ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кавитационные разрушения элементов проточной части гидравлических машин из "Износ лопастных гидравлических машин от кавитации и наносов " Ряд экспериментальных исследований и большой опыт эксплуатации гидравлических машин различного типа позволяют довольно точно установить наиболее характерные места насосов и гидротурбин, подверженные разрушению вследствие кавитационной эрозии. Проводившиеся наблюдения дают также возможность сделать вывод, что наиболее опасными, с точки зрения кавитационной эрозии гидромашин, являются поверхностная и щелевая кавитации. [c.54] Рабочим органом, подверженным наиболее сильной эрозии, вызванной поверхностной кавитацией, являются колеса турбин и насосов вообще и лопасти колес в особенности. [c.54] При длительной работе на режимах, резко отличающихся от оптимального (минимальном и форсированном), кавитационная эрозия лопастей колес гидротурбин резко усиливается, распространяясь по всей тыльной поверхности лопасти и захватывая часть рабочей поверхности, прилегающую к входной кромке. [c.55] Лопасти рабочих колес центробежных насосов разрушаются кавитационной эрозией со всасывающей (вогнутой) стороны. Степень износа увеличивается по направлению к выходной кромке лопасти. Если выходные кромки лопастей не заострены, то они также могут быть подвержены весьма интенсивной кавитационной эрозии. [c.55] Отсутствие у центробежных насосов такого регулирующего органа, как направляющий аппарат у радиально-осевых турбин, позволяющего менять в известных пределах условия входа потока на лопасти рабочего колеса при изменении расхода, является причиной того, что кавитационной эрозии подвержены входная кромка и участок напорной (выпуклой) поверхности лопасти, прилегающий к входной кромке. Ири длительной работе насоса на подачах, значительно превышающих оптимальную, кавитационное разрушение входных кромок лопастей может быть очень (СИЛЬНЫМ. [c.55] Лопасти рабочих колес осевых насосов разрушаются поверхностной (профильной) кавитацией со всасывающей стороны, при этом износ увеличивается, как правило, по направлению к периферийным торцам лопастей. В отдельных случаях [39, 116], по-видимому из-за недостатков профилирования лопастей, когда их напорная (поверхность обтекается потоком с отрицательными углами атаки при рабочих режимах насоса, кавитационным разрушениям подвержены напорные поверхности лопастей на некотором расстоянии от входной кромки. [c.55] Другими элементами рабочих колес, подверженными кавитационной эрозии вследствие поверхностной кавитации, хотя и в гораздо меньшей степени, чем лопасти, являются втулка и наружный обод колеса радиально-осевых турбин, наружный диск рабочего колеса центробежных насосов и втулки рабочих колес поворотно-лопастных турбин и осевых насосов. Последние разрушаются в местах прилегания торцов лопастей и на цилиндрическом участке поверхности под цапфами лопастей. [c.55] Как уже говорилось ранее, щелевая кавитация возникает вследствие резкого повышения скорости потока в различного рода щелях и зазорах. Наиболее типичным примером эрозии, вызванной щелевой кавитацией, является разрушение стенок колесных камер и периферийных торцов лопастей рабочих колес поворотнолопастных гидротурбин и осевых насосов. [c.56] Дальнейшая работа насосов в таких условиях оказалась невозможной из-за большой вибрации машины, резкого падения коэффициента полезного действия и увеличения потребляемой мощности. [c.57] В центробежных насосах с открытым рабочим колесом вследствие щелевой кавитации очень интенсивной эрозии подвержены концевые участки лопастей и передняя крышка корпуса (рис. 24, а, б). Поскольку в насосах этого типа крышка отливается вместе с входным патрубком, то для защиты от износа на ее внутренней поверхности устанавливаются сменные защитные диски. [c.57] В высоконапорных гидротурбинах кавитационной эрозии вследствие щелевой кавитации подвержены детали направляющего аппарата. При длительной работе на режимах с чрезвычайно малыми открытиями направляющего аппарата на верхнем и нижнем кольцах его образуются как бы отпечатки торцов лопаток. У