книги из ГПНТБ / Пылаев, Н. И. Кавитация в гидротурбинах

1 Максимальный приведенный расход для колеса Р0697(а — 1160 л/с.

Из рис. V.6 следует, что с увеличением мощности эрозия в зоне выходной кромки лопасти возрастает, достигая максимума в опти­ мальной зоне характеристики (для Р0697 Q{onT^ 950 л/с).

Vq M M 3

Площадь эрозии с увеличением мощности смещается к выходной кромке. Можно предположить, что при дальнейшем росте мощно­ сти область замыкания кавитационных каверн сместится за пре­ делы лопасти.

Интересно проследить за состоянием агрегата с набором на­ грузки. Самый неспокойный режим работы турбины, характери­

162

На этом участке пластины после 2 ч испытаний получали заметные повреждения и после каждого режима менялись.

Результаты испытаний представлены на рис. V.7. Зависимость эрозии от мощности турбины для рабочего колеса

Р082 характеризуется максимумом в оптимальной по к. п. д. зоне характеристики. При уменьшении или увеличении нагрузки по отношению к оптимальной эрозия падает. Такая зависимость характерна для эрозии, расположенной вблизи выходной кромки лопасти. Действительно, с увеличением мощности растет отно­ сительная скорость потока и эрозия увеличивается. Этому пе­ риоду соответствует участок кривой изменения мощности от 9 до 29 МВт (рис. V.7, а). Дальнейшее увеличение мощности, сопро­ вождающееся ростом скоростей и снижением давления, смещает зону замыкания кавитационных каверн за лопастную систему, и эрозия уменьшается (участок кривой с изменением мощности от 29 до 38 МВт).

Зависимость эрозии от заглубления исследована на двух на­ грузках: 29 и 38 МВт (рис. V.7, б). Штриховыми линиями на этом рисунке показан предположительный ход кривых, построенных по аналогии с рис. V.6. Максимальная эрозия наблюдалась при ka = 1,5-ч-1,6. На нагрузке 29 МВт с уменьшением заглубле­ ния (ka изменяется от 1,76 до 1,57) площадь эрозии, несколько смещаясь к выходной кромке лопасти, остается постоянной, а глубина эрозии возрастает. Режим с N = 29 МВт и ka = 1,57

164

характеризуется наибольшей интенсивностью эрозий — глубина отдельных вмятин на алюминиевых пластинах достигает 0,17 мм, а диаметр до 1 мм.

Уменьшение подтопления при нагрузке 38 МВт приводит к существенному сокращению площади эрозии. При этом зона эрозии смещается к самой выходной кромке лопасти (рис. V.8).

Смещение зоны эрозии объясняется понижением давления в по­ токе и перемещением смыкания кавитационных каверн за лопаст­ ную систему.

Рис. V.7. Зависимость кавитационной эрозии от мощности (а)

и заглубления (б) турбины ГЭС Нива-III

Для исследования влияния впуска воздуха в зону рабочего колеса на эрозию был выбран режим с N — 19 МВт. На этом режиме засасывается максимальный объем воздуха. Однако даже максимальный объем воздуха, всасываемого через центральное отверстие вала и через клапаны срыва вакуума, не оказывает заметного влияния на кавитационную эрозию лопастей. Объяс­ няется это тем, что воздух засасывается в центральный вихревой жгут, образующийся за колесом, и выносится с потоком из тур­ бины. Попадая в вихревой жгут, воздух снижает пульсации по­ тока, вызванные ударами при смыкании парогазовых пустот жгута на стенках отсасывающей трубы. В зоны образования и смыкания кавитационных каверн на лопастях воздух не попадает и, следовательно, не может оказать какого-либо влияния на эрозию.

Испытания на турбине Б р а т с к о й Г Э С были проведены на режимах 65, 80 и 100% ЛГшах.

165

Рабочее колесо Р0662 в условиях Братской ГЭС подвергается эрозии в зонах за входной кромкой, а также ближе к выходной кромке лопасти (рис. 11.18, VI). Ввиду некоторой разницы в изго­ товлении лопастей зона эрозии занимает полосу шириной — 600 мм, расположенную вдоль всего нижнего обода. В этом месте и были

1,25— 1,60. Меньшему значению ka соответствовала большая мощ­ ность. Таким образом, на зависимость эрозии от мощности накла­ дывалось влияние величины k„.

166

и нижним ободом, зона 3 — вблизи выходной кромки. В каждой зоне имеются участки с различной интенсивностью кавитацион­ ного воздействия.

Учитывая большие площади и разнообразие в интенсивности зон эрозии, подсчет общего объема деформации весьма трудоемок и сопряжен с большими погрешностями. Поэтому в качестве характеристики интенсивности кавитационного воздействия была

168

толщиной 0,1 мм. Сопоставление показывает, что по зонам эрозии и по их изменению с нагрузкой имеется качественное соответствие. Однако интенсивность кавитационного воздействия в условиях Братской ГЭС в сотни раз выше, чем на модели. Так, например, если на модели слой свинца 0,1 мм разрушался за 4—6 ч, то в на­ турных условиях на более твердом материале — алюминии — углубления до 0,5 мм появились за 10 мин. Единичные вмятины на модельном рабочем колесе имеют диаметр до 0,1 мм и глубину несколько микрон. В натурных условиях максимальный диаметр вмятин достигает 2,5 мм, а глубина — 0,5 мм. Интересно отме­ тить, что частота возникновения вмятин на рабочем колесе Брат­

ных условиях интенсивность кавитационного воздействия дости­ гается за счет больших энергий единичных ударов при относи­ тельно небольшой их частоте.

Повышенная по сравнению с моделью интенсивность эрозии турбин Братской ГЭС объясняется разницей в линейных размерах (D1h/D 1m = 22), а также в скорости обтекания {vjvM— 1,34).

22.ИСПЫТАНИЯ КАВИТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ МАТЕРИАЛОВ

ВУСЛОВИЯХ ДЕЙСТВУЮЩИХ ГЭС

Испытания материалов в условиях действующих гидроэлек­ тростанций, кроме непосредственного определения стойкости того или иного материала в конкретных условиях эксплуатации, дают необходимые критерии для разработки методов лабораторных испытаний. Поэтому несмотря на большую длительность и трудо­ емкость, испытания материалов в натурных условиях проводятся на многих гидроэлектростанциях.

На Ленинградском металлическом заводе им. XXII съезда КПСС материалы испытывались в виде: образцов, электродных наплавок, штатных деталей.

Испытания образцов проводились на поворотнолопастных турбинах Нарвской и Волжской ГЭС им. XXII съезда КПСС (основные параметры ГЭС приведены в табл. II.3).

Образцы в виде цилиндров диаметром 30 мм устанавливались на специальной планке (рис. V. 11). Материал планки — сталь 1Х18НЗГЗД2Л. Планка вваривалась в камеру рабочего колеса в месте наибольшей кавитационной эрозии. Образцы были изго­ товлены из нержавеющих сталей 20Х13НЛ, 1Х14НДЛ, 1Х18Н9Т, 1Х18НЗГЗД2Л, 38Х10Г10, а также из углеродистой стали Ст.З, упрочненной за счет цементации и термической обработки на различную твердость (НВ 200—500). Всего на планке было уста­ новлено 10 образцов. Турбины с установленными образцами на­ ходились в эксплуатации на Нарвской ГЭС три года, а на Волжской

170