И. Пирсол - Кавитация (1163263), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Нередко необходимость ускорен ной работы насосов (в частности, насосов высокого дав. ления) диктуется экономическими требованиями. Во всех подобных случаях желательны механизмы с улучшении. ми кавнтационными характеристиками. Добиться хороших кавитационных характеристик можно двумя путями( во-первых, обеспечивая оптимальные условия 'работы насоса (см. 5.3)' и, во-вторых, снижая величину критического числа кавитации а„р.
Последнее обычно достигается путем изменения режима работы лопатки в области развитой кавитации, а также уменьшения числа лопаток и соответствующего выбора их профиля (предпочтительны лопатки с острыми входными кромками) ..Подобные меры позволяют уменьшить значение числа кавитации о„р до 0,04 н ниже. Существуют два типа насосов: шнековые (301 и суперкавитируюшня. [27, 311 (рис. 34). ГГервые из них ймеют длинную лопатку; н. кавербз, обрвзуюшдяся на входной кромке, замыкается на лопатке.
Насосы втового типа обладают короткими лопатками, и каверны замыкаются щ зепиж~ — "ъру ш р р,юм "т ствительны к эрозии чем шнековые. Оба типа 'представ' ляют собой осевйе насосы, и перепад давления иа них мал. Эти насосы часто применяются в качестве предварительной ступени как всасывающий бустрй у центробежного насоса для двстижеийя нйзких значений Ьл и получения требуемого полного давления. Поскольку ве.
личина пв такой кавитационной ступени меньше числа кавитации для центробежного насоса, ее оптимальный диаметр необходимо увеличить. Таким образом, кавитациоиная ступень по размерам оказывается больше, чем вход центробежного насоса, следующего за ней. При использовании шнековых или суперкавитирующих насосов легко получить значение величины К„равное 8, а дополнительные усовершенствования позволяют увеличить его до 12 — !б. 6.6.
Эрозия в насосах Этого вопроса мы касались в общих чертах в гл. 3. Если в насосе отсутствует кавитация, то не может быть и эрозии, К сожалению, как уже отмечалось, обеспечение условий отсутствия эрозии приводит к таким большим размерам насосов и к таким низким скоростям их работы, которые зачастую практически неприемлемы.
Как правйло, параметры работы насосов заключены в интервале от Б до А (см. рис. 26), в котором возникновение эрозии вполне реально. Современный уровень знаний не позволяет нам предсказать появление эрозии в каждом конкретном случае. Однако возможно дать некоторые общие рекомендации. Необходимо выбирать материалы, стойкие к эрозии (см. табл, 1). Эрозия маловероятна при работе насоса с морской водой или с жидкостью, отличной от воды.
В быстродействующих насосах (скорости на конце лопатки выше 60 м/с) вероятность эрозии при наличии кавитации весьма велико 6. Навитация в водяных турбинах 6.1. Определения и параметры Многое из того, что уже было сказано о кавитации, в равной мере относится и к водяным турбинам [32), однано необходимо отметить и некоторые существенные особенности, Во-первых, размеры водяных турбин обычно достаточно велики (диаметр приблизительно 10 м) и поэтому очень важным параметром их является к. п. д.
Для предотвращения кавнтации целесообразно глубокое погружение турбины, которое достигается установкой ее на более низкий уровень, Однако это обходится довольно дорого и обычно приходится идти на некоторый риск эрозии, работая в кавитацнонном режиме, Для регулярного ремонта эрозионных повреждений турбины предусматриваются специальные устройства, Во-вторых, водяная турбина гидравлически отличается от насоса тем, что здесь решетка профилей является ускоряющей (а не диффузорной, как в случае насоса), и поэтому минимум давления на лопатке достигается значительно дальше от передней кромки.
К тому же в центральной части отводящей трубы формируется кавита. ционный вихрь. Типичная диаграмма характеристик турбин показана на рис. 36. Наибольшую опасность с кавитационной точ. кн зрения представляет область в точке, обозначенной звездочкой, где критическое число кавитации для турбины максимально (полная нагрузка). В качестве характеристики кавитационного режима часто пользуются числом Тома. Р~ — Нэ Н~ оть = 51 где Н,— высота центральной линии турбины над руслом, Н вЂ” высота полного напора в турбине.
запад нурбнми Рис. ВД Схема турбинного тракта. На основании анализа результатов испытаний различных турбин получены эмпирические зависимости кри- г,г йв йвВ се 06 ь ани- са анцаа йВ аВ 00 Гв . Гг ГВ п(я,® Рис., 86. Характеристики турбины Френсиса. тического числа кавитации оть от коэффициента быстроходности (рнс. 37), которымн необходимо руководствоваться при проектировании новых турбин. уо У Цб ~ Цб У йз О ~ Я У 4 а Ка Рис.
Зу. Кааитацяя турбины. Приближенная зависимость для (оть)кр получена Карелиным (ЗЗ]; (ать)ка=(О,ПЗ - О,(4У)т)тькт*- ((, ( 3) ) )()-4)у~!) Мозонои (34] приводит для турбины Френсиса следующее соотношение: (,„), =О,(2п,К„О,832~ — ","')'. Оба соотношения можно также выразить через параметр К,.
