Способ определения осевого давления рабочей среды на рабочее колесо гидравлического механизма

В Мапыше Способ определения осевог на колесо гидравлич давления рабочеиского механизма.да в НКЭПза.,14 18938.ября 1939 года. сентября 1938 го ликовано 30 но аявлено Оля колеса Капланачина давления во. сих пор определякой формуле: р - ," Огц 4Опыт эксплоатации больших турбинных и насосных агрегатов, особенно с пропеллерными колесами, показывает, что изучение результатов изкерений 1 гйдрдвлических элементов работы приобретает первенствующее значение. Среди всех гидравлических элементов одним из наиболее важных является величина давления рабочей среды (воды, пара и т. д,) на рабочее колесо. При проектировании сооружений эта величина требуется для расчета строительных конструкций, поддержцвающих агрегат (фундаменты, колонны, перекрытие спиральной камеры и т. п,). При проектировании механизмов величина осевого давления совместно с величиной веса вращающихся частей определяет нагрузку на пяту,Во время эксплоатации эта величина давления рабочей среды важна прежде всего в отношении контроля работы опорной пяты или упорного подшипника. Систематические работы, проведенные главным образом на гидравлических агрегатах показали, что изучение этой величины и ее изменения позволяют хорошо и непосредственно следить за устойчивостью работы агрегата, за изменением кавитационного режима, определять границы безопасной и наивыгоднейшей работы агрегата (эксплоатационный максимум и минимум мощности). Наконец, знание этой величины дает мощное подсобное средство для назначения так называемой комбинаторной кривой в механизмах с поворотными лопастями (винты, турбины и насосы Каплана), когда опытным путем устанавливается наивыгоднейшая связь между открытием лопаток направляющего аппарата и положе. нием лопастей рабочего колеса(связь с,в п,ия)Так например, дмаксимальная велиды на колесо долась по эмпиричес где Р - давление воды (в тоннах);О - действующий напор (в метрах);0 - диаметр рабочего колеса (в метрах): у - коэфициент пропорциональности (эмпирический коэфициент).Величина же давления воды на колесо в зависимости от величины расхода, протекающего через колесо, могла быть определена только теоретически, путем весьма сложных вычис. лений и со многими условностями,Лабораторное определение величины осевого давления воды возможно только при сравнительно незначительных размерах модели рабочего колеса (примерно до 375 в 5 лм), так как подвеска рабочего колеса на измерительном приборе, обычно на манометре, получается громоздкой и ненадежной. В натурных станционных условиях для определения величины давления на колесо до сих порОне удавалось найти способ измерения этой силы,Попытки измерения этой величины по величине и измерениям осадки рабочего колеса при вращении агрегата при всей тщательности их проведения не дают удовлетворительных результатов, так как при этих измерениях не удается надежно измерить и разделить на составляющие сумму всех деформаций.Предлагаемое изобретение дает простой и бесспорный способ определения величины давления воды на колесо, который состоит в том, что из. мерению подвергают деформацию любой части агрегата, воспринимающей полную гидравлическую нагрузкусреды на рабочее колесо. В вертикальных агрегатах в качестве такого ди. намометра удобнее всего воспользоваться верхней или нижней крестовиной, в зависимости от того, где установлена пята, При таком способе измерения, в руках экспериментатора и эксплоатирующего персонала получается объективный способ изучения работы агрегата и проверки проектных данных, а также некоторых теоретических положений, полагаемых в основу профилирования лопастей колес,На нижеследующих примерах показана основная мысль предлагаемого способа. Примеры взяты из области чисто гидравлических агрегатов (турбин и насосов), однако все выводы и ну просто и надежно определить теоретически для каждого конкретного случая.Однако, если для рабочего проектирования достаточно знания одной величины максимального возможного давления, то для целей исследования, проектирования и профилирова ния лопастей, а также для целей чисто эксплоатационных, существенно важно знание величины давления для любой комбинации факторов или для какого-либо выделенного фактора (например, в зависимости от положения лопасти и, следовательно, от угла атаки потоком лопасти, в зависимости от высоты отсасывания или от работоспособности агрегата).Работы автора в области натурных определений величин давления воды показали, что все делавшиеся попытки этого определения не точны и не дают надежных, бесспорных и легко проверяемых результатов. Только в одном случае удалось получить требуемое, и это был предлагаемый способ определения нагрузки на пяту посредством измерения деформации какой-либо части агрегата, воспринимающей это давление. Так как вес вращающихся частей обычно известен весьма точно из весовых и установочных ведомостей, то, определяя по деформациям действующие в пяте нагрузки и вычитая из них постоянную величину веса вращающихся частей, удается весьма просто определить величину давления воды в каждый данный момент. Для этого достаточно каким-либо надежным способом определить деформацию избранной, наиболее доступной пружинящей части агрегата. В качестве таковой части в гидравлических генерирующих агрегатах и в насосах можно взять лапы крестовины, в паровых турбин ах - крышку упорного подшипника (Митчеля или др.) и т. д.Наиболее простым из известных способов измерения деформации является измерение посредством какого-либо чувствительного индикатора, укрепленного на какой-либо неизменной опоре, независимой от измеряемой части. Упор индикатора ставится против возможно более деформируемой части агрегата, в целях повышения точности измерения.