Способ обнаружения явления кавитации в гидромашинах Советский патент 1955 года по МПК G01N29/02 

Описываемый способ обнаружения явления кавитапии в гидромашинах имеет ту особенность, что степень развития кавитации определяют по ко 1ичеству энергии, потеряиной ультразвуковым импульсам, посланным через зо«у кавитации на исследуемукз лопатку Гидроздашины.

На фиг. 1-3 приведены схемы расположения аппаратуры, применяемой п-ри осуществлении способа в различных условиях.

Обнаружение явления кавитации на «еподвижных лопатках и профилях работающих гидромашин при помощи ультраакустических колебаний ооновано на том, что кавитация характеризуется образованием на границе профиля с жидкостью каверн, заполненных пузырьками пара и газа. Образоваяие этих пузырьков и величина полостей, заполненных И1ми, т. е. степень развития кавитации обусловлена величиной местного попижения давления в жидкости.

Следовательно, л идкость 1гларным образом - пограничный ее слой) представляет собой уже не однородную среду, а смесь с пузырьками, заполненными ее парами и газом, т. е. двухфазную 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 отраженной части энергии импульса, а следовательно, и количество 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 несравненно выше, нежели для воды, что весьма ценно для предлагаемого способа исследования кавитац П1 ватедствие резкого реагирования коэффициента поглощения на присутствие в жидкости кавптационных пузырьков.

Для осуществления способа просвечивания на протпвоиоложных стенках канала /, в котором помещен исследуемый профиль 2, закреплены кварцевый излучатель 3 и кварцевый приемник 4. При помощи генератора 5 создаются импульсные электрические колебания, накладываемые на квяои.езый 1{злучатель ,,

вследствие чего «а последнем возникают зльтразвуковые колебания той же форумы, которые распространяются в виде луча ,в перпендикулярном налравлбнии поверхиости . излучателя 3. Илшульсы, пройдя жидкость и исследуемый профиль 2, попадают ка кварцевую пластину - приемник 4. Вследствие упругих колебаний ла приемной кварцевой пластине возникают электрические колебания, оторыг усиливаются ламповым усилителем 6 до пеооходилюй величины и через детектор 7 попадают на регистрирующий прибор-осциллограф 8.

Если на исследуемом профиле нет кавитации, то на экране осциллографа будет зафиксирован посылочный 9 и приемный 10 импульсы. При этом приемный импульс-«всплеск на осциллографе будет меньше посылачного на .величину потерянной ультразвуковым лучом энергии. С появлепием на профиле кавитации, во-первых, резко увеличиваются потери ультразвуковой энергии, и, вовторых, большая часть ультразвуковых лучей, отразившись от кавитационгных пузырьков, рассеется и не попадет на приемную кварцевую пластинку. Вследствие указанных причин приемный илшульс-«всплеск // на осциллографе резко уменьшится, с появлением кавитации, либо совсем пропадет со значительным ее развитием. Следовательно, по показаниям осциллографа или какого-ли. бо иного регистрируюш,его устройства можио судить о моменте появления кавитации /2, а также о степени ее развития.

При осушествлении способа путем отражения ультразвуковой волны от поверхности .профиля (фнг. 2) отличие заключается в тОдМ, что излучающая и принимающая ультразвуковые волны «барцевые пластинки-излучатель 3 и приемник 4 устанавливаются по одну сторону гидрокаиала /. Второй метод имеет ряд преигмуществ по сравнению с первым: главное из них - большая чз -вствительность к фиксированию начальной стадии кавитации .вследствие того, что увеличивается потеря энергии ультразвукового луча, так как последний дважды пересекает зону кавитации 12.

При осуществлении .способа путем отражения ультраввуковой волны от движущейся лопатки 13 (фиг. 3) применяют помещенный в потоке после турбины или расположенный на корпусе турбины ультразвуковой искатель 14 объединяющий в себе как излучатель J5, так и приемник 16 ультразвуковых волн, посылаемых на лопатки гидротурбины. Когда лопатка 13 займет положение, обеспечивающее посылку на исследуемое место лопатки ультразвуковой волны, происходит разрыв контакта 17, так называемого синхронизатора 18.

В момент разрыва контакта J7 при помощи .генератора J9 создается импульс электрических колебаний, который подается через приемник 20 на осциллограф 21, во-первых, непосредственно от генератора, т. е. электрическим путем, и, во-вторых, через ультразвзковой 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-«БСПлеска 22 и 23. Первый импЗльс, прощедщий электрическим путем, не зависит от явлений, происходящих щ водяном потоке, а следовательно, и постоянен по величине; второй импульс, прошедший водным путем, будет реагировать как на образование кавитационных пузырьков, так и на инородные тела, проносящиеся между лопаткой и ультразвуковым искателем, и, следовательно, меняется в зависи.мости от величины потерянной ультразвз-тковой энергии.

Сравнивая эти два импульса, можно сз дить о количестве -потерянной энергии ультразвуковой волны, а следовательно, и фиксировать момент (Появления кавитации и степень ее развития.

Описываемый способ обнаружения явления кавитации дает возмож.ность обнаружить наличие кавитации, которая не наблюдается визуально вследствие ее малой .развитости как на неподвижных профилях в гидроканалах, так и на вращающихся лопастях гидромашин. Этот способ эпачительно проще и точнее громоздкого, требующего длительных испытаний, энергетического метода исследования кавитации в гидромашинах и позволяет осуществить контроль кавитациаиных условий работы машины ори ее промышленной эксплуатации, а в соединении с электроавтоматикой позволяет выводить или -не допускать работу гидрОмашин иа ка, витациояном режиме.

Предмет изобретения

1. CinoCOi6 обнаружения явления кавитации в гидромашинах, отлич а ю ш, и и с я тем. что степень развития кавитации определяют по количеству энергии, потерянной ультразвуковым импульсом, посланным через зону кавитации «а исследуемую лопатку гидромаши«ы.

2. Прием выполнения способа обнаружения явления кавитации по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, ультразвуковой импульс направляют под углом к изучаемой поверхности лопатки и улавливают отражение этого импульса, дважды пересекшего 3OIHV Кавитацией.

5 у к г JL J. J. ДД

Фиг. 3

/7 Ю