Улучшение экологии ГЭС путем изменения режима торможения гидроагрегата

Растягивающие напряжения в зоне контакта зависят от величины силы трения. Последняя вследствие двойственной природы внешнего трения обусловлена глубиной внедрения единичной неровности и величиной адгезии между поверхностями трения.

Величина относительного внедрения для данной конфигурации неровностей зависит от температурного поля, т.к. при изменении температуры меняются механические свойства материалов, а также и от нагрузки.

Различают три вида износа:

• -    микрорезание;

• -    усталостный износ при пластическом оттеснении;

• -    усталостный износ при упругой деформации.

В настоящей работе нас интересует не собственно величина износа, весового или линейного, при различных режимах торможения, а отношение износа при двух режимах торможения, т.е. эффективность изменения режима торможения.

Проведем оценку эффективности изменения режима торможения двумя путями:

• -    путем сравнения кинетических энергий, поглощаемых при различных режимах торможения;

• -    путем оценки линейного износа через интенсивность износа.

Полагая, что объем изношенного материала Д V пропорционален поглощенной кинетической энергии W,

Д V = K w • W , (1) где K_w – коэффициент пропорциональности, получим для двух режимов торможения, штатного и оптимального

АУ = К -W         f2)

шт -''"w ^шт ,              ⁽^)

АУ =К -W .

опт w опт .

Эффективность от изменения режима торможения Э равна

Э =

А V

шт

W шт

А V

шт

W опт

L

А h = j I (L) • dL.

При штатном режиме торможения линей-

Так как весовой износ А Q = А V • у , а

. . ^А линейный износ ^А h = s ,

ная скорость начала торможения равна

U_шт = R • ^ю шт , где R — радиус тормозного диска. В процессе торможения скорость упа-

дет до нуля, а пройденный путь будет равен

где Y — удельный вес материала колодки;

S – площадь колодки, получим

L . Обозначим значение интенсивности из- шт

носа в начале пути, т.е. при скорости U_шт ,

как I

шт

Э = А Qшт

А Q onm

Аh т

А И опт

В ранее упоминавшихся работах по изно-

W шт

W ^, опт

Кинетическая энергия вращающегося тела равна т         W = Jm to2 ,            (5)

где J _m – массовый момент инерции тела относительно оси вращения;

to — круговая частота вращения ротора гидроагрегата.

При этом эффективность будет равна

Э = А Qшт = АИшт = to 2 шт

^А Qo nm   ^{А И}опт    ^to 2 опт

су фрикционных материалов [13], [14], [15],

[16] отмечается, что с ростом давления на ко-

лодку и с увеличением скорости скольжения интенсивность износа увеличивается, т. е. интенсивность износа является функцией скорости скольжения и силы трения F

I = f (F, U). (10)

Используя это утверждение, построим график изменения интенсивности износа (рис. 1) как функцию вида

I = I

F • U

шт

F • U шт шт

Таким образом, эффективность равна квадрату отношения частот вращения ротора гидроагрегата.

Для штатного режима торможения частота вращения равна 15 % от номинальной частоты вращения, а для оптимального режима торможения – 5 %. Следовательно, эффективность равна 9, т. е. износ колодок уменьшится в 9 раз.

Другим методом оценки эффективности изменения режима торможения является используемый в теории износа метод непосредственной оценки линейного (по толщине) износа тормозных колодок через параметр I – интенсивность износа.

Интенсивность износа есть отношение ли- нейного износа А(Аh) за пройденный путь AL к пройденному пути AL

I = А(А h) А!

при различных значениях показателя степени

a :

где

F шт

a = 0 , a = 1 , a = 1 -Аа , a = 1 + А а , аргумент F • U изменяется от нуля до • U .

шт .

При а = 0 I = I_шт – const, т. е. интенсив-

ность износа не зависит от скорости при постоянной силе трения. Следовательно, интенсивность износа также постоянна в любой точке пути. Определим длину пути торможения для двух режимов торможения: штатного и оптимального.

