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

Секундное количество кавитационных вмятин невозможно было подсчитать с достаточной точностью для всех сопел, так как на образцах в малых соплах вмятины располагались вплотную одна к другой и имели очень малый объем. Однако по плотности расположения вмятин можно было заключить, что количество кави­ тационных импульсов уменьшается с ростом линейного размера.

Зависимость количества импульсов от размера сопла можно определить теоретически, исходя из следующих предположений:

1) число Струхаля при условии геометрического, кинематиче­ ского и кавитационного подобия остается постоянным для всех сопел

2) число кавитационных импульсов в единицу времени про­

Таким образом, при указанных предположениях секундное число импульсов обратно пропорционально линейному размеру, что качественно соответствует экспериментальным наблюдениям.

При условии подобия спектров кавитационных ударов для всего геометрического ряда сопел интегральную интенсивность эрозии можно представить в виде произведения энергии осредненного единичного импульса Е 1 на секундное число импульсов г

Учитывая, что величина Е г пропорциональна объему единичной вмятины V, подставим значения У и г из формул (V.9) и (V.13) в выражение (V.14)

Полученная зависимость показывает, что интегральная интен­ сивность эрозии, характеризуемая объемом унесенного материала, пропорциональна кубу линейного размера.

Из подобия кавитационной зоны следует, что

207

Полученные зависимости были проверены путем непосред­ ственного замера весовых потерь (с последующим пересчетом на объемные потери) образцов, изготовленных из графито-свинцовой

пластмассы НАМИТС-ТАФ.

Во время испытаний замерялись потеря веса образцов, пло­ щадь зон эрозии, а также максимальная и средняя глубина по­ вреждений материала (табл. V.16).

Для образцов из материала НАМИ-ГС-ТАФ характерно отсут­ ствие инкубационного периода. Скорость разрушения образцов во времени остается практически постоянной (рис. V.28, а).

Характеристики кавитационной эрозии (AV7A/; F3; Ahmax/At) в зависимости от линейного размера, построенные в логарифмиче­ ских координатах, приведены на рис. V.28, б. Нужно отметить некоторый разброс точек вокруг осредняющих прямых, который объясняется резкой зависимостью эрозии от точности изготовления сопел.

Полученные при испытаниях с пластмассовыми образцами зависимости можно представить следующими уравнениями:

дение зависимостей интегральной интенсивности эрозии от линей­ ного размера, полученных двумя различными методами. В обоих случаях величина / = AVI At пропорциональна кубу размера.

Следует отметить разницу в зависимостях средней и макси­ мальной глубины повреждений материала. Максимальная глу­ бина возрастает с увеличением размера более резко, чем средняя. Это объясняется увеличением энергии единичных импульсов, которое сопровождается ростом объема отдельных выкрашива­ ющихся частиц материала. В результате высота неровностей в зоне повреждения материала становится больше, чем и опреде­ ляется более быстрый рост максимальной глубины. Отмеченное обстоятельство необходимо учитывать при сопоставлении турбин по максимальной глубине кавитационных повреждений.

Кроме геометрически подобных сопел, на эрозию исследова­ лись сопла с различной шириной канала (З^. 32; З3). Профиль канала вдоль потока оставался неизменным. Ширина канала была выбрана: Ьг= 20 мм; Ь2 — 40 мм и Ь3 = 60 мм. Исследова­ ния проводились как на свинцовых, так и на пластмассовых образцах.

208

Результаты испытаний этой серии сопел приведены в табл. V.16. Как следует из таблицы, весовые потери и максимальная глубина разрушений резко возрастают с увеличением ширины сопла. Растут также диаметр и глубина отдельных вмятин. Пло­ щадь эрозии несколько уменьшается.

Представляя характеристики эрозии в виде степенных функ­ ций от ширины сопла или от размаха кавитационной каверны, получим следующие выражения:

Если предположить, что секундное количество кавитационных ударов для всех сопел постоянно и спектры ударов остаются подобными, то интенсивность кавитационного воздействия, опре­

Полученная зависимость интенсивности эрозии по единичным вмятинам не совпадает с зависимостью АV/At, полученной не­ посредственным определением потерь веса. Это объясняется изме­ нением количества импульсов с изменением ширины сопла.

В данном опыте фиксация эрозии производилась на боковой стенке, т. е. на поверхности, ограничивающей каверну по размаху. Однако и на профильной стенке наблюдается качественно такой же характер изменения эрозии с изменением ширины сопла.

Исследование влияния скорости потока на кавитационную эрозию производилось с использованием результатов замеров единичных вмятин, а также путем замера объемных разрушений пластмассовых образцов.

Интенсивность эрозии, выраженная через единичные вмятины [формула (V. 14)], определяется произведением объема единичных вмятин на их количество в единицу времени.

При одинаковых размерах каверны площадка нагружения кавитационным импульсом существенно не меняется и диаметр вмятин с ростом скорости увеличивается незначительно. Прене­ брегая увеличением диаметра вмятин и представляя z и h' в виде

степенных функций z = A ltvq и h' = A lbv™, получим следующее выражение для интенсивности^кавитационной^эрозии

Величины показателей п я т для различных материалов, определенные согласно исследованиям, изложенным в п. 24, приведены в табл. V. 17,

2Ю

затель т существенно возрастает с увеличением твердости мате­

Из сопоставления уравнений (V.27) и (V.28) видно, что методы оценки интенсивности по единичным вмятинам и по объемным потерям дают близкие результаты.

Т а б л и ц а V.18

Результаты испытаний образцов при изменении скорости

С увеличением скорости потока интегральная интенсивность кавитационного воздействия резко возрастает. Это связано с бы­ стрым ростом числа кавитационных импульсов, а также с увели­ чением их энергии. Площадь зоны эрозии остается постоянной.

Объединяя экспериментальные материалы по влиянию скорости и линейного размера на интегральную интенсивность эрозии, получим уравнение