Методы борьбы с кавитационной эрозией элементов водосбросных сооружений
Существует несколько методов борьбы с опасной кавитационной эрозией элементов водосбросных сооружений.
Недопущение кавитации или допущение ее в начальной стадии. Водосбросное сооружение проектируют с условием, чтобы вообще не было кавитации. В этом случае должно быть выполнено условие:
Опытные значения Ккр для различных обтекаемых потоком элементов приведены в [77]. Для некоторых случаев значения Ккр приведены ниже.
Значения Ккр для некоторых типов гасителей энергии и расщепителей потока приведены на рисунке 4.25. При использовании приведенных значений (кр в формуле (4.12) надо в общем случае принимать:
Подвод воздуха или воды в области вакуума. При подводе воздуха в области кавитации кавитационная эрозия может быть значительно уменьшена или полностью устранена. При наличии в потоке воздуха повышаются и значения пороговых скоростей (см. рис. 4.24).
Подвод воздуха в камеры глубинных затворов широко применяют как для борьбы с кавитационной эрозией, так и для обеспечения устойчивого безнапорного режима за затвором.
НИС Гидропроекта разработана и осуществлена на Нурекском гидроузле конструкция водосброса со ступенчатой водосливной гранью [21]. За порожками ступеней образуются зоны вакуума, в которые засасывается воздух по трубам. При этом содержание воздуха в пристенном слое составляет не менее 7...8 %, что должно обеспечить отсутствие кавитационной эрозии. Подвод воздуха или воды в области вакуума показан на рисунке 4.29.
На водосливных гранях плотины для предотвращения кавитационной эрозии можно устанавливать трамплины-аэраторы (см. рис. 4.29, б). Такие аэраторы были испытаны на плотине Братской ГЭС и дали положительные результаты (см. Экспресс-информацию «Строительство гидростанций», № 9, 1969); они применены на ряде сооружений (водосбросах Усть- Илимского и Токтогульского гидроузлов и др.).
Недостаток конструкций гасителей энергии и растекателей с подводом воздуха в области вакуума (см. рис. 4.29, в) — их некоторое усложнение по сравнению с конструкциями без воздуховодов; возможно и частичное засорение труб.
Лабораторные опыты показали [77], что эффективным средством улучшения кавитационных характеристик гасителей энергии может быть подвод воды в области вакуума из области с более высокими давлениями (см. рис. 4.29,г).
Применение относительно кавитационно-стойких материалов. К относительно кавитационно-стойким материалам можно отнести бетон гидротехнический высоких марок, цементные растворы, торкрет-бетон и др.
По данным испытаний ВНИИГ образцов различных материалов в камере Вентури при скорости 30 м/с были получены следующие коэффициенты относительной кавитационной стойкости п [77].
Стальные облицовки и полимерные покрытия существенно повышают кавитационную стойкость обтекаемой поверхности сооружения, однако они дороги. Полимерные покрытия целесообразно применять в сочетании с другими противокавитационными мероприятиями и для ремонтных целей (в том числе для заделки различных раковин и других дефектов производства работ). Рекомендации по проектированию полимерных покрытий даны в [91].
В последнее время разрабатываются методы прогнозирования кавитационной эрозии элементов водосбросов, причем характеристики материала обтекаемой потоком поверхности предлагается выбирать с учетом продолжительности межремонтного периода и технико-экономического сопоставления вариантов (см. «Известия ВНИИГ».— Л., т. 162, 1983).