Cavitation erosion of the blades in Banki-Michel turbine. Observations and some aspects of the process simulation

• Autorzy: Gireń B. G. , Noińska-Macińska M.

Warianty tytułu

PL

Kawitacyjne niszczenie łopatek w turbinie Banki-Michela. Obserwacje i wybrane aspekty symulacji procesu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Prediction of cavitation erosion performance of the Banki-Michel turbine blades is a domain of the paper. Method based on the phenomenological simulation model has been tested. Experimental research were conducted in hydro power plant in Jeziorany (Poland). Methodology employed consists in determining the cumulative erosion curves for the blades and computing the corresponding theoretical curves. Compatibility of the experimental and theoretical dependences has been accomplished by calibrating the computational parameter values. Analysis of the correlations derived was carried out. As it was found, dependence of the computational parameters on the loading is weak, thus the loading can be accounted in the cavitation erosion prediction procedure as a factor.

PL

Praca dotyczy przewidywania kawitacyjnego niszczenia łopatek turbiny Banki-Michela w oparciu o fenomenologiczny symulacyjny model erozji. Badania eksperymentalne prowadzono w elektrowni wodnej w Jezioranach (Polska). Metodyka badań polegała na wyznaczeniu krzywych erozyjnych zużycia łopatek turbiny, wyznaczeniu odpowiadających im krzywych modelowych poprzez odpowiedni dobór parametrów obliczeniowych oraz dokonaniu analizy uzyskanych korelacji. Ustalono, że zależność parametrów równań modelowych od obciążenia jest niewielka, wobec czego w procedurze przewidywania obciążenie może być uwzględniane jako mnożnik.

Słowa kluczowe

EN

Banki-Michel turbine; cavitation erosion; wear prediction

PL

turbina Banki-Michela; erozja kawitacyjna; prognozowanie zużycia

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 16, no. 4
• Strony: 526--532
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gireń B. G.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery Polish Academy of Sciences, ul. Fiszera 14, 80-231 Gdańsk, Poland

autor

Noińska-Macińska M.

• Department of Informatics and Mechatronics University of Economy ul. Garbary 2, 85-229 Bydgoszcz, Poland

