Гидротехнические сооружения. Том I

Однако в практике гидростанций с первыми же высокобыстроходными турбинами Френсиса и Кап лана (и притом для последних в установках, в про ектировании которых принимал участие сам проф. Каплан, включая лабораторные опыты над моде лями турбины и установку ее) обнаружились не доразумения при работе, выразившиеся в неспо койном, с сотрясениями, иногда весьма сильными, ходе агрегатов; причина сотрясений была обна руэкена в разрыве потока под колесом турбины и в самом колесе. В ряде случаев это явление со провождалось падением к. п. д. и мощности турбины против вычисленных по модели. Как следствие, это явление разрыва потока имело сильное разруше ние-разъедание самого колеса и верха всасываю щей трубы. Первоначально подошли к освещению всех этих явлений с помощью дачных о наличии подобных же явлений при работе быстровращаюіцихся су довых винтов, где с подобным вопросом были знакомы уже после появления первых турбин ных судов, т. е. с первых годов настоящего сто летия. Явление разрыва струи под рабочим колесом (или за винтом корабля) посит название кавитации, а явление разрушения материала рабочего коле с а— коррозии (разъедания). Первая постановка вопроса о кавитации и коррозии и правильный подход к нему принадлежит проф. Феттингеру (проф. Берлинской высшей технической школы в ІІІарлоттенбурге), самому проф. Каплану, проф. Д. Тома (проф. Высшей технической школы в Мюн хене) и проф. Шпаннгаке (проф. Высшей техни ческой школы в Карлсруэ). В виду того значения, которое „высота всасы вания" имеет в быстроходных турбинах, оста новимся на этом вопросе несколько подроб нее 4. Прежде всего необходимо отметить, что кавита ция вообще может возникнуть только при пониэке пии давления в рассматриваемой области ниже точки образования паров воды, при имеющейся налицо температуре воды (это давление всегда несколько выше абсолютного нуля). Выделение водяного пара и газов, обычно растворенных в воде, ведет к образованию пузырей сме и газа и воздуха, которые увлекаются общим потоком воды от места своего возникновения и лопа ются затем уже при незначительном повышении давления; это лопани ѳ пузырей происходит в чрез вычайно короткие промежутки времени, и вода, устремляющаяся в места разрушения пузырей, вследствие быстроты движения, дает местное по вышение давления до нескольких десятков и сотен атмосфер. Это появление газовых пузырей и их разрушение (и связанные с ними, как причина — сильное падение давления и как следствие — силь ное повышение давления) и представляют сущ ность кавитации. Как узісе выше указывалось, кавитация мозкет возникать как в верхней части всасывающей трубы, непосредственно под рабочим колесом, так и внутри самого колеса. В первом случае условие возникновения кави тации определяется формулой: 4 В методике изложения вопроса о кавитации использован, главным образом, доклад проф. Шпанн гаке Гидравлическому силовому комитету США веемой 1932 г. (проф. Шпаннгаке был приглашен на 1932-33 г. читать лекции но техни ческой гидравлике в США).

абсолютное давление под рабочим колесом равно 2 Ihn = K — l>s — ht ~ öS h v , 2<7 где hа —атмосферное давление, h a — статическая высота всасывания (т. е. расстояние от низкнего бьефа до рассматриваемой точки), »j —скорость воды в рассматриваемой точке, щ — к. п. д. всасывающей трубы, Ь,„ — давление образования водяных пар >в. Последствиями кавитации этого рода являются нарушения нормальной, спокойной работы агре гата и в случаях, если кавитация имеет место вблизи стенок всасывающей трубы, — разрушение поверхности этих стенок в местах вблизи возник новения кавитации. Установкой рабочего колеса на высоте, обеспе чивающей во всасывающей трубе давление, до статочно превышающее критическое, опасность возникновения кавитации мозкно вполне устранить. Однако даже это условие расположения рабочего колеса не гарантирует от иозшікиовения кавита ции внутри рабочего колеса или при входе и вы ходе с него, т. е. в местах значительных скоро стей движения воіы (превышающих таковые во всасывающей трубе) или значительных измене ний этих скоростей (по величине или направле нию, или в обоих смыслах). Для внесения возмоэкиой ясности в вопрос о ка витации внутри рабочего голеса (типа пропеллер пого или Каплана) воспользуемся диаграммой проф. Шпаннгаке, изобраэкенной на рис. 157. Ордината прямоугольника, изображенного на этом рисунке, пропорциональна высоте напора; длина его по абсциссе вправо от 0 имеет ту зко величину, что и высота (т. е. правая часть пря моугольника представляет собою квадрат), а влево соответствует атмосферному давлению (т. е. 10.« во яного столба для уровня моря' в том зке масш табе. Диагональ квадрата в любой (своей точке дает величину соответствующего гидростатического давления (отмеряя сверху вниз или слева направо). Линия, проведенная вверх п влево от 0, предста вит разряжение во всасывающей трубе на раз личной высоте от нижнего бьефа (величина раз режения измеряется в отрицательном направлении абсцисс). На рис. 157 нанесены последовательные поло жения различных частей установки: спиральная камера, направляющий аппарат, ра'очее колесо и всасывающая труба. Скорости воды при входе в установку весьма малы; величина скорости постепенно возрастает по мере подхода воді.і к спи іальной камере; про хода через камеру, затем направляющий аппарат и рабочее колесо; в последнем вода имеет наи большую скорость. По выходе из рабочего колеса во всасывающую трубу скорость воды уменьша ется также постепенно до малой величины при выходе из всасывающей трубы в ннзкний бьеф. Давления в различных точках пути воды -от верхнего до нижнего бьефа определяются по фор муле Бернулли: р (і2 — + h + п- = const." 7 2