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

тели вместе с поставкой турбины поставляют и оборудование для ремонта. В качестве примера рассмотрим конструкцию лесов, устанавливаемых под рабочим колесом турбины Красноярской гидроэлектростанции (рис. VI. 14). Леса состоят из центральной стойки 1, с которой шарнирно соединены балки — лучи 2. Пери­

ферийные концы этих балок с помощью тяг S подвешиваются к лопастям рабочего колеса. На балки устанавливаются рифленые листы 4. Центральная стойка фланцем крепится к конусу рабочего колеса. Опускание лесов под рабочее колесо производится через центральное отверстие вала турбины, при этом балки сложены. После опускания и крепления центральной стойки к конусу балки разводятся в стороны и подвешиваются к лопастям. Грузо­ подъемность лесов такой конструкции до 5 тс.

246

Металлические леса обеспечивают полную пожарную безопасность при сварочных работах. Деревянные настилы, применяемые на некоторых ГЭС, могут загореться, особенно при воздушнодуговой строжке, когда с лопасти сдувается расплавлен'ный-

Рис.У1.15. Схема вентиляции камеры рабочего колеса турбины Братской ГЭС

Стационарное освещение выполняется в виде гирлянд или про­ жекторов. Применяемое напряжение для гирлянд 36 В, мощность ламп 60 Вт. Для прожекторов напряжение 220 В, мощность ламп 200 Вт. Местное освещение выполняется с помощью переносных ламп напряжением 12 В, мощностью 40 Вт. При использовании напряжения 220 В особое внимание должно быть обращено на надежную изоляцию токоведущих кабелей,

247

Сварочные работы под рабочим колесом требуют хорошей вентиляции. На ГЭС встречаются самые разнообразные схемы вентиляции камер рабочих колес. В качестве наиболее рациональ­ ной рассмотрим схему вентиляции, примененную на турбине Брат­ ской ГЭС (рис. VI. 15). По этой схеме воздух под рабочее колесо подается из машинного зала через полый вал агрегата. Нагнета­ ющий вентилятор 1 устанавливается на надставке вала генера­ тора. Загрязненный воздух отсасывается через спиральную ка­ меру, напорный трубопровод 2 и аэрационную трубу 3 в атмо­ сферу. Отсасывающий вентилятор 4 устанавливается на выходе из аэрационной трубы. Схема вентиляции в летнее и зимнее время не меняется, поэтому под рабочее колесо в любой период времени подается теплый воздух. При одновременной наплавке, производимой шестью сварщиками, эта схема вентиляции обес­ печивает нормальные условия работы.

Кавитационные повреждения в гидротурбинах встречаются как чисто эрозионного происхождения, так и механического (вследствие пульсации каверны), когда происходит отрыв за­ щитного покрытия.

На рис. VI. 16 приведены характерные примеры кавитационной эрозии лопасти рабочего колеса радиально-осевой турбины и отрыв облицовки на камере рабочего колеса поворотнолопастной турбины.

Удаление разрушенного кавитацией металла производится путем шлифовки или при помощи воздушно-дуговой строжки. При небольших глубинах разрушений, характерных для деталей из нержавеющих сталей, обычно применяется шлифовка. На дета­ лях из углеродистой стали разрушенный металл, как правило, удаляется воздушно-дуговой строжкой. Строжка выполняется угольными электродами. После строжки поверхность целесо­ образно прошлифовать до получения чистого металла. Воздушно­ дуговая строжка вследствие высокой производительности, отно­ сительно небольшого разогрева основного металла получает все большее распространение при ремонтах гидротурбин.

Восстановление деталей, разрушенных кавитацией, рассмо­ трим отдельно для углеродистых и нержавеющих сталей.

На деталях из углеродистых сталей разрушения появляются в первый же период эксплуатации. Очень важно своевременно провести ремонтные работы. Выше было рассмотрено влияние эрозии на к. п. д. Кроме того, задержка в ремонте вызывает серьез­ ные разрушения, которые исключают восстановление путем на­ плавки и требуют вырезки крупных поврежденных участков и установки вставок. Так, например, первый ремонт рабочего ко­ леса (материал — сталь ЗОЛ) на Мингечаурской ГЭС был проведен через 28 000 ч эксплуатации. За это время были полностью раз­ рушены выходные кромки лопастей (рис. VI. 17), на входных кром­ ках разрушения достигли глубины 30 мм. Ремонт был длитель­ ным, с большим объемом работ, причем на многих лопастях были установлены вставки.

246

быть в известной степени допущено для камер рабочих колес, залитых в бетон, но совершенно недопустимо для лопастей, испы­

тывающих повторно-переменные нагрузки и могущих свободно деформироваться.

В настоящее время облицовка при ремонтах практически не применяется, сорванные с детали куски облицовки восстанавли­ ваются наплавкой. Для наплавки применяются электроды марок ЦЛ-11 И ЦТ-15.

На вновь выпускаемых турбинах применения облицовки для ремонта не требуется, поскольку все детали проточной части турбины, подверженные кавитационной эрозии, изготовляются или целиком из нержавеющей стали или с защитным слоем из нержавеющей стали.

Восстановление детали из нержавеющих сталей производится наплавкой. Детали из сталей 20Х13НЛ и 0Х12НДЛ наплавляются, как правило, электродами ЭА-395/9 или ЦТ-10 без подогрева. Сталь 0Х18НЗГЗД2Л наплавляется электродом ЦЛ-33 (1Х22Н9) или ЦЛ-9. Биметаллические детали восстанавливаются с учетом материала защитного слоя.

