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

шего схватывания клея осуществлялся подогрев участков склейки при 40—60° С. После отвердения клея приспособление снималось и производилась зачистка и заделка уступов и неровностей.

Время выдержки одного режима в зависимости от интенсивно­ сти кавитации на гидроэлектростанции выбиралось 10— 120 мин. За это время происходила пластическая деформация поверхности алюминиевых пластин кавитационными ударами без уноса мате­ риала.

При испытаниях, проводимых НИС Гидропроекта, оценка интенсивности эрозии производилась по количеству кавитацион­ ных вмятин на единицу площади или по отношению площади эрозии к общей площади лопасти.

Подсчет количества вмятин и площади эрозии производился после каждого режима испытаний без снятия пластин с лопастей. Перед новым режимом зона эрозии зачищалась. Таким образом, одни и те же пластины использовались для нескольких режимов.

Однако при большой интенсивности кавитации даже за 10 мин испытаний на алюминиевых пластинах появляются вмятины, которые трудно зачистить. К тому же, материал в процессе дефор­ мации меняет свои свойства за счет наклепа и условия испытаний становятся несопоставимыми. В связи с этим испытания, прово­ димые ЛМЗ, предусматривали после каждого режима испытаний снятие пластин и наклейку новых.

Следует также отметить, что для оценки эрозии показатель количества кавитационных вмятин на единицу площади недо­ статочен. Большое значение имеет и сила кавитационного удара, оцениваемая глубиной вмятины.

Можно представить массу слабых ударов, которые оставят лишь следы на алюминии, в то время как несколько сильных уда­ ров вызовут его разрушение.

Интенсивность кавитационного воздействия наиболее пра­ вильно определяется количеством унесенного металла, измеряе­ мого глубиной и площадью разрушенной поверхности. В связи с этим в качестве показателя интенсивности кавитации на ЛМЗ выбраны средняя глубина и площадь эрозии. Учитывая, что при испытаниях алюминиевые пластины не доводились до разрушения, связанного с весовыми потерями, средняя глубина эрозии под­ считывалась как средняя глубина деформированного металла. Этот показатель учитывает как количество, так и силу кавита­ ционных ударов. Поскольку на поверхности лопасти интенсив­ ность кавитационного воздействия неодинакова, вся зона эрозии разбивалась на отдельные участки, для которых определялась глубина деформации hR и площадь эрозии S3t-. Для определения глубины деформации из каждого участка поврежденной поверх­ ности вырезался образец размером 15 X 15 мм и для элемента поверхности 5 X 5 мм, расположенного в центре образца, строи­ лись профилограммы шести срезов длиной по 5 мм. Профило­ граммы строились с помощью микроскопа (Х320) с микрометри­

157

ческим перемещением стола и тубуса. Глубина деформации опре­ делялась как отношение суммарной площади выступов и впадин относительно линии исходной поверхности к длине рассматривае­ мого участка

к— — I— •

Осредненная по шести срезам глубина деформации служила характеристикой кавитационной эрозии на рассматриваемом уча­

стке.

Суммарный объем деформации всей площади эрозии можно определить суммированием объемов по отдельным участкам

с помощью легкоразрушаемых материалов получил название метода скоростной эрозии. Этим методом ЛМЗ проведены испы­

Нужно отметить, что существенных расхождений в эрозии каждой лопасти не обнаружено. На рис. V.4 показаны зоны эро­ зии на алюминиевых пластинах одной из лопастей. По резуль­ татам этих опытов можно установить влияние нагрузки турбины на интенсивность кавитационной эрозии.

158

Следует отметить, что при испытаниях величина Hs остаИаласЬ практически постоянной и с изменением мощности менялось значение k0, при этом максимальной мощности соответствовало минимальное значение ka = 1,09, а минимальной мощности — максимальное значение ka = 1,92.

