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

Если сопоставить интенсивность кавитационного воздействия по принятым методикам в лабораторных условиях и на действу­ ющих ГЭС, то окажется, что на лабораторных стендах скорость разрушения образцов в тысячи, а иногда и в десятки тысяч раз превосходит натурную.

Исследования, проведенные на ЛМЗ, показали существенную зависимость стойкости материалов от интенсивности кавитацион­ ного воздействия. Испытания проводились на ударно-эрозионном стенде. Образцы для испытаний изготовлялись из материалов, применяемых в гидротурбостроении: углеродистая сталь 20ГСЛ и нержавеющая сталь 1Х18Н9Т. Образцы из стали 20ГСЛ были вырезаны из окончательно термообработанной лопасти, сталь 1Х18Н9Т взята в состоянии поставки. Испытания проводились при числе оборотов стенда 900—3000 об/мин. Эти обороты соот­ ветствовали скоростям пересечения струи воды или скоростям удара от 23,5 до 78,5 м/с.

Проведенными исследованиями установлено, что при умень­ шении интенсивности кавитационного воздействия не только изменяются количественные характеристики потерь веса металлов, но происходит и качественное перераспределение относительной кавитационной стойкости различных по коррозионным свойствам материалов. При этом показано, что относительная стойкость испытанных материалов меняется от 1 до оо [52].

Стремление приблизить результаты лабораторных испытаний к натурным характерно для многих исследователей. Основным направлением, принятым в настоящее время, является введение

вметодику испытаний коррозионного фактора.

В1962 г. М. С. Плессет [50] предложил импульсный метод исследования кавитационной эрозии. Сущность этого метода сво­ дится к тому, что образец в магнитострикционном вибраторе колеблется не непрерывно, а с некоторыми промежутками. Цикл, или период, импульсной кавитации М. С. Плессетом принят рав­ ным 216,67 мс, а время колебаний образца составляет 1/20 периода. Таким образом, время испытаний резко увеличивается: если при непрерывной кавитации образец испытывается обычно 3 ч, то при импульсной кавитации — 60 ч, из них 57 ч образец находится

вводе в неподвижном состоянии.

Примерно аналогичная методика испытаний предложена М. Г. Тимербулатовым [61 ]. Разница заключается в том, что обра­ зец испытывается на магнитострикционном вибраторе 5 мин и 24 ч находится в воде. По этой методике для достижения трехчасового кавитационного воздействия потребуется 36 дней. Естественно, во втором случае фактор коррозии проявляется в большей степени.

Существенным недостатком обеих методик является произволь­ ность в соотношении механического и коррозионного воздействий. При изменении этих соотношений будет соответственно изме­ няться относительная стойкость испытываемых углеродистых и нержавеющих сталей.

197

Нам представляется, что наиболее правильно можно прибли­ зить результаты лабораторных испытаний к натурным естествен­ ным путем, т. е. снизить интенсивность кавитационного воздей­ ствия до величин, имеющихся на действующих ГЭС.

Для сопоставления интенсивности кавитационного воздействия в натурных и лабораторных условиях были использованы резуль­ таты испытаний турбин методом скоростной эрозии.

Подбором соответствующего режима стенда можно достичь

Сопоставление кавитационной эрозии в лабораторных и натур­ ных условиях можно сделать также по степени разрушений мате­ риалов, из которых изготовляются детали проточной части тур­ бины.

Испытания при натурной интенсивности кавитации не озна­ чают, что длительность эксперимента увеличивается до нескольких тысяч часов. Для средней интенсивности натурной кавитации, характерной для радиально-осевых турбин типа Нива-Ш, Баксан, ДнепроГЭС, поворотнолопастных турбин волжских гидроэлектро­ станций, время лабораторных испытаний будет составлять 300— 400 ч. За это время обычные нержавеющие стали потеряют в весе 8—10 мгс, которые можно замерить в лабораторных условиях с достаточной степенью точности.

При максимальной интенсивности натурной кавитации потери веса 8— 10 мгс будут иметь место уже через 30 ч.

Учитывая, что в натурных условиях материалы могут работать при различной интенсивности кавитационного воздействия, пред­ ставляется целесообразным и в лабораторных условиях для все­ сторонней проверки кавитационной стойкости материалов испы­ тания проводить при широком диапазоне интенсивности воздей­ ствия.

Наиболее легко интенсивность воздействия регулируется на ударно-эрозионном стенде путем изменения числа оборотов диска

итем самым скорости удара образца о струю воды.

Вновой методике ЛМЗ приняты следующие режимы испытаний:

Давление в напорном баке, определяющее скорость истечения струи, и диаметр выходного сечения сопла остаются постоянными для всех режимов. Скорость истечения из сопла не оказывает суще­ ственного влияния на интенсивность разрушения и выбирается исходя из условия восстановления струи при пересечении ее образцами.

Нами выбраны: давление в напорном баке 0,8 эти, пстр =

— 8 м/с и диаметр сопла 5 мм,

198

при вУсоких интенсивностях (п = 2800 об/мин). Однако приме­ нительно к ударному стенду сопоставление стойкости отдельных материалов следует производить не по весовым потерям, как это

Рис. V.24. Кавитационная стойкость материалов при различной интенсивности воздействия

делается многими исследователями, а по времени испытаний до достижения определенных (-—10 мгс) потерь веса образцов. Это связано с особенностью разрушения образца при больших ско-

Т а б л и ц а V.15

Относительная стойкость сталей при различной интенсивности кавитационного воздействия

200

ростях удара. При появлении на образце начальных разрушений его поверхность становится неровной и интенсивность воздействия резко возрастает при неизменном режиме испытаний. В этом слу­ чае начавшиеся разрушения менее стойкого материала катастро­ фически возрастают. Поясним это на примере.

На рис. V.25 показано разрушение двух материалов: 1Х18Н9Т

и в то же время зона эрозии будет расположена в одном итом же месте.

На магнитострикционном вибраторе менять интенсивность ка­ витационного воздействия затруднительно и расширенная мето­ дика для этого стенда неприменима.

Сопоставим результаты испытаний на различных стендах между собой. Обязательным условием при сопоставлении должна быть одинаковость интенсивности воздействия. Возьмем для примера результаты испытаний углеродистых и нержавеющих сталей на ударно-эрозионном и кавитационно-эрозионном стендах при на­ турной интенсивности кавитационного воздействия, которая дости­

т