1.1.3 Влияние кавитации на процесс эксплуатации гидротурбин.
Улучшение технико-экономических показателей гидротурбин достигается за счет уменьшения их размеров и веса при условии обеспечения их расчетной мощности.
Чтобы снизить размеры и вес агрегата, необходимо при тех же параметрах и приемлемых энерго-кавитационных характеристиках увеличить удельную пропускную способность турбины и ее частоту вращения, что связано с ростом скоростей потока в проточной части турбины и может привести к изменению ее гидродинамических и прочностных характеристик. Увеличение скоростей потока, как правило, вызывает рост потерь энергии, падение КПД турбины и дальнейшее понижение давления в потоке.
В процессе эксплуатации гидротурбин на ГЭС их мощность определяется графиком нагрузки энергосистемы. При регулировании мощности турбины меняется ее расход и, следовательно, величины скоростей и давлений в проточной части. Увеличение расхода обычно приводит к росту динамического вакуума в рабочем колесе и на входе в отсасывающую трубу.
Кроме того, изменение расхода на ГЭС сопровождается колебаниями отметок уровня воды перед и за плотиной, что также вызывает изменение давления в потоке, протекающем через турбину. При некоторых значениях расхода и отметках установки турбины по отношению к нижнему бьефу абсолютное давление в потоке может приблизиться к давлению парообразования при заданной температуре воды. В результате чего наступает кавитация, которая является причиной ухудшения эксплуатационных характеристик гидротурбины.
Рисунок 1.3. Изменение давления в каналах рабочего колеса реактивной гидротурбины.
Уменьшение потенциальной энергии давления потока при его прохождении через рабочее колесо турбины является естественным процессом преобразования гидравлической энергии потока в механическую энергию на валу турбины. Перепад давления на рабочем колесе, характеризуемый коэффициентом реактивности, тем больше, чем выше быстроходность гидротурбины. Большая разность давлений р1 > р2 на входе и выходе из рабочего колеса приводит к существенному падению давления на тыльной поверхности лопасти (рис. 1.3).
Следовательно, повышение скоростей в потоке, необходимое для увеличения быстроходности турбины, связано с опасностью появления кавитации в рабочем колесе.
Очевидно, что для дальнейшего улучшения технико-экономических показателей гидроагрегатов и здания ГЭС (уменьшение их размеров и стоимости) необходимо, в частности, применять проточную часть гидротурбин с улучшенными кавитационными характеристиками. Улучшение кавитационных характеристик проектируемых гидротурбин может достигаться такими способами: использованием совершенных расчетных методов расчета и экспериментальной доводки проточной части моделей известных типов гидротурбин; применением новых типов гидротурбин с улучшенными характеристиками.
Наличие в проточной части развитой кавитации, влияющей на характеристики гидротурбины, недопустимо. Чтобы ее избежать необходимо знать, какие факторы влияют на падение давления в проточной части, какие формы и стадии кавитации могут существовать в потоке. Правильный учет факторов, влияющих на кавитацию, обеспечит надежную и экономичную работу гидротурбин на ГЭС