ГОСТ Р 55562-2022 Турбины гидравлические, насос-турбины и насосы гидроаккумулирующих электростанций. Оценка кавитационной эрозии. Часть 1. Оценка в реактивных турбинах, насос-турбинах и насосах гидроаккумулирующих электростанций

ГОСТ Р 55562-2022

(МЭК 60609-1:2004)

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТУРБИНЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ, НАСОС-ТУРБИНЫ И НАСОСЫ ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ. ОЦЕНКА КАВИТАЦИОННОЙ ЭРОЗИИ

Часть 1

Оценка в реактивных турбинах, насос-турбинах и насосах гидроаккумулирующих электростанций

Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines. Cavitation pitting evaluation. Part 1. Evaluation in reaction turbines, storage pumps and pump-turbines

ОКС 27.140

Дата введения 2022-08-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Акционерным обществом "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (АО "Силовые машины") 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 13 июля 2022 г. N 620-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 60609-1:2004* "Турбины гидравлические, гидроагрегаты гидроаккумулирующих электростанций и турбонасосы. Оценка кавитационной эрозии. Часть 1. Оценка в реактивных турбинах, гидроагрегатах гидроаккумулирующих электростанций и турбонасосах" (IEC 60609-1:2004 "Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines - Cavitation pitting evaluation - Part 1: Evaluation in reaction turbines, storage pumps and pump-turbines", MOD) путем внесения технических отклонений, объяснение которых приведено во введении к настоящему стандарту, а также путем изменения его структуры для приведения в соответствие с правилами, установленными в ГОСТ 1.5-2001 (подразделы 4.2 и 4.3).

Условия, влияющие на гарантийный срок по кавитационной эрозии, приведены в дополнительном приложении ДА.

Сведения об анализе состояния воды приведены в дополнительном приложении ДБ.

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного в нем международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДВ

5 ВЗАМЕН ГОСТ Р 55562-2013 (МЭК 60609-1:2004)

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

Основными отличиями настоящего стандарта от международного стандарта МЭК 60609-1:2004 являются:

- рисунок 1, который характеризует рабочий диапазон гидротурбин и гидравлической насос-турбины во время работы в режиме турбины, заменен на более понятный и однозначный. Форма рисунка переработана с точки зрения корректного использования терминологии и приближена к реальной (выпускаемой) эксплуатационной характеристике гидротурбины (насос-турбины), которая будет понятна и удобна для использования эксплуатационным персоналом на станции, а также специалистам, участвующим в разработке технических требований на поставку гидротурбинного оборудования;

- рисунок 2, который характеризует рабочий диапазон гидравлических насос-турбин и гидравлических турбонасосов во время работы в режиме насоса, заменен на более понятный и однозначный. Измененная форма рисунка приближена к реальной насосной характеристике и проработана с точки зрения корректного использования терминологии;

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы оценки и измерений показателей кавитационной эрозии в реактивных турбинах, насос-турбинах и насосах гидроаккумулирующих электростанций при заданных в техническом задании значениях мощности, удельной гидравлической энергии, скорости вращения, материалов, условий работы и т.д.

Настоящий стандарт не устанавливает возможность оценки влияния кавитации на рабочие характеристики оборудования, такие как мощность, коэффициент полезного действия, вибрация и уровень шума.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 27.102 Надежность в технике. Надежность объекта. Термины и определения

ГОСТ Р МЭК 62364 Гидравлические машины. Руководство по предотвращению гидроабразивной эрозии в поворотно-лопастных, радиально-осевых и ковшовых турбинах

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение следует применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 27.102, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.3 гарантии по кавитационной эрозии: Допустимый унос материала от кавитационной эрозии за время базовой наработки.

3.4 гарантийная наработка по кавитационной эрозии: Наработка в пределах гарантийного срока по кавитационной эрозии.

3.6 гарантийный срок по кавитационной эрозии: Количество месяцев или лет эксплуатации машины, в течение которых действуют гарантии по кавитационной эрозии.

3.7 диаметр рабочего колеса D, м: В случаях работы турбины Каплана и пропеллерной гидротурбины - внешний выходной диаметр рабочего колеса; радиально-осевой турбины и насос-турбины (при работе в турбинном режиме) - выходной диаметр рабочего колеса; гидроагрегатов и насосов при работе в режиме насоса - внутренний диаметр рабочего колеса.

3.8 диапазон режимов работы: Диапазон работы, ограниченный для турбин линиями ограничения минимальной и максимальной мощности и минимальным и максимальным напором (см. рисунок 1), для насос-турбин и насосов в насосном режиме - минимальным и максимальным расходом (Q) (см. рисунок 2).

3.9 кавитация: Явление нарушения сплошности (однородности) потока жидкости вследствие образования пустот - пузырьков и/или целых полостей, заполненных газом и/или парами, выделившимися из жидкости в результате гидродинамических процессов.

