摘要：水輪機(jī)空化和空蝕現(xiàn)象是不可避免的，但如果能夠綜合設(shè)計(jì)、制造、選型、運(yùn)行以及檢修各方面的考慮，深入分析與總結(jié)其防范措施，是可以在一定程度將其降低的。故筆者結(jié)合多年現(xiàn)在經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這一部分內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，以供參考。

　　關(guān)鍵詞：水輪機(jī) 空化 空蝕

　　Abstract: Turbine cavitation and cavitation phenomenon is inevitable, but if can integrate design, manufacture, selection, operation and maintenance of various aspects to consider, the thorough analysis and to sum up the preventive measures, is in a certain degree can reduce the. So the author combined with years experience now, for that part of the content is summarized, and for reference.

　　Key Words: turbine cavitation erosion

　　中圖分類號(hào)： TK73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　前言：一般來說，水輪機(jī)內(nèi)完全避免發(fā)生空化和空蝕現(xiàn)象是不可能的，這是因?yàn)楹侠淼卮_定水輪機(jī)的吸出高度，只解決了翼型空蝕問題，并沒有解決空腔空蝕和間隙空蝕的問題。另外，按照完全避免發(fā)生空蝕的條件來決定吸出高度也不合適，如果真這樣做，將導(dǎo)致電站開挖量的急劇增加，使得經(jīng)濟(jì)上很不合理。最后就空蝕系數(shù)本身來說，因?yàn)橛绊懰�的因素較為復(fù)雜，直接用理論計(jì)算或直接在葉片上測(cè)量均由困難。目前是根據(jù)效率突然降低的模型試驗(yàn)方法來決定空蝕系數(shù)的。實(shí)際上，空化和空蝕現(xiàn)象在效率突然下降前早已發(fā)生，效率突然下降，說明空化和空蝕已發(fā)展到了相當(dāng)嚴(yán)重的程度。何況轉(zhuǎn)輪模型試驗(yàn)的條件與原型水輪機(jī)的運(yùn)行條件也存在著一定的差異。

　　近代國(guó)內(nèi)外對(duì)空蝕問題作了大量的研究，并總結(jié)出一些預(yù)防空蝕的經(jīng)驗(yàn)，大致涉及到以下若干方面。

　　1.設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)主要是采用合理的設(shè)計(jì)改善翼型。例如，改善葉片頭部的形狀，使轉(zhuǎn)輪葉片呈光滑的流線型;盡可能使葉片上壓力分布均勻，并縮小低壓區(qū);葉片背面無鼓包，使水流平順流暢;葉片出口邊應(yīng)較薄等。實(shí)踐證明，翼型設(shè)計(jì)得合理，是可以減輕空化和空蝕損傷的。但從能量觀點(diǎn)上講，要求水輪機(jī)的過流量盡可能大，而空蝕系數(shù)又隨過流量的增加而增加，為保證水輪機(jī)有良好的能量特性，空蝕系數(shù)不可能太小。

　　2.制造

　　提高制造工藝水平，使轉(zhuǎn)輪葉片加工后的型線盡可能與設(shè)計(jì)模型圖一致。實(shí)際運(yùn)行中，在同一個(gè)水輪機(jī)上，發(fā)現(xiàn)各葉片被空蝕損壞的程度差別很大，這是由于制造時(shí)型線誤差較大造成的。另外，還應(yīng)注意葉片表面的粗糙度，粗糙的過流表面會(huì)增加空泡產(chǎn)生及破裂的頻率，空泡在金屬顆粒縫隙中破裂時(shí)對(duì)金屬表面的破壞性更大。

　　3.選型

　　水輪機(jī)翼型空蝕與吸出高度HS的關(guān)系密切，從若干運(yùn)行水電廠的調(diào)查情況來看，吸出高度比制造廠要求保證的值留有1m以上的余量，空蝕損壞較輕微。但也有個(gè)別水廠的實(shí)際吸出高度與制造廠的保證值相比雖然有5-6m的余量，但仍遭受空蝕損壞的，這主要是由于翼型制造不良或運(yùn)行中的特殊原因所造成的，這種情況用降低安裝高程的辦法是解決不了空蝕問題的。相反，安裝高程太低，可能引起空腔空蝕和振動(dòng)。當(dāng)HS超過-5m后，補(bǔ)氣很困難。

　　4.運(yùn)行

　　4.1 合理擬定水電廠的運(yùn)行方式

　　運(yùn)行工況對(duì)空化和空蝕有一定影響，但目前仍未找到運(yùn)行工況對(duì)空蝕影響的明顯規(guī)律。對(duì)于空化和空蝕嚴(yán)重的運(yùn)行工況區(qū)域，應(yīng)予以避開。

