ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA

ICS 23.100.10; 27.140 Duben 2014

idt IEC 62364:2013

Hydraulic machines – Guide for dealing with hydro-abrasive erosion in Kaplan, Francis, and Pelton turbines

Machines hydrauliques – Guide relatif au traitement de l’érosion hydro-abrasive des turbines Kaplan, Francis et Pelton

Wasserturbinen – Leitfaden für den Umgang mit hydroabrasiver Erosion in Kaplan-, Francis- und Pelton-Turbinen

Tato norma je českou verzí evropské normy EN 62364:2013. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Má stejný status jako oficiální verze.

This standard is the Czech version of the European Standard EN 62364:2013. It was translated by the Czech Office for Standards, Metrology and Testing. It has the same status as the official version.

Národní předmluva

Informativní údaje z IEC 62364:2013

Tuto mezinárodní normu vypracovala technická komise IEC/TC 4 Vodní turbíny.

Text této normy se zakládá na těchto dokumentech:

Úplnou informaci o hlasování lze najít ve zprávě o hlasování ve výše uvedené tabulce.

Tato publikace byla vypracována v souladu se směrnicemi ISO/IEC, část 2.

Komise rozhodla, že obsah základní publikace a jejích změn se nebude měnit až do výsledného data aktualizace uvedeného na webových stránkách IEC (http://webstore.iec.ch) v údajích o této publikaci. K tomuto datu bude publikace buď

• znovu potvrzena;

• zrušena;

• nahrazena revidovaným vydáním, nebo

• změněna.

Souvisící ČSN

IEC 60193:1999 zavedena v ČSN EN 60193:2001 (08 5009) Vodní turbíny, akumulační čerpadla a čerpadlové turbíny – Přejímací zkoušky na modelu

IEC 60609-2:1999 zavedena v ČSN EN 60609-2:2002 (08 5015) Vyhodnocování kavitačního opotřebení vodních turbín, akumulačních čerpadel a čerpadlových turbín – Část 2: Hodnocení u Peltonových turbín

Vypracování normy

Zpracovatel: ČKD Blansko Engineering, a. s., IČ 25305034, Ing. Josef Zouhar, Ing. Jiří Špidla, CSc.

Technická normalizační komise: TNK 48 Vodní turbíny a akumulační čerpadla

Pracovník Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví: Ing. Jiří Holub

EVROPSKÁ NORMA EN 62364
EUROPEAN STANDARD
NORME EUROPÉENNE
EUROPÄISCHE NORM Srpen 2013

ICS 23.100.10; 27.140

Hydraulické stroje – Směrnice pro řešení abrazivního opotřebení v Kaplanových, Francisových a Peltonových turbínách
(IEC 62364:2013)

Hydraulic machines – Guide for dealing with hydro-abrasive erosion in Kaplan, Francis, and Pelton turbines
(IEC 62364:2013) 

Tato evropská norma byla schválena CENELEC dne 2013-08-01. Členové CENELEC jsou povinni splnit vnitřní předpisy CEN/CENELEC, v nichž jsou stanoveny podmínky, za kterých se této evropské normě bez jakýchkoliv modifikací uděluje status národní normy.

Aktualizované seznamy a bibliografické citace týkající se těchto národních norem lze obdržet na vyžádání v Řídicím centru CEN-CENELEC nebo u kteréhokoliv člena CENELEC.

Tato evropská norma existuje ve třech oficiálních verzích (anglické, francouzské, německé). Verze v každém jiném jazyce přeložená členem CENELEC do jeho vlastního jazyka, za kterou zodpovídá a kterou notifikuje Řídicímu centru CEN-CENELEC, má stejný status jako oficiální verze.

Členy CENELEC jsou národní elektrotechnické komitéty Belgie, Bulharska, Bývalé jugoslávské republiky Makedonie, České republiky, Dánska, Estonska, Finska, Francie, Chorvatska, Irska, Islandu, Itálie, Kypru, Litvy, Lotyšska, Lucemburska, Maďarska, Malty, Německa, Nizozemska, Norska, Polska, Portugalska, Rakouska, Rumunska, Řecka, Slovenska, Slovinska, Spojeného království, Španělska, Švédska, Švýcarska a Turecka.