3.11 кавитационная эрозия: Потери (унос) материала в результате кавитации.

Примечание - См. 5.2.4, перечисление b).

3.13 максимальная глубина кавитационной эрозии S, мм: Абсолютная максимальная глубина кавитационной эрозии, измеряемая от первоначальной поверхности материала.

Примечание - См. 5.2.2.

Примечание - См. 5.2.3 и 5.2.4, перечисление b).

3.15 масса унесенного материала m, кг: Масса материала, унесенного в результате кавитационной эрозии.

3.16 мощность гидромашины (мощность) N, МВт: В турбинном режиме - мощность, отдаваемая турбиной (или насос-турбиной в насосном режиме) приводимой ею машине (эффективная мощность на валу); в насосном режиме - мощность, отдаваемая потоку.

3.17 напор гидроаккумулирующей электростанции H, м: Напор статический, определяемый как H = E/g (разность отметок верхнего и нижнего бьефов).

Примечание - См. 5.2.3 и 5.2.4, перечисление b).

3.21 удельная гидравлическая энергия E, Дж/кг: Удельная гидравлическая энергия машины, определяемая как E = gH.

Примечание - См. 3.17.

Примечания

1 Положение линий ограничения минимальной и максимальной мощностей, а также размеры зоны за линией ограничения минимальной мощности и допустимое время работы в этой зоне определяется по результатам натурных испытаний.

Рисунок 1 - Пример рабочего диапазона гидротурбины и гидравлической насос-турбины во время работы в режиме гидротурбины

Рисунок 2 - Пример рабочего диапазона для гидравлических насос-турбин и гидравлических турбонасосов во время работы в режиме насоса

4 Основные условия оценки кавитационной эрозии

4.1 Условия, влияющие на гарантийный срок по кавитационной эрозии, устанавливают в соответствии с приложением ДА.

Значение показателя кавитационной эрозии устанавливают на основе анализа состояния воды - (в т.ч. содержания твердых частиц в воде) в соответствии с приложением ДБ.

4.2 Гарантийный срок по кавитационной эрозии

Если не установлено иное, то гарантийный срок или гарантийная наработка по кавитационной эрозии будут такими же, как установлено в техническом задании для гидравлической машины в целом.

Гарантийный срок и гарантийная наработка по кавитационной эрозии устанавливают в техническом задании.

4.3 Определение объема кавитационной эрозии

В техническом задании устанавливают:

a) допустимый унос материала от кавитационной эрозии, во время базовой наработки, определяемой в соответствии с 4.4.1;

b) методы измерения и расчета объема унесенного материала от кавитационной эрозии, используемые при выполнении гарантий в соответствии с 5.2.

Гарантии по кавитационной эрозии могут быть установлены путем ограничения максимальной глубины S (см. 3.12) или ограничения объема материала V, унесенного при кавитационной эрозии (см. 3.14), или установления значений обоих параметров.

Для всех вращающихся частей гидротурбин, насос-турбин и турбонасосов величины глубины S и объем V будут равняться величинам, указанным для рабочего колеса в соответствии с приложением А (см. рисунки А.1 и А.2).

Объем унесенного материала V от кавитационной эрозии на одной лопасти рабочего колеса не должен превышать значения Y от всего объема, нормируемого для рабочего колеса:

Y = 0,4 - для осевых турбин (поворотно-лопастных, пропеллерных и т.д.);

Y = 0,15 - для радиально-осевой турбины;

Y = 0,3 - для насосов и насос-турбин;

Y = 0,3 - для диагональных поворотно-лопастных турбин и турбонасосов.

Для невращающихся частей осевых турбин, осевых насос-турбин, осевых гидронасосов, диагональных поворотно-лопастных турбин и турбонасосов величины глубины S и объем V будут равняться значениям, указанным для рабочего колеса.

Для невращающихся частей радиально-осевых турбин, насосов и центробежных турбонасосов значение объема V будет равняться половине значения, указанного для рабочего колеса, а значение глубины S - значению, указанному для рабочего колеса.

4.4 Диапазоны режимов работы машины и продолжительность работы

Гарантийный срок выбирают в соответствии с рисунками 1 и 2.

4.4.2 Базовая наработка

Для оценки кавитационной эрозии следует применять следующие базовые наработки:

a) для машин, работающих с высоким коэффициентом использования мощности (например, гидротурбин, работающих в базовом режиме), - 8000 ч;

b) для машин, имеющих низкий коэффициент использования мощности (например, гидротурбин, работающих в пиковом режиме, насос-турбин и турбонасосов гидроаккумулирующих станций и турбонасосов, работающих в насосном режиме), - 3000 ч.

4.4.3 Фактическая наработка

Должна быть зафиксирована наработка гидроагрегата и выработка электроэнергии гидроагрегата на момент гарантийного осмотра.

