Техника - молодёжи 1947-01, страница 11

Так выглядит наибольшая в мире гидродинамическая труба для исследования кавитации, построенная в Советском Союзе. Циц)ры обозначают. / — корпус трубы, 2 — гидродинамическая труба., 3 ~~ пропеллерный насос, 4— мотор к насосу, 5 — умформер, 6 — щит ,управления, 7— окна наблюдения.

мощности построена во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидромашиностроения по проекту старшего научного сотрудника этого института Н, С. Шальнева.

Гидродинамическая труба ВИГМ представляет собой полую металлическую конструкцию» заполненную водой, с небольшим воздушным пространством в самой верхней точке ее — уравнительной башне. Длина трубы —8,5 метра, высота — 5,5 метра, максимальное сечение — 2,5 на 0,8 метра. Сечение в рабочем участке трубы с целью возможности испытания не только отдельных профилей лопаток, но и целой системы регулируется в пределах от 80 до 1800 миллиметров. Вес металлической конструкции — 25 тонн. Объем воды в трубе — 25 кубических метров. Давление можно регулировать в пределах от + 1 атмосферы до — 0,9 атмосферы. Скорость движения воды применяется от 2 до 10 метров в секунду. Вода в трубе приводится в движение пропеллерным насосом, прогоняющим через трубу до 1— 2 кубических метров воды в одну секунду.

Труба оборудована устройством для измерения давления на деталь, возникающего от движения воды.

В гидродинамической трубе ВИГМ испытаны тысячи самых разнообразных профилей как с целью изучения физики явления кавитации, так и для подбора таких профилей лопаток и такого расположения их, которые были бы наименее благоприятны для возникновения кавитации. При этом область возникновения кавитации на профилях лопаток показывает также, в каком месте можно ожидать возникновение эрозии металла и заранее, еще при конструировании и изготовлении машины, предусмотреть защиту конструкции путем наварки нержавеющей стали или другого эрозиоустой-чивого материала.

Конструкторы разрабатывают в каждом отдельном случае профили лопаток, наименее подверженные кавитации. Под-

считывается наиболее целесообразное число лопаток, которые устанавливаются так, чтобы они, по возможности, меньше вызывали* к агитационные явления во время работы гидромашин.

На Свирской гидроэлектростанции разрушались стенки камеры гидротурбины, где помещается рабочее колесо. Чтобы предохранить камеры от разрушения, здесь произвели облицовку стенок хромоникелевой сталью. Из этой же стали изготовлены лопатки пропеллерных насосов, установленных на насосных станциях канала Москва-Волга. Применение хромоникелевой стали для предупреждения рабочих органов гидромашин от разрушения кавитацией увеличивает срок службы их в три-четыре раза.

Скорости в 150 и даже 200 километров в час, которые еще не так давно считались вполне приличными для самолета-бомбардировщика, на сегодняшний день являются скоростями морских катеров-охотников и некоторых других мелких высокоскоростных судов.

На некоторых быстроходных катерах гребные винты делают от 8 до 12 тысяч оборотов в минуту. Раньше никогда ни на одном судне этого не было. Считалось неопровержимо доказанным, что при больших числах оборотов винтов и высоких удельных нагрузках на единицу площади диска, образуемого вращением винта, невозможно - достичь практически приемлемого коэфициента полезного действия. Враг больших скоростей — кавитация — этого не допустит. Но опыт работы гребных винтов быстроходных катеров опроверг этот предрассудок. Несомненно, что винты здесь работают при кавитационных режимах. Тем не менее коэфициент полезного действия их достилает (величины 0,55 — практически достаточно высокой для столь скоростных судов. При этом винты совершенно не подвергаются эрозии — разрушению под воздействием кавитации. Этому дают объяснение исследования явления кавитации. В кавитации гребных винтов различаются две стадии: первая — начальная, или кавитация на теле, и вторая — развившаяся, или кавитация позади тела. Первая стадия кавитации еще называется инфракавитацией, и вторая стадия — суперкавитацией.

Как мы уже упоминали, при обтекании лопастей винта потоком воды, обладающим достаточной скоростью, гидродинамическое давление на спинке лопасти* где скорость приобретает наибольшую величину, начинаег падать. При этом возникает отрыв потока от спинки лопасти. Сначала образуются небольшие каверны, заполненные смесью паров воды и воздуха. По мере роста скорости потока эти каверны становятся все больше и больше. Линии потока начинают отходить от спинки лопасти, огибая образовавшиеся пустотные полости и вновь возвращаясь на спинку лопасти. Это возвращение потока, или, иными словами, восстановление беспрерывности его, сопровождается сильными, разрушительными гидродинамическими ударами, вызывающими эрозию. Такова начальная, первая стадия кавитации.

Если скорость потока воды будет возрастать, то и пустотная полость будет еще больше увеличиваться и дойдет до такой степени, когда линии тока совер шенно отделятся от спинки лопасти. Струи воды, обтекающей лопасть, будут замыкаться уже за ее пределами, и гидродинамические удары, свойственные процессу восстановления беспрерывности потока, произойдут где-то в потоке, минуя лопасть винта. Этим и объясняется причина, вследствие которой высокоскоростные гребные винты быстроходных катеров не подвергаются эрозии. Таким образом при соответствующем изменении конструкции применительно к работе в условиях отрывной кавитации проблем ! создания высокоскоростных гребных вин тов для мелких быстроходных судов была разрешена.

Последними работами академика В. Л. Поздюнина, талантливого последователя выдающегося судостроителя академика Крылова, доказывается практическая возможность всемерного повышения быстроходности гребных винтов и в области крупного скоростного судостроения

То, что в одной области техники кажется вредным, то в соседней области может оказаться полезным.

Есть и такие области народного хозяй ства, где возможны попытки использо вать разрушительную силу кавитации Инженеры-нефтяники Киршенбаум и Штурман предложили создать своеобразный «кавибур», использующий кавитацию для ускоренного бурения в твердых горных породах. «Кавитация разрушает даже углеродистую сталь,—рассуждали изобретатели, значит, она может разрушать и горную породу!»

Конечно, нельзя говорить о «кавибу-ре» как механизме, который уже сейчас следовало бы применить для бурения скважин. Если бы даже авторы предложения и создали такой механизм, то производительность его была бы все же невелика. Но попытаться сочетать механическое и кавитационное воздействие на горные породы при бурении, использовать кавитацию как ускоритель механического бурения — дело далеко не фантастическое и, возможно, не лишено практической выгоды.

Проблема борьбы с вредными явлениями кавитации и изучения возможности использовать ее разрушающую силу в новой пятилетке возлагает ответственные обязанности на наших ученых и исследователей: конструкторов, машиностроителей и эксплоатационников. которые совместными усилиями должны максимально ограничить вредное воздействие кавитации на гидромашины и гидротехнические сооружения.

9