В процессе торможения имеет место ра- венство нулю суммы моментов от инерционных сил Mин и сил трения в тормозах Mтр

М_и „+ М_т „= 0 ,            (12)

ин тр где Mин = Jm • в , в — угловое ускорение (замедление);

D тр        2  ;

D – диаметр тормозного

Если интенсивность износа является функцией пути, то выражение (3.3) запишется в дифференциальной форме

диска.

При этом

I ( L ) =

d ( А h ) dL

в =

F • D

-

2 • J . m

Линейный износ определяется как интеграл на всем пути трения

При постоянстве силы трения входящие в выражении (13) величины являются константами, поэтому величина в является постоянной величиной для любого режима трения.

Длина тормозного пути

L _ U-2 • в в

При этом отношение тормозных путей при

двух режимах торможения равно

L

шт

U ² шт

to

шт

L

опт

^U опт    ^to опт

.

Так как мы рассматриваем случай независимости интенсивности износа от параметра F • U ,

Э _ Iшт ^Lшт

" L•■ Lonm шт опт

Ah      to2

шт    шт

^{A h}onт    ® опт

Таким образом, при постоянной интенсивности износа эффективность также равна квадрату отношения часто при различных режимах торможения.

При a _ 1 интенсивность износа является линейной функцией параметра U

<    ^

U

V шт /

Используя принцип обратимости движения, т. е. заменив процесс торможения процессом разгона гидроагрегата от нулевой скорости до скорости торможения, можем записать уравнение длины пути в функции скорости

L_L шт

[ U

V шт /

Продифференцировав выражение (18), по-

лучим

dL _ 2 •

• U • dU

.

Дифференциал линейного износа равен

d ( A h ) _ I • dL .           (20)

При этом линейный износ будет равен интегралу выражения (20)

LU

A h _ J I • dl _--- ^шт 3 ^шт - J U ² dU . (2i)

0           U шт0

Проинтегрировав выражение (21), получим

Ah q I шт Lшт jj3 ,(22)

^{3           U} шт

При штатном режиме торможения линейный износ будет равен

Ah  _-• I • L шт 3 шт шт .

При оптимальном режиме торможения линейный износ будет равен

U ³ опт опт       шт шт 3

^{3           U} шт

.

При этом эффективность будет равна третьей степени отношения частот вращения ро-

тора генератора

Э_

A h

A h

шт

опт

U3 шт опт

to

шт

3 ^to опт

Таким образом, при изменении показателя степени a от нуля до единицы, эффективность изменяется в пределах

F*U

Рис. 1. График интенсивности износа

to

шт

to

опт

< Э <

to

шт

to

опт

В соответствии с результатами исследования интенсивности износа в работах [13], [14], [15], [16] показатель степени а больше единицы. При этом эффективность будет более третьей степени отношения частот. Но мы ограничимся показателем степени а = 1 • Таким образом, с точки зрения использования понятия интенсивности износа при расчете износа эффективность определяется выражением (26 ) .

При изменении частоты вращения, соответствующей началу торможения, с 15 % от nном до 5 % от nном износ тормозных колодок уменьшается более чем в 10 раз:

9<Э<27. (27)

Куйбышев: Куйбышевское книжное издательство, 1963.

• 5.    Коднир Д.С., Жильников Е.П., Байбородов Ю.И. Элас-тогидродинамический расчет деталей машин. М.: Машиностроение, 1988.

• 6.    Яновский М.И. Конструирование и расчет на прочность деталей паровых турбин. М.: Изд-во АН СССР, 1947 г.

• 7.    Дьячков А.К. Расчет несущей способности масляного слоя, трения и координат центра давления упорных подушек подпятника, имеющих криволинейный контур //Развитие гидродинамической теории смазки применительно к упорным подшипникам скольжения/ Под редакцией Дьячкова А.К. М.: Изд-во АН СССР, 1959.

• 8.    Воскресенский В.А., Дьяков В.И. Расчет и проектирование опор скольжения (жидкостная смазка). – М.: Машиностроение, 1980.

• 9.    Детинко Ф.М., Запольский П.П., Каплан М.Я. Вопросы расчета, конструирования, исследования и эксплуатации подпятников гидрогенераторов ЛЭО “Электросила”. В кн.: Электросила. Л.: Энергия, 1973, вып. 29.