Рис. V.4. Зоны эрозии на алюминиевых пластинах лопасти рабочего колеса Верхне-Туломской ГЭС; 1, 2, 3, 4 — номера режимов (табл. V.1)

В процессе обработки результатов испытаний для каждой зоны эрозии, показанной на рис. V.4, подсчитывались глубина деформации и площадь. Интересно отметить, что наибольшая глубина деформации на участке за входной кромкой лопасти наблюдалась на режиме 2 (N == 48 МВт).

Имеющийся максимум глубины деформации не может быть объяснен влиянием величины скорости обтекания. Как показали проведенные расчеты, относительная скорость при имеющих место пределах изменения нагрузки меняется незначительно. Наличие

159

Максимума связано с динамиком смыкания кавитационной ка* верны при изменении ее размеров.

Площадь эрозии за входной кромкой ^увеличением мощности возрастает, при этом происходит удаление^области максимальных повреждений от линии кромки. На периферийном участке лопасти зона эрозии также возрастает с увеличением мощности.

Интегральная интенсивность кавитационного воздействия, ха-

ляя эти результаты, можно отметить лишь качественное совпадение: как в лабораторных, так и в натурных условиях разрушение наблюдается вблизи входной

На модельной турбине разрушение лакового покрытия ло­ пасти происходит в виде небольшого пятна диаметром около 10% длины входной кромки. Увеличение продолжительности испы­ таний с 10 до 30 ч не приводит к увеличению размеров пятна.

На натурной турбине зона разрушений занимает широкую полосу, вытянутую вдоль входной кромки. Протяженность зоны максимальной интенсивности составляет примерно 50% длины

160

Существенно в ы ш е в натурных условиях и интенсивность ка­ витационной эрозии. Если на модельной лопасти лаковое покры­ тие разрушается путем выкола мельчайших частичек диаметром меньше 0,1 мм, то на натурной лопасти повреждения на алюми­

Для сравнения стойкости лакового покрытия и алюминия были проведены испытания в гидродинамической трубе с интен­ сивностью кавитационного воздействия, близкой к турбинам Верхне-Туломской ГЭС. При этом было обнаружено, что разру­ шение лакового покрытия происходит в первые же секунды опыта. Лак скалывается в виде пятен диаметром до 2 мм. Полное разру­ шение покрытия происходит через 20—40 с. Учитывая, что на модельной турбине сквозные разрушения лакового покрытия появились через 10 ч испытаний, можно заключить, что интен­ сивность кавитационной эрозии на натурной турбине в сотни раз выше, чем на модели. Это вызвано большими линейными раз­

кавитационного течения. На модельной лопасти кавитационная каверна в основном имеет гладкую поверхность и лишь в местах сильной турбулизации потока, расположенных ближе к перифе­ рийной кромке, гладкая поверхность каверны нарушается и происходит вынос за пределы каверны отдельных паровых пустот.

На натурной турбине степень турбулентности выше (ReH/ReM= = 32) и резкие возмущения каверны, сопровождаемые отрывом и выносом паровых пустот, могут иметь место по всей длине хво­ стовой части каверны, что и вызывает разрушения, расположен­ ные вдоль всей входной кромки лопасти.

Рассмотрим результаты испытаний на эрозию радиально-осе­ вых турбин.

Н а Б а к с а н с к о й ГЭС исследовалось рабочее колесо Р0697а опытной турбины. Кавитационные разрушения на этом колесе в условиях Баксанской ГЭС наблюдаются с тыльной сто­ роны лопастей вдоль всего нижнего обода. Наибольшая интенсив­ ность эрозии— в районе выходных кромок лопастей. В этом месте и были наклеены алюминиевые пластины. Размер пластин

155 X 120 мм.

На Баксанской ГЭС, кроме влияния мощности, было исследо­ вано влияние высоты отсасывания на кавитационную эрозию. Изменение высоты отсасывания производилось путем установки щитов в отводящей камере. Продолжительность одного режима была выбрана 2 ч.

Характеристика исследованных режимов приведена в табл. V.2. Результаты испытаний представлены на рис. V.6, где по оси абсцисс отложены мощность и ka, а по оси ординат — объем

деформации алюминия.