Способ обнаружения явления кавитации в гидромашинах

 

т:.тб

Класс 42к, 20оа

74с ., б1

ССС P

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ1ЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г..Ф. Проскура, Л. С. Шмугляков, И. П. Голдаев, А. E. Нотапеико, A. М. Фрид, В. В. Ильинский, В. Я. Громыко и Н. H. Попов

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ЯВЛЕНИЯ КАВИТАЦИИ

В ГИДРОМАШИ HAX

Заявлено 29 января 1953 г. за ¹ 982/449510 в Министерство тяжелого магнинострос ::è

Описываемый способ обнаружения явления кавитации в гидромашинах имеет ту особенность, что степень развития кавитации определяют по количеству энергии, потеря иной ультразвуковым импульсом, посланным через зону кавитации на исследуемую лопатку гидромашины.

На фиг. 1 — 3 приведены схемы расположения аппаратуры,,применяемой при осуществлении способа в различных условиях.

Обнаружение явления кавитации на неподвижных лопатках и профилях работающих гидромашин при помощи ультраакустических колебаний оонова но на том, что кавитация характеризуется образованием на границе профиля с жидкостью каверн, заполненных пузырьками пара и газа. Образование этих пузырьков и величина поло тей. заполнеHHbIY ими, т. е. степень развития кавитации обусловлена величиной местного понижения давления в жидкости.

Следовательно, жидкость (гла. ным образом — пограничный ее слой) представляет собой уже не однородную среду, а смесь с пузырькаии, заполненными ее парами и газом, т. е. двухфязну:.о систему.

Если через зону кавитации на исследуемую лопатку или профиль послать ультразвуковой импульс, то последний частично отразится от поверхности раздела сред, частично пройдет через обе среды. При этом количество отражен ной части энергии импульса, а следовательно, и ко личество потерянной в зоне кавитации энергии, будет зависеть от количества кавитационных пузырьков, их размеров и длины волны ультразвуковых колебаний.

Коэффициент m поглощения энергии ультразвуковой волны для воздуха несравно выше, нежели для воды, что весьма ценно для предлагаемого способа исследования кавитации вследствие резкого реагирования коэффициента поглощения на присутствие в жидкости кавитационных пузырьков.

Для осуществления способа просвечива ния на противоположных стенках к!|!àë:! 1, в которо л помещен исследуемый профиль 2, закреплены скварцевый излучатель 8 и кварцевый приемник 4. При помощи генератора 5 создаются импульсные электрические колебания, накладываемые HH квягщевый излучатель 3, Л 10022б вследствие чего на последнем возникают ультразвуковые колебания той жс формы, которые распространяются в виде луча,в перпендикулярном направлении поверхности излучателя 8. Импульсы, пройдя жидкость и исследуемый профиль 2, по падают на кварцевую пластину — приемник 4.

Вследствие упругих колебаний на приемной кзарцевой пластине возникают электрические колебания, которы" усиливаются ламповым усилите лем б до необходимой величины и че рез детектор 7 попадают на регистрирующий прибор — осциллограф 8.

Если на исследуемом профиле нет кавитации, то на экране осциллографа будет зафиксироваH посылочный 9 и приемный 10 импульсы. При этом приемный импульс-«всплеск» на осциллографе будет меньше посылочного на .величину потерянной ультразвуковым лучом энергии.

С появлением на профиле кавитации, во-первых, резко увеличиваются потери ультразвуковой энергии, и, вовторых, ббльшая часть ультразвуковых лучей, отразившись от кавитационных пузырьков, рассеется и не попадет на приемную кварцевую пластинку. Вследствие указанных причин приемный импульс-«всплеск» 11 ,на осциллографе либо резко уменьшится, с появлением кавитации, либо совсем пропадет оо з начительным ее развитием. Следовательно, r,o показаниям осциллографа или какого-ли бо иного регистрирующего устройства можно судить о моменте появления кавитации 12, а также о степени ее развития.

При осуществлении способа путем отражения ультразвуковой волны от поверхности, профиля (фиг, 2) отличие заключается в том, что излучающая и принимающая ультразвуковые волны кварцевые пластинки — излучатель 8 и приемник 4 устанавливаются по одну сторону гидрока нала 1.

Второй метод имеет ряд преимуществ по сравнению ic первым: главное из них — большая чувствительность к фиксированию начальной стадии кавитации вследспвие того, что увеличивается потеря энергии ультразвукового луча, так как последний дважды пересекает зону кавитации 12.

При осуществлении .способа путем отражения ультра звуковой волчины от движущейся лопатки 18 (фиг. 3) применяют, помещенный в потоке после турбины или расположенный на корпусе турбины ультразвуковой искатель И, объединяющий в себе как излучатель 15, так и приемник 16 ультразвуковых волн, посылаемых на профиль лопатки гидротурбины. Когда лопатка И займет положение, обеспечивающее, посылку на исследуемое место лопатки ультразвуковой вол ны, происходит разрыв контакта 17, так называемого синхронизатора 18.

В момент разрыва контакта 17 при,помощи .генератора 19 создается им пульс электрических колебаний, который подается через приемник 20 на осциллограф 21, во-первых, непосредственно от генератора, т. е. электрическим путем, и, во-вторых, через ультразвуковой искатель, т. е. водным путем. Вследствие различных скоростей прохождения импульса электрическим и водным путем на экране осциллографа получается два отстоящих на некотором расстоянии друг от друга импульса-«всплеска»

22 и 28. Первый импульс, прошедший электрическим путем, нс зависит от явлений, происходящих в водяном потоке, а следовательно, и постоянен по величине; второй импульс, прошедший водным:путем, бу дет реагировать как на образование кавитационных пузырьков, так и на инородные тела, проносящиеоя между лопаткой и ультразвуковым искателем, и, следовательно, меняется в зависимости от величины потерянной ультразвуковой энергии.

Сравнивая эти два импульса, можно судить о количестве потеря иной энергии ультразвуковой волны, а следовательно, и фиксировать момент появления кавитации и степень ее развития.

Описываемый способ обнаружения явления кавитации дает возможность обнаружить наличие кгвитации, которая не наблюдается визуально вследствие ее малой .развитости как на,неподвижных профилях в гидроканалах, так и на вращающихся лопастях гидромашин. Этот способ значительно проще и точнее громозд

М 100226

Фиг. 1

) (и

Фпг. 2 б,7 кого, требующего длительных HcIIbIтаний, энергетического метода иссле дования кавитации в гидромашинах и позволяет осуществить контроль кавитацион ных условий работы маши ны при ее промышленной эксплуатации, а в соединении с электроавтоматикой позволяет выводить или не допускать работу гидромашин на ка витапионном режиме.

Предмет изобретения

1. Способ обнаружения явления кавитации в гидромашинах, о т л ич а ю гц и и с я тем, что степень развития кавитации определяют по количеству энергии, потерянной ультразвуковым импульсом, посланным через зону кавитацни на исследуемую лопатку гидромашины.

2. Прием выполнения способа обнаружения явления кавитацин по п. 1, отлича ющийся тем, что, с целью повышения чувствительности, ультра звуковой импульс направляют под углом к изучаемой поверхности лопатки и улавливают отражение этого импульса, дважды пересекшего зону кавитации.

¹ )00226

Фиг. 3

13 1, /Е

Отв. редактор И. В. Макаров

Л106727 от 30/VII 1955 r. Стандартгиз. Объем 0,25 и. л, Тир. 400. Цена 50 кон.

Типография изд-ва «Московская правда», Потаповский пер., 3. Зак. 3560