На некоторых ГЭС небольшие кавитационные разрушения глубиной 0,5— 1,0 мм зашлифовываются и не завариваются. Такой метод не дает существенного уменьшения в скорости эрозии, искажает профиль лопасти и может вызвать дополнительные разрушения за образовавшейся неровностью. В дальнейшем местные зашлифовки создадут известные трудности при восста­ новительных работах (увеличивается объем наплавки, неточно устанавливается контрольный шаблон и т. д.), поэтому от этого метода следует отказаться.

Восстановительная наплавка как на углеродистых, так и на нержавеющих сталях производится на постоянном токе обратной полярности.

Для ручной сварки и воздушно-дуговой строжки на ГЭС применяется следующее оборудование: сварочные преобразова­ тели ПСМ-1000, ПСО-500, ПС-300; балластные реостаты РБ-300, РБ-315, РБ-900. Использование многопостовых источников пи­ тания типа ПСМ-1000 предпочтительнее, так как позволяет сокра­ тить количество единиц сварочного оборудования и тем самым уменьшить занимаемую площадь и упростить обслуживание.

На некоторых гидроэлектростанциях при ремонте применяется полуавтоматическая наплавка в среде углекислого газа. Такой вид наплавки позволяет повысить производительность труда и сократить трудоемкость последующей обработки наплавленной поверхности [43].

Восстановительная наплавка должна выполняться несколько полнее с учетом последующей шлифовки. Проверка качества вы­ полненных работ производится путем наложения шаблонов. При этом неточности формы и размеров детали, допущенные при ремонте, не должны превышать допуски, заданные чертежом.

251

С П И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1. А б е л е в А. С. Перспективы НИР в области гидротурбинных блоков и развитие экспериментальной базы ВНИИГ. — «Труды координационных со­

в кавитационной области. — «Акустический журнал», 1965, т. 11, вып. 3, с. 287— 293.

4. Б а р к о в Н. К., К у з е в а н о в Н. М. Влияние выпуска воздуха на кавитационный износ радиально-осевых рабочих колес. — «Электрические стан­

ние нестационарных явлений и кавитации в гидротурбинах. — «Труды ЛПИ»,

№3, с. 122—129.

10.В о е в о д и н С. И. Измерение концентрации свободного воздуха в воде

ние кавитационной стойкости изделий при помощи облицовки сваркой взрывом. —

19.Г р и в н и н Ю. А. О механизме кавитационной эрозии при пленочных формах кавитации в лопастных системах гидротурбин. — «Труды ЦКТИ», 1971, вып. 106, с. 109— 124.

20.Г р и в н и н Ю. А., Э д е л ь Ю. У. О кавитационной эрозии в гидро­

д о р о в а Л. М. Исследование кавитационной стойкости наплавок, применяе­

252

23. З е л ь д о в и ч Я. Б. — ЖЭТФ, 1942, т. 12, с. 525—537.

24.К а н а в е л и с Р. Струйный удар и кавитационное разрушение. — «Trans. ASME, s. D», 1968, № 3, с. 39—48.

25.К в я т к о в с к и й В. С. Диагональные гидротурбины. М., «Машино­ строение», 1971, 208 с.

26.К в я т к о в с к и й В . С. О кавитационных свойствах гидротурбин. — «Труды МЭИ», 1956, вып. 19, с. 329—353.

28.К о в а л е в Н. Н. Гидротурбины. Л., «Машиностроение», 1971, 584 с.

29.Справочник конструктора гидротурбин. Под ред. Н. Н. Ковалева. Л., «Машиностроение», 1971, 304 с.

ципы создания новой номенклатуры крупных ПЛ и РО гидротурбин. — «Труды ЛМЗ», 1964, № 10, с. 39—50.

36.К р я н и н И. Р. Исследование металлов для гидротурбин. — «Труды ЦНИИТмаш», 1972, № 101, 62 с.

37.К у Д Р о в Н. Д ., Д е к с т е р А. X., Л и у к о н е ц Ю. Н. Оборудо­

вание первой очереди новой лаборатории гидротурбин. — «Труды ЛМЗ», 1964,

№10, с. 279—292.

38.Л о й ц я н с к и й Л . Г. Механика жидкости и газа. М., «Наука», 1970.

39.Л о м а к и н А. А. Условия подобия при исследовании на моделях

286 с. Авт. Ф. В. Аносов, А. В. Белобородов, М. В. Гущин, С. С. Кузминский, М. С. Кустанович, В. М. Малышев, Н. И. Пылаев.

42.Международный код модельных приемо-сдаточных испытаний гидравли­ ческих турбин. М., Комитет по участию СССР в международных энергетических объединениях, 1967, 53 с.

43.М и л и ч е н к о С. Л. Ремонт кавитационных разрушений гидротурбин. М., «Энергия», 1971, 105 с.

44.М о р о з о в А . А. ред. Турбинное оборудование гидроэлектростанций. М., Госэнергоиздат, 1949, 360 с.

45.Н о д е С., Э л л и с А. О механизме кавитационных разрушений неполу­ сферическими пузырьками, смыкающимися при контакте с твердой пограничной

поверхностью. — «Техническая механика», 1961, № 4.

46. Н у м а ч и Ф., О б а Р., Ч и д а И. Влияние шероховатости поверхности на кавитационные характеристики гидропрофилей. — ТОИР, 1965, № 2, се­

рия D, с. 269—280.

47. О р л о в В. И. Гидродинамические силы, действующие в направляющем

49.П е р н и к А. Д. Проблемы кавитации. Л., «Судостроение», 1966, с. 439.

50.П л е с с е т М . С . Импульсный метод получения кавитационной эрозии.—

«Tnans. ASME, s. D», 1963, № 3.

253