Если были уточнены линии ограничения минимальной и максимальной мощности, минимального и максимального напора, а также продолжительность работы в зоне за линией ограничения минимальной мощности, то эти изменения следует учитывать в значении фактической наработки.

4.4.4 Особые условия

Время, необходимое для пуска или остановки гидравлической машины, должно быть включено в фактическую наработку.

Время, при котором рабочее колесо гидроагрегата вращается без нагрузки (холостой ход, режим синхронного компенсатора), должно быть исключено из расчета фактической наработки.

Для турбин с двойным регулированием (поворотно-лопастные турбины) для обеспечения выполнения гарантийного срока по кавитационной эрозии при пусконаладочных испытаниях настраивают комбинаторную зависимость (соотношение между открытием направляющего аппарата и углом разворота лопасти), чтобы минимизировать гидравлические потери и кавитационную эрозию.

5 Методы оценки кавитационной эрозии

5.1 Оценка кавитационной эрозии во время гарантийного срока

5.1.1 Изготовитель должен иметь возможность осмотреть гидравлическую машину после установленного периода. Короткая запланированная остановка работы гидравлической машины в начале гарантийного периода позволит своевременно выявить, устранить и/или запланировать действия по устранению причин кавитационной эрозии. Данный подход позволяет избежать длительного простоя позднее и может увеличить срок службы гидроагрегата.

5.1.2 Если в гарантийный период гидроагрегата при достижении гарантийной наработки не выполнены гарантии по кавитационной эрозии и произведен значительный ремонт повреждений вследствие кавитационной эрозии, то гарантийную наработку по кавитационной эрозии продлевают и рассчитывают с момента, когда гидроагрегат будет снова запущен в работу.

5.1.3 Если гидроагрегат подвергся минимальному (незначительному) ремонту (ремонт выполнен с помощью незначительного шлифования и/или полирования), то гарантийный срок по кавитационной эрозии по соглашению между изготовителем и заказчиком может не прерываться.

5.2 Методы измерения и расчет объема кавитационной эрозии

5.2.1 Измерение кавитационной эрозии в целях выполнения гарантий проводят до истечения гарантийного срока или гарантийной наработки по кавитационной эрозии.

Осмотр может быть проведен в течение 80%-120% от времени, установленного в техническом задании. Объем кавитационной эрозии определяют путем использования методов измерения, описываемых ниже. Выбранные методы измерения должны быть указаны в техническом задании. Шлифование не выполняют перед измерением, если отсутствует соглашение на измерение максимальной глубины. Местное шлифование выполняют перед измерением максимальной глубины, после измерения объема. Шлифование выполняют в случае, если это не влияет на результаты измерения объема кавитационной эрозии. Если шлифование выполняют, то рекомендуется измерить объем кавитационной эрозии методом, описанным в 5.2.4а).

Погрешность измерения не должна превышать ±10% от максимальной глубины, но не более 1 мм.

Погрешность измерения не должна превышать ±10%.

Область эрозии определяется поврежденным участком, у которого глубина эрозии более 0,5 мм.

5.2.4 Потери материала V определяют одним из способов:

a) непосредственным измерением объема пластической массы, требуемой для восстановления первоначальной неразрушенной формы поверхности. Если разрушение вызвано кавитацией на поверхности, искривленной во всех трех измерениях, то форму поверхности следует контролировать с помощью шаблонов или других подходящих устройств.

Погрешность измерения не должна превышать ±15%;

b) приблизительным вычислением по одной из следующих формул

или

6 Вычисление результатов и выполнение гарантии

6.1 Гарантии по кавитационной эрозии считают выполненными, если по истечении эксплуатационного периода в диапазонах режимов, установленных и согласованных в соответствии с 4.4, результат измерения с учетом погрешности измерения не превышает гарантийного значения с учетом поправки, указанной в 4.3, и соответствует формуле:

6.2 При невыполнении гарантий решение принимают согласно техническому заданию.

6.3 Дополнительным техническим заданием может быть предусмотрено использование покрытия, устойчивого к кавитационной эрозии.

Приложение А

(обязательное)

Примеры объемов кавитационной эрозии

Определенные значения учитывают следующие условия:

- значительные ремонтные работы в течение двух лет эксплуатации;

- глубина повреждений, которая не влияет на прочность гидравлической машины.

Следует отметить, что значения объема V и глубины S применяются ко всей проточной части рабочего колеса, данные значения являются ориентировочными.

Существуют случаи, когда будут выбирать большие или меньшие значения в зависимости от проектной документации и/или рабочих характеристик гидравлической машины.

А.2 Гидравлическая машина может считаться бескавитационной, если объем унесенного металла от кавитационной эрозии не превышает 1/4 от нижней границы (см. рисунок А.2).