CENELEC

Evropský výbor pro normalizaci v elektrotechnice

European Committee for Electrotechnical Standardization

Comité Européen de Normalisation Electrotechnique

Europäisches Komitee für Elektrotechnische Normung

Řídicí centrum: Avenue Marnix 17, B-1000 Brusel

© 2013 CENELEC Veškerá práva pro využití v jakékoli formě a jakýmikoli prostředky
jsou celosvětově vyhrazena členům CENELEC.
Ref. č. EN 62364:2013 E

Předmluva

Text dokumentu 4/279/FIDS, budoucího prvního vydání IEC 62364 vypracovaný technickou komisí IEC/TC 4 Vodní turbíny, byl předložen k paralelnímu hlasování IEC-CENELEC a byl schválen CENELEC jako EN 62364:2013.

Jsou stanovena tato data:

Upozorňuje se na možnost, že některé prvky tohoto dokumentu mohou být předmětem patentových práv. CENELEC [a/nebo CEN] nelze činit odpovědným za identifikaci jakéhokoliv nebo všech patentových práv.

Oznámení o schválení

Text mezinárodní normy IEC 62364:2013 byl schválen CENELEC jako evropská norma bez jakýchkoliv modifikací.

Obsah

Strana

Úvod 8

1 Rozsah platnosti 9

2 Termíny, definice a značky 9

2.1 Jednotky 9

2.2 Termíny, definice a značky 9

3 Míra abraze 12

3.1 Teoretický model 12

3.2 Uvedení proměnné PL 13

3.3 Výsledky průzkumu 15

3.4 Referenční model 16

4 Návrh 16

4.1 Obecně 16

4.2 Systém přívodu vody 17

4.3 Uzávěr 17

4.3.1 Obecně 17

4.3.2 Výběr abrazivně odolných materiálů a nátěrů 17

4.3.3 Korozivzdorné návary 17

4.3.4 Ochrana (uzavření) mezery mezi pouzdrem a čepem 17

4.3.5 Zarážky umístěné vně uzávěru 18

4.3.6 Správná kapacita servomotoru hlavního uzávěru 18

4.3.7 Zvětšení velikosti obtoku při zvýšených průsacích přes rozváděcí lopatky 18

4.3.8 Návrh obtokového systému 18

4.4 Turbína 18

4.4.1 Obecně 18

4.4.2 Hydraulický návrh 18

4.4.3 Konstrukční návrh 20

4.4.4 Provoz 25

4.4.5 Náhradní díly a pravidelné prohlídky 26

4.4.6 Monitorování částic a odběr vzorků 26

5. Materiály odolné proti abrazi 27

5.1 Pokyny týkající se relativní odolnosti materiálů proti abrazi včetně abrazivně odolných povrchových úprav 27

5.1.1 Obecně 27

5.1.2 Diskuze a závěry 28

5.2 Pokyny týkající se údržby abrazivně odolných povrchových úprav 28

5.2.1 Definice pojmů používaných v tomto článku 28

5.2.2 Interval pro generální opravy ochranných povrchových úprav 28

5.2.3 Údržba ochranných povrchů 30

6 Pokyny pro doplnění specifikací 30

6.1 Obecně 30

6.2 Vlastnosti částic procházejících turbínou 31

6.3 Roztřídění částic podle jejich velikosti 31

6.4 Roztřídění částic podle tvrdosti minerálů v uvedených obdobích 32

Strana

Příloha A (informativní) Příklad výpočtu PL 33

Příloha B (informativní) Měření a zaznamenávání abrazivního opotřebení 35

Příloha C (informativní) Postup při odběru vzorků vody 47

Příloha D (informativní) Postupy pro analýzu koncentrace, velikosti, tvrdosti a tvaru částeček 48

Příloha E (informativní) Zkoušky abrazivní odolnosti materiálů 50

Příloha F (informativní) Typická kritéria pro určení času generální opravy z důvodu abrazivního poškození 61

