КАВИТАЦИЯ

Кавитация представляет со­бой физическое явление, возникаю­щее в потоке при быстром течении жидкости, и оказывает влияние на энергетические и механические по­казатели турбин, ухудшая их с мо­мента своего появления.

Известно, что чем меньше давле­ние, оказываемое на жидкость, тем ниже температура ее кипения. Если быстро текущая вода встречает на своем пути какое-либо препятствие, то за ним появится область пони­женного давления, и если давление в этой- области будет меньше упру­гости водяных паров, то вода там закипит и будут образовываться пу­зырьки пара. По мере дальнейшего продвижения пузырьков с потоком воды в зону более высокого давле­ния пар в них конденсируется и образуются пустоты, а при объеди­нении их — крупные -каверны. Эти пустоты мгновенно заполняются водой и в центре их возникает гидрав­лический удар с давлением до не­скольких тысяч атмосфер. Если пу­стоты смыкаются в потоке на метал­лической поверхности какой-либо детали или на бетоне, то последние начинают разрушаться.

Кроме того, в зоне пониженного давления начинают интенсивно вы­деляться из воды газы (воздух), ко­торые, попадая в смыкающиеся пу­зырьки пара, сильно сжимаются, вследствие чего температура газов резко повышается. Кислород же (из воздуха) при высокой темпера­туре, активно воздействуя на ме­талл, способствует коррозии и до­полнительному его разрушению.

У реактивных турбин кавитационному разрушению подвержены главным образом нижние (по пото­ку) поверхности лопастей рабочего колеса, его камера, а также другие части турбины, где образуется пони­женное давление. У ковшовых тур­бин при кавитации разрушаются в первую очередь сопла.

При кавитации возникает харак­терный шум и вибрация машины (иногда удары). Кавитация снижа­ет КПД, пропускную способность и мощность турбин. Все это является крайне нежелательным, а в ряде случаев недопустимым.

Разрушительное действие кави­тации можно значительно умень­шить тщательной обработкой под­верженных ей элементов турбины, а также применением для них особо стойких материалов (хроме-никелевые стали).

Особое значение имеет обеспече­ние бескавитационных условий рабо­ты реактивных турбин. Эти условия определяются, выбором соответст­вующего заданному напору типа и быстроходности турбины (см. § 9.6), а также высоты отсасыва­ния H_s, определяемой расположение ем турбины относительно уровня нижнего бьефа.

Кавитация будет отсутствовать, если будет соблюдено следующее условие:

(9.6)

где В — барометрическое давление, м вод. ст., которое определяется расположением турбины над уров­нем моря по формуле В=10,33-V./900 (10,33- атмосферное дав­ление на уровне моря, м вод. ст., а. V — абсолютная отметка местопо­ложения турбины над уровнем мо­ря, м); а — коэффициент кавита­ции, изменяющийся в зависимости от типа турбины и их нагрузки. Обычно о определяется при испыта­нии модели турбины.

Практически считается, что кавитация будет отсутствовать, если

(9.7)

где k — поправочный коэффициент, вводимый при пересчете коэффи­циента с модели на натуру (k = 1,05÷1,1).

Высоту отсасывания H_s принято отсчитывать:

для вертикальных радиально-осевых турбин — от нижней плоско­сти направляющего аппарата;

для горизонтальных радиально-осевых и поворотно-лопастных—'от наивысшей точки рабочего колеса;

для вертикальных пропеллерных и поворотно-лопастных турбин — от оси разворота лопастей рабочего колеса.

Высота отсасывания принимает­ся положительной, если плоскость отсчета ее находится выше уровня воды в нижнем бьефе (см. рис. 9.10), в противном случае, ког­да рабочее колесо турбины находит­ся ниже уровня нижнего бьефа,— отрицательной.