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

стойкостью и механическими свойствами материала — твердостью, пределом текучести, временным сопротивлением.

В работе [62] в качестве критерия оценки сопротивляемости материала кавитационному воздействию предложена энергия деформации, определяемая площадью диаграммы напряжение — деформация при сжатии.

В работе [102] на основе сопоставления влияния различных механических характеристик материала (в том числе и энергии деформации) на эрозию высказывается другая точка зрения — эрозия лучше всего коррелируется с величиной произведения предела упругости на твердость по Бринелю.

Однако если проанализировать результаты испытаний и име­ ющийся опыт эксплуатации, то окажется, что все эти критерии далеки от действительного соотношения материалов по кавита­ ционной стойкости. Во-первых, они не учитывают фактор корро­ зии при кавитации. В п. 22 были рассмотрены примеры, когда высокопрочные углеродистые стали с большой твердостью раз­ рушались так же, как обычные поделочные стали типа 20ГСЛ

иСт.З, в то время как нержавеющие стали с невысокими прочност­ ными характеристиками обладали наивысшей стойкостью. Если распространять эти критерии только на нержавеющие стали, то

ив этом случае они не определят кавитационной стойкости ма­ териала, так как не учитывают способности материалов упроч­ няться при кавитационном воздействии. Например, аустенитные стали 0Х14АГ12 и 0Х18Н10Т, имеющие близкие прочностные характеристики, существенно отличаются по кавитационной стой­ кости .

испытаний был выбран с п = 2000 об/мин. Этот режим по интен­ сивности воздействия значительно ниже, чем при форсированном режиме с п = 2800 об/мин, но все же превышает существующие режимы кавитации на большинстве действующих ГЭС.

Исследованию подверглись различные группы пластмасс — полиэтилен, полихлорвинил, полиамиды, эпоксидные и поли­ эфирные смолы, наиритовое (каучуковое) покрытие и ряд других материалов.

Испытываемые образцы изготовлялись или целиком из пласт­ массы, или пластмасса наносилась на стальную основу в виде слоя толщиной 1—2 мм. В связи с тем, что удельный вес иссле­ дованных материалов различен, а также учитывая, что некоторые пластмассы характеризуются большой набухаемостью, оценка стойкости производилась по времени разрушения поверхности образца на глубину ~ 1—3 мм.

Результаты испытаний приведены в табл. VI.5. Как следует из таблицы, наиболее высокой стойкостью обладает полиэтилен высокой плотности низкого давления. За период испытаний 52 ч разрушений не было обнаружено. За это время на эталонном

240

Т а б л и ц а VI.5

Кавитационная стойкость неметаллических материалов

образце из стали 1Х18Н10Т разрушения достигли глубины ~ 4 мм (рис. VI. 11). Высокие показатели кавитационной стойкости также у капролона (48 ч до начала разрушения). Однако эти пластмассы вследствие относительно низких прочностных характеристик не могут быть использованы в качестве конструкционных материалов.

Попытки использовать эти материалы в качестве защитных по­ крытий оказались неудачными. Например, полиэтилен, нанесен­ ный на металл напылением, разрушался, плакированный поли­ этилен, наклеенный на стеклопластик, сорвало.

В настоящее время на турбинах гидроэлектростанций СССР

пластмассы в качестве защитного кавитационностойкого покры­ тия не нашли применения, однако работы в этом направлении ведутся.

31. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТУРБИН, РАЗРУШЕННЫХ КАВИТАЦИЕЙ. ОРГАНИЗАЦИЯ РЕМОНТНЫХ РАБОТ

В процессе эксплуатации турбин детали проточной части; несмотря на принятые меры защиты, подвергаются в той или иной степени кавитационной эрозии. Впп. 10— 12 была рассмотрена кавитационная эрозия поворотнолопастных, радиально-осевых и ковшовых гидротурбин. Необходимость восстановления деталей, разрушенных кавитацией, обычно определяет сроки вывода агре­ гата в капитальный ремонт.

