【水電站教學】水輪機的汽蝕現(xiàn)象及安裝高程

2018-03-30 10:14:02 掬水月在手弄花香滿衣　點擊量：評論 (0)

一、汽蝕現(xiàn)象汽蝕（Cavitation）：流動著的流體由于局部壓力的降低產(chǎn)生汽泡，汽泡聚積、流動、分裂、潰滅，從而破壞過流部件的現(xiàn)象。（來源...

一、汽蝕現(xiàn)象

汽蝕（Cavitation）：流動著的流體由于局部壓力的降低產(chǎn)生汽泡，汽泡聚積、流動、分裂、潰滅，從而破壞過流部件的現(xiàn)象。

（來源：掬水月在手弄花香滿衣）

汽蝕，也寫作氣蝕，也有稱為空化、空蝕的。水輪機及水泵屆習慣上喜歡用汽蝕，主要想表示其氣體是液體汽化而成，不同于液體中溶解的氣體。

1873年雷諾在理論上預言。汽蝕現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于1891年，英國高速驅(qū)逐艦“達令”號在試航中，發(fā)現(xiàn)螺旋槳在較短時間遭到破壞，其后在水泵和水輪機葉片中也發(fā)現(xiàn)類似的破壞現(xiàn)象。

汽蝕的危害：汽蝕破壞可使過流部件表面的光潔度降低，嚴重時局部被侵蝕成連片的、呈蜂窩狀的孔洞，甚至變成海綿狀態(tài)；氣蝕破壞可導致設備使用效率降低，甚至損壞，造成的后果和影響很大。另外，在氣泡潰滅時，隨著產(chǎn)生的壓力瞬時周期性的升高和水流質(zhì)點彼此間的撞擊以及對轉(zhuǎn)輪、尾水管管壁的打擊，可導致水輪機產(chǎn)生強烈的噪音和震動，甚至會產(chǎn)生共振。

氣蝕的類型：根據(jù)氣蝕發(fā)生的部位和發(fā)生條件的不同，水輪機的氣蝕一般可分為三類。

1.葉（翼）型汽蝕：一般指發(fā)生在轉(zhuǎn)輪葉片上的汽蝕，它在反擊式水輪機中普遍存在。

這是一種由水輪機轉(zhuǎn)輪葉型引起的、發(fā)生在葉片背面最低壓力區(qū)的汽蝕，是反擊式水輪機汽蝕中最主要的一種形式。水輪機的葉型汽蝕，取決于轉(zhuǎn)輪葉片的幾何形狀和水輪機的運行工況。水流進入反擊式水輪機轉(zhuǎn)輪時，轉(zhuǎn)輪葉片的正面與背面之間存在壓力差。若以大氣壓力來進行比較，一般情況下，葉片正面為正壓，背面為負壓力。當葉片背面的負壓力低于水的汽化壓力時，葉型汽蝕就可能發(fā)生。通常靠近葉片出水邊的背面負壓最大，在此最容易發(fā)生汽蝕破壞。

2.間隙汽蝕：當水流通過水輪機某些狹小的通道或間隙時，若其局部的流速升高和壓力降低到一定程度時，將產(chǎn)生此種汽蝕。

水輪機的間隙汽蝕，通常發(fā)生在軸流式水輪機轉(zhuǎn)輪葉片外緣與轉(zhuǎn)輪室間、轉(zhuǎn)輪止漏迷宮環(huán)間及所有可能因間隙存在而使水流速度過高產(chǎn)生壓力降低的部位。對于水斗式水輪機，間隙汽蝕主要發(fā)生在噴嘴內(nèi)腔與針閥間等部位。

3.空腔汽蝕：反擊式水輪機在偏離最優(yōu)工況的部分負荷運行時，轉(zhuǎn)輪出口的圓周速度分量會使水流旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)輪出口處出現(xiàn)一條螺旋渦帶，渦帶中心形成很大的負壓。這種渦帶一般是以低于水輪機轉(zhuǎn)速頻率在尾水管中旋轉(zhuǎn)并周期性地撞擊到尾水管的邊壁，造成強烈振動與噪聲，尾水管進口段的邊壁也可能發(fā)生汽蝕破壞，這種現(xiàn)象稱為空腔汽蝕。

局部汽蝕：這是一種由水輪機過流表面凹凸不平引起脫流而產(chǎn)生的汽蝕。局部汽蝕多由水輪機鑄造和加工缺陷及局部結構不光滑引起，如槳葉、吊孔、限位銷及螺釘孔等部位。

預防和減輕汽蝕損壞的主要措施有：

1.正確進行水輪機轉(zhuǎn)輪的設計，減小水輪機汽蝕系數(shù)。

2.提高制造質(zhì)量，保證葉片的幾何形狀和相對位置正確，注意表面平滑光潔。

3.采用抗汽蝕材料，減輕汽蝕破壞如不銹鋼轉(zhuǎn)輪。

4.正確確定水輪機的安裝高程。

5.改善運行條件，不使水輪機長期地在低水頭和低負荷下運行。通常不允許水輪機在低出力(如低于50％額定出力)下運行，對于多機組的水電站，要避免單機長期低負荷和超負荷運行。

6.及時檢修，并注意修補焊接的打磨質(zhì)量，避免汽蝕破壞的惡性發(fā)展。

7.采用補氣裝置，向尾水管中送入空氣，消除可能產(chǎn)生汽蝕的過大真空。

二、吸出高度

吸出高度是水電廠下游水位至水輪機轉(zhuǎn)輪中壓力最低點K的距離，但K點的具體位置很難準確定出，工程實踐中通常進行如下規(guī)定：立軸混流式水輪機空蝕危險點在轉(zhuǎn)輪葉片出口與下環(huán)交點平面上，臥軸混流式水輪機在尾水管彎段最高點（轉(zhuǎn)輪葉片最高點）上，立軸軸流式水輪機在轉(zhuǎn)輪葉片中心線高程上。