Technical Solution to Decrease Cavitation Effects in the Kaplan Turbine Blade

Application of Kaplan turbines is widespread in low-water-head and large-capacity hydropower plants. An understanding of the failure mechanism of Kaplan Turbines is a key factor to provide useful solutions for their prevention or early treatment and to guarantee their workability. The long-term performance of Kaplan turbines depends on many factors such as cavitation, erosion, fatigue, and material defects. Cavitation in Kaplan turbines leads to flow instability, vibrations, surface damage, and reduce the machine performance. Therefore, this paper investigates the factors leading to cavitation in Kaplan turbine and presents practical solutions for it. Thermal-sprayed coatings are frequently applied due to their high wear resistance, cost effectiveness, weight reduction, and less negative impacts on base metal. Moreover, HVOF is used to create coatings with a high density and bonding strength. At high temperatures, cermet coatings, including nanoparticles, exhibit exceptional wear resistance. WC-based nanostructured and multifaceted coatings are utilized due to their high wear resistance. In addition, chromium carbide in WC-based coatings increases their oxidation and wear resistance.

Применение турбин Каплана широко распространено на гидроэлектростанциях малой и большой мощности. Понимание механизмов отказа указанных турбин является ключевым фактором для разработки решений по их предотвращению или своевременному устранению, а также для обеспечения их работоспособности. Надежная работа турбин Каплана зависит от многих факторов, таких как кавитация, эрозия, усталость и дефекты материалов. Кавитация в турбинах Каплана приводит к нестабильности потока, вибрациям, повреждению поверхности и снижению производительности машины. В связи с этим исследованы факторы, приводящие к кавитации в турбине Каплана, и представлены практические решения данной проблемы. Покрытия, нанесенные термонапылением, часто применяются из-за их высокой износостойкости, экономической эффективности, снижения веса и меньшего негативного воздействия на основной металл. Кроме того, высокоскоростное распыление кислородного топлива (HVOF) используется для создания покрытий с высокой плотностью и прочностью сцепления. При высоких температурах металлокерамические покрытия, в том числе наночастицы, обладают исключительной износостойкостью. Наноструктурированные и многогранные покрытия на основе WC используются из-за их высокой износостойкости. Кроме того, карбид хрома в покрытиях на основе WC повышает их стойкость к окислению и износу.