ГОСТ Р 55003—2012
Для оценки отстройки собственных частот от частот основных возмущающих сил проводят модель
ные вибрационные исследования в воздухе и воде. Полученные собственные частоты пересчитывают на
натурное колесо в воде. Сравнивая частоты возмущающих сил, являющихся наиболее опасными с точки
зрения усталостной прочности лопастей, с ближайшей к ней собственной частотой, определяют условия
для обеспечения надежной работы турбины. Одновременно с собственнымичастотами в процессе испыта
ний модели определяют резонансные напряжения на указанных частотах, которые используютсядля рас
чета эквивалентной частоты динамических напряжений. Расчет коррозионно-усталостной прочности позво
ляет произвести оценку возможности трещинообразования, связанного с действием вихрей Кармана.
Рекомендуется запросить у поставщиков турбинного оборудования спецификацию для установления
возможных вынужденных частот, которые могут существовать в рабочем колесо и данных о собственных
частотах натурного колеса в воде. Следует избегать сочетания толщины и формы ступицы, лопасти и
обода, которые подвергали бы новую конструкцию возможному резонансу или создавали проблемы с вы
нужденным резонансом.
Следуетотметить, что в новых рабочих колесах, выполненных из высокопрочных материалов, толщи
на лопастей выходной кромки лопастей имеет тенденцию к уменьшению, что способствует увеличению
частот возмущающих сил. связанных с образованием вихрей Кармана. С другой стороны, основная
гармо ника собственных колебаний колеса представляет собой низкочастотную составляющую и близка
коборот ной частоте, что увеличивает возможность возникновения резонансной вибрации. В рабочем
колесе вы нужденные частоты находятся вдиапазоне от 50 до 1000 Гц. Эту проблему можно устранить
путем измене ния скошенной выходной кромки непосредственно на площадке. Это проблема, которую
можно решить во время ввода вэксплуатацию и которая не должна повлиять на долгосрочную
эксплуатацию отремонтиро ванного устройства.
7.3.4.4.3 Взаимодействие рабочего колеса и направляющего аппарата
Вибрации вынужденного резонанса при взаимодействии рабочего колеса и направляющего аппарата
обусловлены взаимодействием возмущающих сил. возникающих при обтекании как лопастей рабочего
колеса, так и лопаток направляющегоаппарата. Эта «проблема» наиболее актуальна для радиально-осе
вых турбин, работающих на средних и высоких напорах, для которых характерна малая величина зазора
между выходными кромками лопаток направляющего аппарата и входными кромками лопастей рабочего
колеса. Предлагаемая конструкция по условиям подобия соответствует образцу, прошедшему опыт
успешной эксплуатации, и что любые изменения подверглись серьезным теоретическим и эксперимен
тальным исследованиям и являются надежными и безопасными. При реконструкции гидротурбин необхо
димы значительные изменения конструкции или даже создание нового рабочего колеса.
7.3.4.4.4 Пульсации гидравлического давления
Пульсации гидравлическогодавления в отсасывающей трубе радиально-осевой турбины, как и лю
бой реактивной турбины, возникают при работе на режимах, отличных от оптимального {зоны с максималь
ным КПД). Со времени зарождения технологии турбиностроения проектировщики и изготовители стреми
лись уменьшить обратные течения и разрежение за рабочим колесом, чтобы расширитьдиапазон режимов
эффективной работы турбины. Остается актуальной вероятность возникновения пульсаций, создаваемых
рабочим колесом, с последующим резонансом во всем проточном тракте турбины. Возможные резонансы
невозможно определить экспериментально,даже если бы пришлосьсмоделировать всю гидравлическую
систему.
Исследования по определению возможных резонансных частотдолжны проводиться с учетом всего
проточного тракта турбины от верхнего бьефа до нижнего: от водоприемника через напорный водовод,
шлюз, уравнительный резервуар, направляющий аппарат, турбинную камеру, отсасывающую трубу и отво
дящий водоток, смотря что из них применяется на каждой площадке. Частота вынужденных колебаний,
вызванных рабочим колесом зависит от конструкции и рагрузки и обычно находится вдиапазоне от 25 % до
100 % от ротационной (оборотной) частоты рабочего колеса. При малых нагрузках возникают низкочастот
ные вынужденные колебания в отсасывающей трубе. Высокие нагрузки создают высокие частоты. В слож
ных гидравлических системах затруднительно определить все возможные резонансы. Если ремонтные
работы предполагают увеличение мощностиагрегата, то изменитсядиапазон частот вынужденных колеба
ний и появятся новые резонансные частоты, которых прежде не существовало.
68