　　4.2 空蝕補(bǔ)氣

　　補(bǔ)氣能夠形成氣泡，它是一種吸收振動(dòng)的介質(zhì)。另外補(bǔ)進(jìn)的空氣可以沖散渦帶，并以氣泡填充轉(zhuǎn)輪下部和尾誰管上部的整個(gè)空間，所以補(bǔ)氣對(duì)破壞空腔空蝕、減輕空蝕振動(dòng)有一定的作用。目前常用兩種補(bǔ)氣方式：

　　(1)主軸中心自然補(bǔ)氣

　　當(dāng)尾水管真空度達(dá)到某一定值時(shí)，球閥開啟，空氣從主軸中心通過球形吸力閥而進(jìn)入尾水管，破壞尾水管的真空。

　　這種補(bǔ)氣方式的補(bǔ)氣量較小，僅對(duì)由于水力原因引起的振動(dòng)起到一定的消弱作用，不足以消除尾水管渦流引起的壓力脈動(dòng)。另外，這種補(bǔ)氣方式不管吸力閥放置在主軸的上部或是下部，補(bǔ)氣時(shí)噪音都很大。

　　(2)尾水管補(bǔ)氣

　　有些水輪機(jī)在制造時(shí)，已考慮了在尾水管上裝置補(bǔ)氣管。對(duì)于尾水管補(bǔ)氣，應(yīng)注意補(bǔ)氣量、補(bǔ)氣位置及結(jié)構(gòu)等。補(bǔ)氣管采用十字架或短管形式，需注意：

　　a. 機(jī)組大小與尾水管尺寸。機(jī)組越大，尾水管斷面越大，補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)應(yīng)越牢固，所以大中型機(jī)組一般采用十字架或三叉架補(bǔ)氣。

　　b. 補(bǔ)氣量的大小。為了吸收全部的振動(dòng)能，必須補(bǔ)入足夠量的空氣，但壓力脈動(dòng)是隨工況而變化的，因此補(bǔ)氣量也應(yīng)隨工況變化而變化。一些試驗(yàn)表明，補(bǔ)給某一定范圍的空氣量對(duì)消除尾水管壓力脈動(dòng)最好，而超出則效果并不顯著。

　　c. 補(bǔ)氣位置。不同的補(bǔ)氣位置有不同的補(bǔ)氣效果。補(bǔ)氣的位置應(yīng)使所補(bǔ)空氣進(jìn)入壓力脈動(dòng)區(qū)，這樣效果最好。所以顯著都在離中心較遠(yuǎn)處補(bǔ)氣，因?yàn)榭拷�尾水管邊壁處流速較高，故補(bǔ)氣管開口處的局部負(fù)壓也較大，易于吸入空氣。但補(bǔ)氣管中央的豎管也是必須的。開孔的方向應(yīng)背向水流，以避免四周壓力較高的水流進(jìn)入出氣孔而堵塞補(bǔ)氣管。

　　d. 孔口開口面積應(yīng)不小于補(bǔ)氣管進(jìn)氣斷面面積，以便空氣順暢進(jìn)入。補(bǔ)氣管最高點(diǎn)距離上冠應(yīng)有一定的距離。

　　e. 補(bǔ)氣對(duì)水輪機(jī)效率的影響。關(guān)于補(bǔ)氣對(duì)水輪機(jī)效率的影響問題，目前看法很不一致，一種認(rèn)為補(bǔ)氣降低了尾水管的真空度，從而降低了水輪機(jī)的有效水頭。據(jù)某水電廠試驗(yàn)，當(dāng)補(bǔ)氣量大于1%的過流量時(shí)，效率降低約1%。另一種看法是補(bǔ)氣能消減渦流，同時(shí)補(bǔ)氣裝置本身是一種穩(wěn)流結(jié)構(gòu)物，可破壞水流原來的流態(tài)，適量的補(bǔ)氣不但不會(huì)降低效率，甚至在裝補(bǔ)氣管后，效率還有升高的趨勢(shì)，也有一些國(guó)內(nèi)外研究資料證明了該種看法。

　　5.檢修

　　對(duì)已受到空蝕損壞的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片，在檢修中進(jìn)行處理。一般對(duì)深度為1mm左右的空蝕損傷，只進(jìn)行打磨使其平整。對(duì)于空蝕損壞較嚴(yán)重的，可根據(jù)同一個(gè)轉(zhuǎn)輪上葉片損壞最輕微的那個(gè)葉片或者根據(jù)廠家圖紙，制成葉片樣板，然后把葉片損壞處鏟磨清理至母材并堆焊，再根據(jù)樣板線形打磨光滑。

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