НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Руководство по предотвращению гидроабразивной эрозии в поворотно-лопастных, радиально-осевых и ковшовых турбинах
Hydraulic machines. Guidelines for dealing with hydro-abrasive erosion in rotary-blade, radial-axial and bucket turbines
ОКС 27.140
Дата введения 2022-01-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Ассоциацией "Гидроэнергетика России" на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 016 "Электроэнергетика"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 ноября 2021 г. N 1551-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 62364:2019* "Машины гидравлические. Руководящие указания по рассмотрению гидроабразивной эрозии в турбинах Каплана, Фрэнсиса и Пелтона" (IEC 62364:2019 "Hydraulic machines - Guidelines for dealing with hydro-abrasive erosion in Kaplan, Francis and Pelton turbines", IDT).
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.
Наименование настоящего стандарта изменено относительно указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5)
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)
Введение
Международный стандарт МЭК 62364 подготовлен Техническим комитетом МЭК ТК-4 "Гидравлические турбины". Настоящее второе издание стандарта отменяет и заменяет первое издание МЭК 62364, которое подверглось технической переработке.
Настоящее издание содержит следующие значительные технические изменения относительно первого издания:
a) модифицирована формула расчета TBO для эталонной модели ковшовой турбины;
b) модифицирована формула для расчета интервала отбора проб;
c) существенной модификации подверглась глава по стойким к гидроабразивной эрозии покрытиям;
d) удалено приложение с натурными данными о стойких к гидроабразивной эрозии материалах;
e) добавлена упрощенная оценка гидроабразивной эрозии.
По всему миру увеличивается количество гидроэлектростанций, на которых имеются проблемы, связанные с наличием гидроабразивной эрозии. Для минимизации воздействия этого явления необходим общий подход. Чтобы оценить объем эрозии и ее воздействие на эксплуатацию, следует проводить ее оценку уже в начале стадии планирования. Для этого необходимо знать влияющие параметры и их действие на эрозию. Необходимая для оценки информация включает помимо прочего планируемую конструкцию, параметры воды с частицами, которая будет проходить через турбины, скопление наносов в водохранилище и планирование собственником электростанции будущей эксплуатации, т.е. проведение необходимого ремонта по снижению готовности или максимально допустимому уровню снижения коэффициента полезного действия (далее - КПД).
Оптимальное решение может быть найдено на основании оценки эрозии посредством анализа всех мероприятий относительно инвестиций и таких решающих параметров, как выработка электроэнергии и стоимость технического обслуживания. Часто использование более стойкой к эрозии конструкции вместо выбранной конструкции турбины с наивысшим КПД приводит к получению более высокой прибыли. Такой анализ наилучшим образом выполняется генеральным проектировщиком станции.
Заказчики гидравлических машин должны направлять потенциальным поставщикам свои требования (рекомендации), чтобы на стадии проектирования при конструировании было обращено особое внимание на минимизацию интенсивности и воздействия гидроабразивной эрозии.
По тем вопросам, которые конструктор мог бы решить для увеличения периода использования оборудования перед капитальным ремонтом узлов турбины при их эксплуатации в условиях интенсивной гидроабразивной эрозии, существует ограниченный консенсус и очень мало количественных данных. Это приводит к внесению некоторыми собственниками в свои технические условия требований, которые не могут быть выполнены посредством применения известных методов и материалов.
1 Область применения
Настоящий стандарт содержит руководство для:
a) представления собранных с различных гидроэнергетических объектов данных о степени гидроабразивной эрозии для нескольких комбинаций качества воды, режимов эксплуатации, материалов и свойств составных частей;
b) выработки указаний по методам минимизации гидроабразивной эрозии посредством модификаций спроектированной для чистой воды проточной части. Эти указания не включают такие подробности, как форма гидравлических профилей, которые должны определяться для данного объекта экспертами по гидравлическому проектированию;
c) выработки основанных на "опытных данных" указаний по относительной стойкости материалов, применяющихся для решения связанных с гидроабразивной эрозией проблем;
d) выработки указаний по ремонтопригодности материалов с высокой стойкостью к гидроабразивной эрозии и твердых покрытий;
e) выработки указаний по рекомендуемому подходу, который собственники могли бы применить и применили бы для обеспечения того, чтобы технические условия содержали требования, уделяющие особое внимание рассматриваемому аспекту гидравлической конструкции своих объектов без установления критериев, которые не могут быть выполнены из-за того, что соответствующие способы находятся за пределами возможностей производителей;
f) выработки указаний по режиму эксплуатации гидротурбин при наличии в воде наносов для увеличения срока их эксплуатации.