На фиг. 2 показана примерная схема подобной установки. Индикатор а укреплен на независимой от агрегата опоре К например, на балке, закрепленной на спущенном с крана крюке, Упор с индикатора установлен против возможно ближе к центру расположенной точки лапы крестовины агрегата. Под влиянием статической нагрузки от веса Р 1 вращающихся частей, лапа крестовины прогибается на некоторую величину х 1. В дальнейшем в работе, при некотором определенном режиме, под влиянием добавочного давления воды на колесо, прогиб крестовины увеличится до величины х 2. Следовательно прогиб от действия этой силы будет равен:х=х 2 - х 1Так как деформации всех частей агрегата заведомо упругие, и к ним применим закон Гука, то по прогибу крестовины можно определить величину давления воды, которая в данном случае будет равна:Х 1Р = - . Х 2 - Х 1)Р,Изменяя условия работы агрегата и измеряя переменную величину х 2, можно определить каждый раз искомую величину Р давления воды на колесо. Так, например, изменяя, при постоянном напоре, величину открытия направляющего аппарата турбины или насоса Каплана, можно получить диагуаиму, показанную на фиг. 3 в зависимости от открытия и от нагрузки. Из этой диаграммы можно сделать заключение, что давление воды в механизме Каплана, в данном случае в турбине, возрастая довольно быстро, достигает максимума, оставаясь в дальнейшем почти постоянным, с некоторой тенденцией к уменьшению, Этим рассеивается довольно распространенное средй эксплоатационного персонала убеждение, что давление якобы пропорционально от бытию направляющего аппарата и расходу и достигает максимума с максимумом нагрузки,Достоинством настоящего способа является возможность; одновременного определения не только абсолютной величины давления воды на колесо, но и его колебаний при работе агрегата. Кроме того, попутно определяются и изучаются вибрации агоегата (фиг. 4). Изолированное определение вибраций посредством виброметров (или вибрографов), давая абсолютную величину вибрации, не позволяет ее связать с величиной давления воды. Последнее же является крайне важным для изучения эксплоатационных свойств агрегата. В частности весьма необходимо знание величины вибраций в зависимости от давления воды при назначении границ безопасности и устойчивой работы агрегата. Так, например, экспериментальные исследования иэксплоатационные наблюдения показывают, что повреждения пят обычно происходят близко от максимума нагрузки на пяту и при наличии значительных вибраций. Последнее обстоятельство весьма вредно отражается на устойчивости образования масляного клина между скользящими поверхностями пяты, Поэтому в эксплоатацио нных условиях нужно избегать таких режимов, когда вибрации значительны. Опыт показывает, что примерно при 0,5 - 0,60 открытия направляющего аппарата получается максимумдавления, а наблюдения за вибрацией показывают, что еще далеко не доходя до этого момента получается максимум вибраций агрегата.Как уже указывалось, для подобных определений вибраций не требуется каких-либо специальных приборов, нужен только какой-либо надежный прибор для измерения деформации пружинящей части с любь;м приспособлением для регистрации вибраций, или же наблюдения можно вести на приборах раздельных,В механизмах с поворотными лопастями еще больший интерес представляет применение предлагаемого способа при установочной регулировке агрегата и при определении наивыгоднейшей зависимости между открытием направляющего аппарата и положением лопастей рабочего колеса, устанавливаемых под определенным углом атаки по отношению к потоку, Эта операция определения так называемой комбинаторной кривой заключается в нахождении, при постоянном напоре, числе оборотов и угле установки лопастей, наибольшей возможной нагрузки, при которой агрегат еще работает без кавитации, что определяется в лаборатории по величине к.п.д а в натуре, при наименьшем открытии направляющего аппарата, по отсутствию колебаний нагрузки и вибраций. До сих пор эти последние наблюдения велись по индивидуальному впечатлению и опыту регулировщика. При применении же предлагаемого способа определения давления воды получается объективный критерий для характеристики поведения потока и агрегата. Таким же путем в эксплоатационных условиях по величине давлений потока и по характеру ви бр аций можно определить границы допустимой и безопасной работы агрегата,Приведенные примеры применения предлагаемого способа определения давления рабочей среды на колесо показывают всю его важность и полезность как для исследовательской работы на выполненных агрегатах, так и для чисто эксплоатационных практических наблюдений и для контроля за работой агрегата. Эти примеры являются далеко не исчерпывающими всего многообразия возможного его применения и использования. В равной мере не единственным является приведенный, как простейший, способ измерения деформации пружинящей части агрегата, играющего роль динамометра. В частности при очень малых давленияхили при наличии очень жесткой пружинящей части может быть выгодным применить какой-либо другой подходящий способ измерения деформаций, в частности электрический, например, посредством измерения переменной емкости конденсатора, одна обкладка которого прикреплена к воспринимающей давление деформируемой части, а другая обкладка подвешена неподвижно, Наблюдения при этом ведутся визуальные или посредством осциллографа.Способ подвески базы измерительного инструмента или прибора независимо от агрегата на крюке крана также не является единственным. В данном случае может быть применен любой способ при котором со здаетс я практически неизменное основание, в частности искусственный ртутный горизонт.В случае наличия значительных температурных воздействий и колебаний, их влияние на показания должно быть учтено и соответствующие поправки введены в получаемые результаты, Для этого необходимо одновременное наблюдение температур и учет термических деформаций как опоры для измерительного прибора,так и используемой в качестве динамометра опорной части генератора,Предмет изобретения,Способ определения осевого давления рабочей среды на рабочее колесогидравлического механизма, отличаю-иийся тем, что измерению подвер-гают деформацию любой части меха низма, воспринимающей полную гид, родинамическую нагрузку среды на рабочее колесо.йдагрузйа аггрегата иг 4- (б/ агр тв. ре оспланиздатеноблгорлит165 Е авторскому свидетельствуМ. В. Малышева М 56032 р П. В. Никитин Техред А. И, Хрош Тип. Печатный Двор, зак.67/13 - 550