самих лопаток сильно повреждаются торцы, особенно в выходной части. Иногда повреждения имеются и на боковых поверхностях, что в некоторых случаях приводит к быстрому укорочению концевых участков. [c.57] Очень часто кавитационные разрушения элементов гидромашин наблюдаются за неровностями поверхности царапинами, нанесенными режущим инструментом пологими холмиками, образовавшимися от неточной обработки детали выступами или впадинами, допущенными при установке монтажных пробок различными отверстиями и т. д. [c.58] При высоких скоростях потока, как например, в активных турбинах, интенсивная кавитационная эрозия может быть вызвана и весьма незначительными неровностями поверхности. [c.58] В очень редких случаях разрушение может быть вызвано отрывной формой кавитации. На одном из агрегатов Канакер-ской ГЭС [43] из внутренней поверхности нижнего обода рабочего колеса, на продолжении линии каждой лопасти образовались глубокие борозды. Ширина этих борозд достигала 50 мм, а наибольшая глубина 12 мм. По очертанию эти борозды были подобны параболам с вершинами у концов соответствующих лопастей. Разрушение в рассматриваемом случае было вызвано, по-видимому, кавитацией в вихрях, образующихся при отрыве потока от выходных кромок лопастей рабочего колеса. [c.58] Несмотря на большое количество фактического материала, можно сказать, что систематические наблюдения за кавитационным разрушением гидравлических машин проводились очень и очень редко. При внимательном изучении проблемы значительные трудности возникают из-за отсутствия количественных данных. Нет также данных, характеризующих изменение интенсивности и расположения зон кавитационной эрозии с изменением режима работы той или иной гидравлической машины. [c.58] Критерием кавитационной стойкости материала при всех испытаниях принято считать потери веса образца вследствие кавитационной эрозии в течение времени, которое определяется условиями опыта. Кавитационная стойкость тем выше, чем меньше потери веса. При определении кавитационной стойкости неметаллических материалов определяющим показателем в отдельных случаях может быть изменение объема образца, а не потери веса. [c.59] Оба эти критерия условны и затрудняют количественную оценку способности материала сопротивляться кавитационной эрозии. Более того они могут оказаться совершенно непригодными в тех случаях, когда в силу физико-механических свойств материала кавитационная эрозия выражается в пластических деформациях поверхности без потерь веса или изменения объема. Тем не менее они остаются пока единственными численными показателями кавитационной стойкости, используемыми в практике гидромашиностроения. [c.59] Одним из наиболее старых методов определения кавитационной стойкости материала является метод, при котором образец испытуемого материала помещается в начальный участок диффузора сопла Вентури (рис. 25, а). При определенной скорости потока или понижения давления в сжатом сечении сопла Вентури возникает кавитация, распространяющаяся и на начальный участок диффузора. Рабочий режим установки выбирается таким образом, чтобы образец материала находился внутри кавитационной зоны. [c.59] При другом методе, принципиально не отличающемся от первого, образец материала помещается в рабочую камеру гидродинамической трубы (рис. 25, б). Кавитация возникает за специальным элементом, чаще всего круглой формы, помещенным перед образцом материала перпендикулярно его поверхности. Износ образца вследствие кавитации в установках данного типа имеет форму факела, вызванную условиями обтекания кавитирующего элемента (рис. 26, й и б). [c.59] К недостаткам описываемого метода относятся турбулентное перемешивание вращающимся диском объема воды, заключенного в камере, и наличие пограничного слоя воды, вращающегося вместе с диском. Эти вторичные процессы несколько искажают действительную картину явления и затрудняют использование установок данного типа для изучения механизма кавитационной эрозии. В то же время эти установки, по мнению автора, являются весьма удобными для исследования кавитационной стойкости материалов. [c.62] Вернуться к основной статье