В настоящем стандарте предполагается, что вода не является химически агрессивной. Поскольку химическая агрессивность зависит от большого разнообразия химического состава и примененных в машине материалов, охват этих вопросов находится за пределами области действия настоящего стандарта.
В настоящем стандарте предполагается, что в турбине отсутствует кавитация. Кавитация и гидроабразивная эрозия могут усиливать друг друга таким образом, что результирующая эрозия становится больше, чем суммарная эрозия кавитации и гидроабразивной эрозии. Количественная связь результирующей гидроабразивной эрозии неизвестна, и ее оценка находится за пределами области действия настоящего стандарта, за исключением рекомендации, чтобы на стадии проектирования турбины для минимизации кавитации предпринимались специальные меры.
Переносимые водой большие твердые предметы (например, камни, дерево, лед, металлические объекты и т.д.) могут воздействовать на части турбины и повредить их. Повреждение может в свою очередь увеличить турбулентность потока и вследствие этого ускорить износ из-за кавитационной и гидроабразивной эрозии. Стойкие к гидроабразивной эрозии покрытия также могут быть локально повреждены ударами твердых объектов. Рассмотрение этих вопросов находится за пределами области действия настоящего стандарта.
Настоящий стандарт распространяется на оборудование гидроэлектростанций, на которых уже имеются связанные с гидроабразивной эрозией проблемы (или при проектировании новой гидроэлектростанции предполагается их появление). Некоторые части руководства могут также применяться для прочих гидравлических машин.
2 Термины, определения и сокращения
2.1 В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
2.2.1 удельная гидравлическая энергия машины Е, Дж/кг (specific hydraulic energy of a machine): Располагаемая удельная энергия воды между контрольными сечениями высокого 1 и низкого 2 давления машины.
Примечание - См. МЭК 60192.
2.2.2 ускорение свободного падения g, м/с (acceleration due to gravity): Локальное значение ускорения свободного падения в месте испытания.
Примечание - См. МЭК 60192.
2.2.3 напор турбины/насоса H, м (turbine/pump head): Располагаемый напор у границы гидравлической машины.
Примечание - H=E/g.
2.2.4 контрольный диаметр D, м (reference diameter of the hydraulic machine): Контрольный диаметр гидравлической машины.
Примечания
1 Для ковшовых турбин это диаметр средней окружности ковшей, для поворотно-лопастной турбины это диаметр камеры рабочего колеса и для радиально-осевой турбины и радиально-осевого насоса это диаметр сечения обода на стороне низкого давления лопастей.
2 См. МЭК 60192.
2.2.5 диаметр втулки , мм (the diameter of runner hub for Kaplan turbines): Диаметр втулки рабочего колеса поворотно-лопастной турбины.
2.2.6 глубина гидроабразивной эрозии S, мм (hydro-abrasive erosion depth): Глубина выемки вынесенного из-за гидроабразивной эрозии материала, измеренная перпендикулярно первоначальной поверхности.
2.2.7 характерная скорость W, м/с (characteristic velocity): Характерная скорость, определенная для каждой части машины и используемая для количественной оценки повреждений из-за гидроабразивной эрозии.
Примечание - См. также определения терминологических статей с 2.2.20 по 2.2.24.
2.2.8 концентрация частиц C, кг/м (particle concentration): Масса твердых частиц, отнесенная к объему смеси частиц и воды.
Примечание - В случае если концентрация частиц выражается в частях на миллион (ppm), рекомендуется использовать массу частиц на объем воды, так что 1000 ppm приблизительно соответствует 1 кг/м.
2.2.9 абразивная нагрузка PL, кг·ч/м (particle load): Интеграл по времени от преобразованной концентрации частиц:
Примечания
1 C(t)=0, если расход воды через турбину отсутствует.
2 Для радиально-осевых турбин при вычислении PL для рабочего колеса и лабиринтных уплотнений C(t)=0, если агрегат стоит со спиральной камерой под давлением, но C(t)0 при вычислении PL для направляющих лопаток и облицовок.
2.2.10 коэффициент крупности (size factor): Коэффициент, который характеризует, как гидроабразивная эрозия зависит от размера абразивных частиц, и равный медиане размеров частиц
в мм.
2.2.11 коэффициент формы 
(shape factor): Коэффициент, который характеризует, как гидроабразивная эрозия зависит от формы абразивных частиц.
Примечание - См. приложение D.
2.2.12 коэффициент твердости 
(hardness factor): Коэффициент, который характеризует, как гидроабразивная эрозия зависит от твердости абразивных частиц.
