в) Оценка возможности возникновения кавитации
Как известно, кавитация возникает там, где местное давление, понижаясь, достигает некоторого критического значения, при котором происходит выделение из воды пара. Парогазовые каверны, снесенные в область повышенного давления, разрушаются, что сопровождается кавитационной эрозией поверхностей. Таким образом, из этой упрощенной схемы процесса кавитации следует, что установление возможности возникновения кавитации заключается прежде всего в определении величины давления на поверхности данного элемента проточной части сооружения, по которому можно, пока ориентировочно, оценить, ожидается ли в рассматриваемом случае кавитация или она исключена.
Во избежание кавитационной эрозии элементам водоприемника требуется придавать очертания, исключающие возможность возникновения кавитации в данных конкретных условиях. Кавитация допустима лишь в тех случаях, когда кавитационный режим устанавливается относительно редко и когда может оказаться выгодным удешевление сооружения за счет допущения в некоторых режимах кавитации, вызывающей определенные затраты на ликвидацию последствий кавитационной эрозии.
С приближением давления к критическому, отвечающему возникновению кавитации, очаги кавитации появляются прежде всего в области повышенной пульсации давления. В этом случае относительная продолжительность кавитации зависит От суммарного времени, в течение которого давление достигает за счет пульсации критического значения. В связи с этим интересным и удобным для использования является график, составленный по лабораторным данным, рис. 4-16 [160]. По графику можно определить время кавитации при заданной продолжительности пропуска через водосбросы расхода определенной величины. Автор указывает, что поскольку резкое увеличение интенсивности кавитационной эрозии начинается через 2—4 ч работы в кавитационном режиме, то, например, через водосброс с оголовком 2 расход, равный 1320 м2/сек (▼УНБ≈33 м), можно пропускать без существенных кавитационных повреждений примерно в течение 8—16 ч (так как при этом tкав/tcроса=0,2 и, следовательно, tкав=0,2tсброса = 0,2(8-16)=1,6-3,2 ч, что меньше 2—4 ч). Допуская кратковременную работу сооружения в условиях кавитации, следует принять меры для повышения кавитационной стойкости материала соответствующих элементов сооружения [21].
Однако в настоящее время установить расчетным путем интенсивность кавитационной эрозии не представляется возможным, поэтому,
Таблица 4-3
Критические параметры кавитации для отдельных неравностей
* Значения kкр можно использовать также при определении понижения давления за неровностями при любом давлении, большем (р/γ)Кp [212].
И. Е. Идельчик, Гидравлические сопротивления, Госэнергоиздат, 1954, стр. 54.
Для того чтобы получить формулу для расчета заглубления t1 данной точки i под уровень верхнего бьефа, при котором не будет возникать кавитация, подставим в неравенство (4-11) выражения (4-9) и (4-15) и решим полученное уравнение относительно искомого заглубления (рис. 4-17):
Изложенный способ оценки возможности появления кавитации является приближенным. Пока нет вполне достоверных значений коэффициентов Ср, k, τ и пульсационной составляющей (р/γ)'. Суммирование составляющих давления, обусловленных влиянием форм поверхностей, ее неровностей, и пульсации давления производится условно. Но, пожалуй, наиболее слабым местом расчета является определение скорости набегания потока на неровности, поскольку эта скорость зависит не только от характера, распределения скоростей по сечению, но и от их изменения по длине в связи с развитием пограничного слоя вследствие эффекта вязкого торможения жидкости стенками.
