначительна. Гистерезисом обычно прене­ брегают. Но замечено, что при повышенном воздухосодержании роль гистерезиса возрастает. Поэтому в отечественной практике не рекомендуется проводить испытания при воздухосодержаниях, больших чем а = 1,0—f-1,2 %. Воздухосодержание меньше, чем а = 0,2%, тоже не рекомендуется, так как в этом случае свойства воды начинают заметно отличаться от свойств воды в натурных условиях. Полученные значения кавитационного коэффициента турбины корректируются при построении экспериментальных кривых.

Таким образом, экспериментальное определение кавитацион­ ного коэффициента турбины в некоторой степени неопределенно. Сравнивая турбины, их модификации по величинам кавитацион­ ного коэффициента, необходимо знать, как выбирались эти ве­ личины по срывным кривым. Если это не принимать во внимание, то можно прийти к ошибочным выводам.

Действительно, при принятой методике различным типам срывных характеристик соответствует различная величина изме­ нения в критическом режиме сткр энергетического параметра. При первом типе значение параметра совпадает с его значением

лагают при всех типах срывных характеристик принимать зна­ чения окр соответствующими одинаковому изменению энергети­ ческого параметра. В работе [74] обработаны одни и те же резуль­ таты экспериментальных исследований четырех модификаций диагональной турбины сперва обычным способом (рис. IV.13, а), а потом, назначая критические кавитационные режимы в точках, соответствующих началу изменения приведенных оборотов Лп[ =

лучшим оказывается рабочее колесо Д45-14, а при больших рас­ ходах (более 1000 л/с) — рабочее колесо Д45-1038а (с девятью лопастями вместо десяти, как у рабочего колеса Д45-1038). Нако­ нец, по рис. IV. 13, в рассматриваемые варианты практически равноценны.

Для более обоснованного анализа экспериментальных резуль­ татов целесообразно обычные кавитационные характеристик и дополнять кривыми, соответствующими началу изменения

139