ГОСТ Р 55003—2012
Считается целесообразным составить план ремонта станции, когда планируется использовать напла
вочные материалы.
7.3.4.4 Гидравлическая нестабильность
7.3.4.4.1 Основные положения
Указанный режим охватывает три основные категории.
- резонансы, вызванные наличием вихрей Кармана;
- взаимодействие рабочего колеса и направляющего аппарата.
- нестационарность потока за рабочим колесом.
7.3.4.4.2 Резонансы, вызванные наличием вихрей Кармана
Резонансы, вызванные вихрем Кармана, обычно имеют три источника: вихри, вызванные колоннами
статора; вихри, вызванные лопатками направляющего аппарата, и вихри, вызванные лопастями рабочего
колеса. Частота и интенсивность таких вихрей зависят от режима работы турбины и толщины и формы
обтекаемых элементов. Поэтому если ремонтные работы производят в том числе и с целью возможности
увеличения максимальной нагрузки, они могут привести к изменению частоты и интенсивности вихрей
Кармана (частоту вибраций) и вызвать резонансное состояние, которое ранее не существовало.
Вибрации, причинами которых являются пульсации давления от вихрей, вызванных колоннами
статора, часто имеют достаточно низкую частоту, которая вступает в резонанс с одним из режимов
вибрации статорных колонн и таким образом, увеличивает вероятность образования трещин встаторных
колоннах в местах соединения их со статорным кольцом, особенно в низконапорных турбинах. Частота
вызванных колебаний может быть от едва уловимойдо низкой слышимости (например, отнескольких Гцдо 50
Гц). Решением данной проблемы является изменение формы выходной кромки статорных колонн.
Частота возмущающих сил. связанная с образованием вихрей, сходящих с лопастей рабочего
колеса, лопаток направляющего аппарата и колонн статора, линейно зависит от скорости потока и может
быть приближенно вычислена поформуле
где
Sh —
число Струхаля (зависитот формы выходной кромки профиля);
v — скорость жидкости за выходной кромкой;
d
— толщина выходных кромок лопастей рабочего колеса, лопаток направляющего аппарата и
колонн статора.
Резонанс, причиной которого являются вихри, вызванные лопатками направляющего аппарата, встре
чается реже, так как соотношение скорости жидкости на выходе из направляющего аппарата и толщиной
выходной кромки лопаток направляющего аппарата таково, что воздействие выходной кромки на поток
невелико. Если такие пульсации все же появляются для машин средних и крупных размеров они имеют
низкую частоту в пределах например, от 20 до 100 Гц. Если такая проблема возникает, решением ее. также как
и вслучае со статорными колоннами, является изменение формы выходной кромки.
Третий возможный источник вихрей Кармана — это выходная кромка лопастей рабочего колеса
турбины. Воздействие пульсирующего потока на поверхности лопасти рабочего колеса реактивной
турбины (осевой или радиально-осевой) зависит от режима работы турбины.
На режимахс малой степенью закрутки частота пульсаций налопастях и за рабочим колесом, близка
кчастоте вращения (оборотной). На режимах с большой степенью закрутки, где наблюдается вихреобразо-
вание («вихревой жгут»), частота пульсаций за рабочим колесом составляет около 20 %—60 % оборотной и
соответствует частоте вращения «жгута». Частота вращения «вихревого жгута» зависит от режима
работы турбины. Поданным исследований выявлена тенденция к увеличению частоты вращения «жгута»
на режимах, близких к оптимальным. Воздействие пульсирующего потока на рабочее колесо восприни
мается с частотами примерно 70 %—80 % и 143 %—146 % оборотной. На лопастях рабочего колеса имеют
место также частоты, кратные оборотной (с кратностью 5—8 и 15—20).
Частоты натурных колосчасто отличаются от расчетных значений, полученных анализом метода ко
нечных элементов или экспериментально при вибрационных испытаниях в воздухе. Поэтому не возможно
однозначно предопределить наступление резонанса.
67