Bibliografia

• 1. Ahmed SM, Hokkirigawa K, Ito Y, Oba R. Scanning electron microscopy observation on the incubation period of vibratory cavitation erosion. Wear 1991; 142: 303-314.
• 2. Antonini A, Giadrossi A Turbine behavior under cavitation conditions. Int. Water Power & Dam Construction 1981; 33(3): 25-28.
• 3. Bedkowski W, Gasiak G, Lachowicz C, Lichtarowicz A, Lagoda T, Macha E. Relations between cavitation erosion resistance of materials and their fatigue strength under random loading. Wear 1999; 230: 201-209.
• 4. Bellet L et al. Cavitation erosion prediction on Francis turbines. Int. Journal on Hydropower and Dams 1997; 4(3): 56-58.
• 5. Berchiche N, Franc J-P, Michel J-M, A Cavitation Erosion Model for Ductile materials, Transactions of ASME: Journal of Fluids Engineering 2002; 124: 601-606.
• 6. Dular M, Stoffel B, Sirok B. Development of a Cavitation Erosion Model. Wear 2006; 261: 642–655.
• 7. Dupont Ph et al. Cavitation erosion prediction on Francis turbines, Pt.2: Model Tests and Flow Analysis. Proc. 18th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Cavitation 1996; Valencia, Vol. 1: 574-583.
• 8. Elber W Fatigue crack closure under cyclic tension. Engineering Fracture Mechanics 1970; 2: 37-45.
• 9. Fortes-Patella R, Reboud JL. The new approach to evaluate the cavitation erosion power, Journal of Fluid Engineering – Transactions of ASME 1998; 120: 335-344.
• 10. Gałka E. Cechy konstrukcyjno-funkcjonalne turbin wodnych Banki-Michella niskospadowych i średniospadowych. Informator Centralnego Programu Badawczo-Rozwojowego p.n. Kompleksowy rozwój energetyki. Gdańsk: Instytut Maszyn Przepływowych PAN, 1990 (in polish).
• 11. Gireń BG. Steller J. Random multistage input and energy partition approach to the description of cavitation erosion process. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment 2009; 23: 263-273.
• 12. Gireń BG. Stochastic model of cavitation erosion of low plasticity metallic materials. Prace Instytutu Maszyn Przepływowych – Transactions of the Institute of Fluid Flow Machinery 2006; 117: 1-19.
• 13. Gireń BG, Frączak J. Złożone procesy zużycia – analiza ilościowa. Zeszyty Naukowe Instytutu Maszyn Przepływowych PAN, Gdańsk 2009; 52/1511.
• 14. Gireń BG. A single-parameter predictor of the effectiveness of cavitation erosion process. Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance 2011; 46(4): 7-23.
• 15. Gireń B G, Krella A. Prediction of abrasion performance of metal alloys. Inżynieria Materiałowa 2013; 1(191): 25-30.
• 16. Hammit FG, De MK. Cavitation Damage Prediction. Wear 1979; 52: 243-262.
• 17. Hattori S, Nakao E. Cavitation Erosion Mechanisms and Quantitative Evaluation Based on Erosion Particles. Wear 2002; 249: 839–845.
• 18. Heymann FJ. On the Time Dependence of the Rate of Erosion Due to Impingement or Cavitation. Erosion by Cavitation or Impingement, ASTM Special Technical Pub. 1967; 408: 70-110.
• 19. Iwai Y, Okada T, Tanaka S. A Study of Cavitation Bubble Collapse Pressures and Erosion, pt.2: Estimation of Erosion from the Distribution of Bubble Collapse Pressures. Wear 1989, 133: 233-243.
• 20. Kaniecki M. Turbina Banki-Michella. Miedzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna nt.: Hydrauliczne maszyny wirnikowe w energetyce wodnej i innych działach gospodarki HYDROFORUM’2000; Czorsztyn, Poland; Wydawnictwo IMP PAN, 2000 (in polish).
• 21. Karimi A, Leo W R. Phenomenological Model for Cavitation Erosion Rate Computation. Materials Science and Engineering 1987: 95: 1-14.
• 22. Lecoffre Y. Cavitation Erosion, Hydrodynamics Scaling Laws - Practical Method of Long Term Damage Prediction. Proceedings of. Int. Symposium on Cavitation CAV’95, Deauville, France 1995; 249-256.
• 23. Pereira F, Avellan F, Dupont P. Prediction of cavitation erosion – an energy approach. Journal of Fluid Engineering - Transactions of ASME 1998; 120: 719-727.
• 24. Reymann Z. Turbiny Banki-Michella konstrukcji IMP PAN. Doświadczenia z badań modeli i prototypów. Zeszyty Naukowe Instytutu Maszyn Przepływowych PAN, Gdańsk 1993: 400/1363 (in polish).
• 25. Richman R H, McNaughton W P. Correlation of cavitation erosion behaviour with mechanical properties of metals. Wear 1990; 140: 63-82.
• 26. Richman R H, McNaughton W P. A Metallurgical Approach to Improved Cavitation-Erosion Resistance. Journal of Materials Engineering and Performance 1997; 6: 633-641.
• 27. Sitnik L. Mathematical description of the cavitation erosion process and its utilization for increasing the material resistance to cavitation. Proc. 2nd Joint ASCE/ASME Mechanics Conf. on Cavitation in Hydraulic Structures and Turbo Machinery, Albuquerque, New Mexico 1985; 21-30, ASME bound vol. G00297.
• 28. Soyama H, Kumano H, Saka M. A New Parameter to Predict Cavitation Erosion. Fourth International Symposium on Cavitation; Pasadena, USA; California Institute of Technology, 2001.
• 29. Stewart AT. The influence of environment and stress ratio on fatigue crack growth at near threshold stress intensities in low alloy steel. Engineering Fracture Mechanics 1980; 13: 463-478.
• 30. Stinebring DR, Holl JW, Arndt REA. Two Aspects of Cavitation Damage in the Incubation Zone: Scaling By Energy Considerations and Leading Edge Damage. Journal of Fluid Engineering 1980; 102: 481-485.
• 31. Veerabhadra RP, Buckley DH, Matsumura M. A unified relation for cavitation erosion. Int. Journal of Mechanical Sciences 1984; 26: 325-335.