Příloha G (informativní) Příklad výpočtu velikosti opotřebení pro úplný model 62

Příloha H (informativní) Příklady výpočtu TBO v rámci referenčního modelu 63

Bibliografie 65

Obrázek 1 – Diagram pro stanovení charakteristických rychlostí v místě rozváděcích lopatek W_GV
a v oběžném kole W_RU jako funkce měrných otáček turbíny 13

Obrázek 2 – Příklad rozložení proudění v dýze Peltonovy turbíny při různých zatíženích 14

Obrázek 3 – Příklad ochrany přechodové oblasti 18

Obrázek 4 – Prodloužení oběžné lopatky u zlepšeného oběžného kola 19

Obrázek 5 – Příklad kavitace typu „myší uši“ na věnci oběžného kola 20

Obrázek 6 – Detail těsnění čepů rozváděcích lopatek 21

Obrázek 7 – Příklad upevnění čelních plechů z neobtékané strany 22

Obrázek 8 – Odlehčovací potrubí z horního víka včetně kolen 23

Obrázek 9 – Stupeň labyrintu s optimalizovaným tvarem pro tvrdý nástřik 25

Obrázek 10 – Vývoj tlaku ve spirále v závislosti na čase 29

Obrázek D.1 – Příklady typické geometrie částeček 49

Obrázek E.1 – Schéma zkušebního zařízení použitého pro zkoušku 1 50

Obrázek E.2 – Zařízení pro zkoušku ASTM 52

Obrázek E.3 – Zkušební vzorek 53

Obrázek E.4 – Zkušební zařízení „Slurry pot“ 54

Obrázek E.5 – Vysokorychlostní zkušební zařízení 55

Obrázek E.6 – Vzorky jsou umístěny na rotujícím disku 56

Obrázek E.7 – Porovnání dvou vzorků po ukončení zkoušek 56

Obrázek E.8 – Celkové schéma zařízení s rotujícím diskem 56

Obrázek E.9 – Schéma zkušebního zařízení použitého při zkoušce 8 57

Obrázek E.10 – Zkoušení vzorků na abrazivním zkušebním zařízení 58

Obrázek E.11 – Kryt disku 59

Obrázek E.12 – Křivky závislosti součinitele abraze soustrojí na obvodové rychlosti pro 3 druhy materiálů 59

Tabulka 1 – Analýza dat z obdržených dotazníků 15

Tabulka 2 – Přehled proveditelnosti oprav typu C 30

Tabulka 3 – Formulář pro záznam vlastností částic procházejících turbínou 31

Tabulka 4 – Formulář pro záznam roztřídění částic podle jejich velikosti 31

Tabulka 5 – Formulář pro záznam roztřídění částic podle tvrdosti minerálů pro každé z výše uvedených období 32

Tabulka A.1 – Příklad dokumentace zkoušky vzorků 33

Tabulka A.2 – Příklad dokumentace výsledků zkoušky vzorků 34

Tabulka B.1 – Záznam o kontrole vstupní části oběžného kola 39

Tabulka B.2 – Záznam o kontrole výstupní části oběžného kola 40

Tabulka B.3 – Záznam o kontrole věnce oběžného kola 41

Strana

Tabulka B.4 – Záznam o kontrole rozváděcích lopatek 42

Tabulka B.5 – Záznam o kontrole čelního obložení a víka 43

Tabulka B.6 – Záznam o kontrole horního pevného labyrintu 44

Tabulka B.7 – Záznam o kontrole horního rotujícího labyrintu 44

Tabulka B.8 – Záznam o kontrole dolního pevného labyrintu 45

Tabulka B.9 – Záznam o kontrole dolního rotujícího labyrintu 46

Tabulka E.1 – Relativní opotřebení v laboratorní zkoušce 1 51

Tabulka E.2 – Relativní opotřebení v laboratorní zkoušce 2 51

Tabulka E.3 – Relativní opotřebení v laboratorní zkoušce 3 52

Tabulka E.4 – Relativní opotřebení v laboratorní zkoušce 4 53

Tabulka E.5 – Výsledky zkoušky 54

Tabulka E.6 – Výsledky zkoušek 55

Tabulka E.7 – Výsledky zkoušek 57

Tabulka E.8 – Relativní opotřebení v laboratorní zkoušce 8 58

Tabulka E.9 – Výsledky relativního opotřebení pro některé materiály (U = 40 m/s) 60