На многих ГЭС продолжительность межремонтного периода работы агрегата измеряется в годах. Этот показатель фигурирует также в правилах технической эксплуатации. В то же время исчисление межремонтного периода в годах ничего не определяет. Действительно, для разных ГЭС время работы агрегата в течение года различно, например турбины Плявинской ГЭС работают в году — 1500 ч, Братской ГЭС— 8000 ч. А степень эрозии при прочих равных условиях определяется продолжительностью экс­ плуатации. Из этого следует, что более правильно межремонтный период выражать в часах работы агрегата. Продолжительность межремонтного периода зависит от интенсивности кавитационной эрозии и допустимого объема разрушений.

Интенсивность кавитационной эрозии на турбинах действу­ ющих ГЭС уже была рассмотрена. Что касается допустимого объема разрушений, то следует различать две стороны этого во­ проса: во-первых, степень разрушения должна позволять произ­ водить ремонт детали на месте; во-вторых, разрушения не должны существенно сказываться на к. п. д. турбины. Первая сторона вопроса характерна для ремонта детали из нержавеющих сталей. Известно, что в этом случае большой объем наплавочных работ недопустим без соответствующего подогрева детали. Осуще­ ствление подогрева на ГЭС затруднено и, следовательно, нужно ограничить объем наплавки. Для нержавеющей стали 20Х13НЛ (в связи с ее большей склонностью к подкалке) объем наплавки должен быть значительно меньше, чем для стали 0Х12НДЛ. Опыт проведения ремонтных работ показывает, что при заварке кавитационных разрушений глубиной 5—8 мм на стали 20Х13НЛ и 10— 12 мм на стали 0Х12НДЛ трещин не образуется. Эти глу­ бины и следует, очевидно, принять в качестве допустимых при назначении срока ремонта. Для деталей с нержавеющим защитным слоем целесообразно производить ремонт после разрушения за­ щитного слоя.

Углеродистые стали допускают значительно большие объемы наплавки без подогрева, при этом главным становится фактор

244

снижения к. п. д. турбины. На некоторых ГЭС путем замера к. п. д. относительным методом обнаружено, что при значительных кавитационных разрушениях наблюдается заметное снижение к. п. д., достигающее 1—2%. В этом случае выбор сроков ремонта определяется экономическими соображениями.

В работе [27] доказывается, что проведение ремонта экономи­ чески оправдано уже при снижении к. п. д. на 0,2%. В этой же работе рекомендуется определять наивыгоднейший межремонтный период путем подсчета часовой амортизации А стоимости ремонта, произведенного после X ч работы турбины, и средней часовой стоимости потерь от снижения к. п. д. В. Время, через которое

рушенных кавитацией, заключается в том, что ремонт, как пра­ вило, производится без демонтажа агрегата.

Весь цикл ремонта можно разделить на три этапа:

1)подготовительные работы;

2)удаление металла, разрушенного кавитацией;

3)восстановление детали до первоначального профиля. Подготовительные работы состоят из осушения проточной

части турбины, установки лесов под рабочим колесом, проводки временного освещения, составления формуляра кавитационных разрушений и уточнения объема ремонтных работ, прокладки сварочных кабелей и воздушных шлангов, монтажа системы вентиляции и средств пожарной безопасности.

Нужно отметить большое разнообразие конструкций вспомо­ гательного оборудования для ремонтов на ГЭС. Причем ремонтное оборудование отличается не только потому, что оно используется для турбин разных типов, оно отличается и для однотипных и даже для одинаковых турбин. Например, одинаковые турбины Усть-Каменогорской и Днепровской ГЭС имеют совершенно разное вспомогательное оборудование для ремонта.

Большинство конструкций лесов, освещения, вентиляции — местного производства, лишь в последнее время заводы-изготови-

245