Тогда формула Карелина приводится к виду (Кс)кр = 5~4 -*'- 414ю а формула Мозонои— 5,2 (К )ка = 1 Кл Носкевич [35] показал, что (К,)„лежат в интервале от 4,5 до 5,8 (см. рис. 37) (з' =238 —:306). Обычно при проектировании турбин величина К, принимается равной 4,4, некоторое усовершенствование конструкций турбин позволяет несколько ее снизить, 6.2. Оптимальная конструкция лопатки Так же как и в случае насосов, кавитационные харак. теристики турбин можно представить в виде функции ь„— числа кавитации лопатки и ~,— коэффициента по.
терь расхода; 2 2 %'2 к2т о =~ — +а —. ть 2аН и заН ' Носкевич установил, что ~ = 0,6-: 0,75, а ь, зависит от формы профиля. С другой стороны, Нехлеба (32] получил следующее соотношение: ( т„)„= —,'„~1Р'„- (1 + К~,) — п,с1 — (Р+ + 2(7~'л — (1 — Ч.Фа + УозИ. где вг~+ яг2 / Сь — коэффициент подъемной силы с учетом влияния других лопаток, К вЂ” кавитационный фактор, больший !.
Согласно Бетпу, величины К и Сь принимают следующие значения; Сх 0,71 1,0 1,26 1,46 К 1,33 1,37 1,75 2,12 Другой подход состоит в оптимизации треугольника скоростей на выходе и дает следующий результат. и,. для ь~ = 0,3 и ь, = 0,2, при которых иа выходе рабочего колеса образуется вихревой шнур. 6.3. Отводящий канал Образование вихревого шнура в отводящем канале свойственно только турбинам и не имеет аналогии в насосах.
Когда турбина работает в нерасчетном режиме ,'(расчетный режим определяется точкой наибольшего 91 ЙОООО ООО) Рис. ЗЗ. Кавитационные характеристики турбины Евреисиса; внизу показана форма вихревого щнура, образующегоси за тур. баной. к. и. д.), выходной поток оказывается закрученным, а в отводящем канале образуется вихревой шнур. (Направление вращения потока зависит от того, с какой стороны от расчетной точки работает турбина.) Этот водоворот формирует наполненные газом каверны, простирающиеся далеко вниз по потоку вдоль оси отводящего канала.
Вихревой жгут пульсирует и прецессирует, вызывая сильные вибрации конструкции. На рис. 36 показаны область отсутствия водоворота и влияние вихря на характеристики турбин. Связь между формой вихря и числом кавитации для режима работы Б (см. рис. 36) представлена на рис, 38. Для уменьшения воздействия таких пульсирующих вихрей обычно применяются два метода. Один из них заключается в подводе воздуха в область низкого давления центральной части отводящего канала, что приводит к стабилизации кавитационного вихря н уменьшению вибраций. Другим методом является размещение коаксиального диффузора в центральной части отводящего канала, что предотвращает прецессию вихря внутри отводящего канала, не снижая при атом к.п.д.
турбины. Рассмотренные явления обычно исследуются на моделях, но результаты, как правило, носят качественный характер, поскольку точные законы моделирования еще не известны. 8.4. Эрозия В настояшее время огромные стальные турбины чаше всего изготавливаются путем обработки на станках, хотя иногда используется и метод отливки. На практике в тех местах, где возможны повреждения от эрозии, навариваются листы нз нержавеющей стали. (Области вероятных повреждений определяются модельными испытаниями,) Через регулярные промежутки времени (примерно через один †д года), как правило, производятся соответствуюшие работы по восстановлению поверхности турбины от эрознонных повреждений.
Обычно устанавливается некоторый предел допустимых весовых или обьемных потерь материала в результате эрозии на каждый данный период времени. Например, количество потерянного из-за эрозии материала в течение первых 10000 ч работы не должно превосходить 10, 30 или, положим, 90 кг металла. Дополнительно может быть оговорено, что толшина металла не должна уменьшаться вследствие эрозии более чем иа 3 мм на некоторой площадке размером 25 см' или более.
Если турбина не отвечает этим требованиям, то изготовитель обязан наварить стальные листы в определенных местах и произвести окончательную обработку изделия до необходимой формы. Пригодность изделия к эксплуатаиии определяется на основе предварительных испытаний. 7. Винты 7.1. Основные параметры При изучении кавитации винтов следует выделять три основные проблемы: ее влияние на характеристики винтов, кавитационную эрозщо и вибрацию (включая и шум). Наиболее широко изучено влияние кавитации на характеристики (падение тяги). При конструировании винтов основной задачей является создание либо некавитирующих, либо полностью кавитирующих винтов, так как наибольшую опасность представляют режимы частичной кавитации.
Во многих случаях, когда невозмож но полностью избежать кавитации, кавитационные харак теристики винтов исследуются на моделях. Различают четыре типа кавитации: пузырьковую, пленочную, развитую и вихревую. При пузырьковой кавитации каверны расположены группами, но отделены друг от друга. Эрозию часто связывают именно с этим типом кавитации. В процессе развития пузырьковая кавитация переходит в пленочную, при которой каверны существуют уже в виде тонких длинных полос, расположенных часто параллельными группами. Развитая кавитацил характеризуется одной каверной с точно фиксированной передней кромкой. Ког-. да такая каверна простирается за лопасть, говорят о суперкавитации. Часто кавитация возникает в ядрах вих-. рей — это так называемая вихревая кавитациц которая характерна для винтов (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