А.3 Принятые значения следует располагать в пределах границ, указанных на рисунках А.1 и А.2 (за исключением бескавитационных машин, как отмечено выше).

Верхняя граница (см. рисунки А.1 и А.2), которая указывает на большую тенденцию к кавитационной эрозии, будет рассматриваться, если имеет место одно из следующих условий:

- большой диапазон режимов работы гидротурбины по напору и мощности;

- материал с устойчивостью к кавитационной эрозии, более низкой, чем нержавеющая сталь;

- анализ качества состояния воды, который является приемлемым;

- замена рабочего колеса.

Рисунок А.1 - Примеры максимально допустимых значений глубины кавитационной эрозии для рабочего колеса

Рисунок А.2 - Примеры максимально допустимых значений объема кавитационной эрозии для рабочего колеса

Приложение ДА

(справочное)

Условия, влияющие на гарантийный срок по кавитационной эрозии

ДА.1 Гарантийный срок по кавитационной эрозии в реактивных турбинах, насос-турбинах и насосах гидроаккумулирующих электростанций указывается в техническом задании и зависит от технических характеристик гидро- и гидроаккумулирующих электростанций, например эффективности и др. Объем кавитационной эрозии зависит главным образом от следующих факторов:

а) тип и конструкция машины;

б) материал, состояние поверхностей деталей, подверженных кавитации;

г) продолжительность эксплуатации и режимы работы;

д) качество воды.

Первые два из описанных выше факторов относятся к машине, остальные зависят от рабочих условий гидро- и гидроаккумулирующих электростанций. Поэтому гарантийный срок по кавитационной эрозии устанавливают в техническом задании по соглашению между изготовителем и заказчиком.

Могут быть использованы следующие методы установки величины кавитационной эрозии:

- объем кавитационной эрозии, согласованный изготовителем и заказчиком, в зависимости от технического задания с учетом размера турбины или насоса, скорости вращения, материалов, состояния поверхностей, условий работы и т.д. [см. рисунок ДА.1а)];

- максимальный объем кавитационной эрозии в техническом задании и осуществление настройки гидравлической машины с учетом этого значения [см. рисунок ДА.1б)].

ДА.2 По требованию заказчика, машина может работать практически без кавитационной эрозии, однако более экономично назначить небольшой объем кавитационной эрозии. В случае с подземными силовыми станциями стоимость дополнительного погружения в воду, как правило, является сравнительно низкой.

Приложение ДБ

(справочное)

Анализ состояния воды

ДБ.1 Предполагается, что вода не является химически агрессивной средой. В случаях если вода является химически агрессивной средой, гарантированную величину кавитационной эрозии рассчитывают на основании анализа состояния воды. Установление ограничений и рекомендаций по расчету гарантированной величины кавитационной эрозии в зависимости от химической агрессивности и, соответственно, химического состава воды, а также материалов гидравлической машины не является задачей настоящего стандарта.

Если вода является химически агрессивной, то это следует учитывать при установлении гарантий по кавитационной эрозии. Если кавитационная эрозия происходит в зонах повреждения, где они могут отдельно поддаваться химической или электрохимической коррозии, то такие повреждения исключаются из оценки кавитационной эрозии.

ДБ.2 Абразивный износ, который происходит вследствие загрязнения воды твердыми частицами (например, песком), не считают кавитационной эрозией. Если гидравлическая машина работает в воде, содержащей значительное количество твердых частиц, то масса унесенного материала увеличивается за счет совместного воздействия как кавитационной эрозии (если имеется), так и абразивного износа. Степень увеличения разрушений зависит от различных аспектов, например, от концентрации осадков, минерального состава, градации размера и параметров столкновения (например, скорости и угла падения), а также от характеристик материала и рабочих условий гидравлической машины. Если поверхность изменяется вследствие абразивной эрозии, то может возникнуть повреждение, вызванное кавитационной эрозией, которая ускоряется из-за изменения формы потока жидкости. При измерении повреждения важно помнить, что внешний вид и механизм разрушений из-за кавитационной эрозии и абразивной эрозии разные.

При совместном воздействии абразивной и кавитационной эрозии оценку кавитационной эрозии не выполняют.

Примеры объемов кавитационной эрозии и методы измерения, приведенные в настоящем стандарте, относятся только к повреждениям кавитационной эрозии. Однако некоторые гидростанции работают на воде, содержащей значительное количество твердых частиц, по крайней мере в течение нескольких месяцев в году. Настоящий стандарт не определяет параметры наносов в воде.

Аспекты абразивной износостойкости материалов гидротурбины, насос-турбины и насосов гидроаккумулирующих электростанций рассмотрены в ГОСТ Р МЭК 62364.

Приложение ДВ

(справочное)

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного в нем международного стандарта

Таблица ДВ.1