Tabulka G.1 – Výpočty 62

Tabulka H.1 – Příklad výpočtu pro Peltonovu turbínu 63

Tabulka H.2 – Příklad výpočtu pro Francisovu turbínu 64

Úvod

Mnoho vlastníků vodních elektráren se občas potýká s velmi agresivním poškozením svých strojů následkem abraze. Tito vlastníci musí nalézt způsob, jak sdělit svým potenciálním dodavatelům požadavek, aby věnovali zvýšenou pozornost na minimalizaci následků abraze již v etapě hydraulického a konstrukčního návrhu turbíny.

Existuje omezená shoda a velmi malé množství dat pro postupy, které by návrhář měl uvažovat před generální opravou, aby prodloužil životnost těch součástí, které jsou provozovány při působení závažné abraze. To způsobuje, že někteří vlastníci předepisují do svých specifikací podmínky, které nemohou být dosaženy známými metodami a materiály.

1 Rozsah platnosti

Tato směrnice slouží k tomu, aby se

1. prezentovala data míry abraze v závislosti na několika kombinacích vlastností vody, provozních podmínek, materiálu a vlastností součástí shromážděných z různých vodních děl;

2. vytvořily směrnice pro metody minimalizující abrazivní opotřebení modifikací hydraulických návrhů používaných pro čistou vodu. Tyto směrnice neobsahují detaily jako tvary hydraulických profilů, které jsou vytvořeny specialisty pro hydraulický návrh pro dané dílo;

3. vytvořily směrnice založené na „empirických datech“ týkající se relativní odolnosti materiálů vystavených účinkům abraze;

4. vytvořily směrnice ohledně požadavků na údržbu materiálů odolných proti abrazivnímu opotřebení a tvrdých povrchových nátěrů;

5. vytvořily směrnice doporučeného postupu, které by vlastníkům měly zabezpečit, že specifikace určené pro jejich díla počítají s nutností zvýšené pozornosti z hlediska abraze už při hydraulickém návrhu turbíny, avšak bez nesplnitelných kritérií, která by byla mimo možnosti výrobců;

6. vytvořily směrnice týkající se provozních režimů vodních turbín ovlivněné abrazivními částečkami ve vodě tak, aby se zvýšila jejich životnost.

Ve směrnici se předpokládá, že voda není chemicky agresivní. Jelikož je chemická agresivita závislá na mnoha možnostech chemického složení a na materiálu stroje, je toto vyňato z rozsahu této směrnice.

Ve směrnici se předpokládá, že se v turbíně nevyskytuje kavitace. Kavitace a abraze se mohou navzájem zesílit tak, že výsledné opotřebení je větší než součet kavitačního a abrazivního opotřebení. Kvantitativní vztah výsledného opotřebení není znám a je mimo rámec této směrnice to stanovit, kromě doporučení, že zvláštní úsilí se musí provést v etapě návrhu turbíny pro minimalizaci kavitace.

Velké pevné částice (např. kameny, dřevo, led, kovové předměty, atd.) pohybující se s vodou, mohou narazit na součásti turbíny a způsobit tak její poškození. Toto poškození může naopak zvýšit turbulenci proudění a tím zrychlit opotřebení jak kavitací, tak abrazí. Povrchová úprava zajišťující odolnost proti abrazi může být také poškozena nárazy velkých pevných předmětů. I toto je nad rámec této směrnice.

Tato směrnice se převážně zaměřuje na zařízení vodních elektráren. Určité části mohou být také použity pro jiné hydraulické stroje.

Konec náhledu - text dále pokračuje v placené verzi ČSN.

Zdroj: www.cni.cz