【水電站教學(xué)】水輪機(jī)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(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

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

一、汽蝕現(xiàn)象

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

（來(lái)源：掬水月在手弄花香滿衣）

汽蝕，也寫(xiě)作氣蝕，也有稱(chēng)為空化、空蝕的。水輪機(jī)及水泵屆習(xí)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(yù)言。汽蝕現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于1891年，英國(guó)高速驅(qū)逐艦“達(dá)令”號(hào)在試航中，發(fā)現(xiàn)螺旋槳在較短時(shí)間遭到破壞，其后在水泵和水輪機(jī)葉片中也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的破壞現(xiàn)象。

汽蝕的危害：汽蝕破壞可使過(guò)流部件表面的光潔度降低，嚴(yán)重時(shí)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(dǎo)致設(shè)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(shí)，隨著產(chǎn)生的壓力瞬時(shí)周期性的升高和水流質(zhì)點(diǎn)彼此間的撞擊以及對(duì)轉(zhuǎn)輪、尾水管管壁的打擊，可導(dǎo)致水輪機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪音和震動(dòng)，甚至?xí)a(chǎn)生共振。

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

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(jī)中普遍存在。

這是一種由水輪機(jī)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(jī)汽蝕中最主要的一種形式。水輪機(jī)的葉型汽蝕，取決于轉(zhuǎn)輪葉片的幾何形狀和水輪機(jī)的運(yùn)行工況。水流進(jìn)入反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪時(shí)，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(lái)進(jìn)行比較，一般情況下，葉片正面為正壓，背面為負(fù)壓力。當(dāng)葉片背面的負(fù)壓力低于水的汽化壓力時(shí)，葉型汽蝕就可能發(fā)生。通常靠近葉片出水邊的背面負(fù)壓最大，在此最容易發(fā)生汽蝕破壞。

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

水輪機(jī)的間隙汽蝕，通常發(fā)生在軸流式水輪機(jī)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(guò)高產(chǎn)生壓力降低的部位。對(duì)于水斗式水輪機(jī)，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(jī)在偏離最優(yōu)工況的部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪出口的圓周速度分量會(huì)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(fù)壓。這種渦帶一般是以低于水輪機(jī)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(qiáng)烈振動(dòng)與噪聲，尾水管進(jìn)口段的邊壁也可能發(fā)生汽蝕破壞，這種現(xiàn)象稱(chēng)為空腔汽蝕。

局部汽蝕：這是一種由水輪機(jī)過(guò)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(jī)鑄造和加工缺陷及局部結(jié)構(gòu)不光滑引起，如槳葉、吊孔、限位銷(xiāo)及螺釘孔等部位。

預(yù)防和減輕汽蝕損壞的主要措施有：

1.正確進(jìn)行水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)，減小水輪機(jī)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(duì)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(jī)的安裝高程。

5.改善運(yùn)行條件，不使水輪機(jī)長(zhǎng)期地在低水頭和低負(fù)荷下運(yùn)行。通常不允許水輪機(jī)在低出力(如低于50％額定出力)下運(yùn)行，對(duì)于多機(jī)組的水電站，要避免單機(jī)長(zhǎng)期低負(fù)荷和超負(fù)荷運(yùn)行。

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

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

二、吸出高度

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

三、水輪機(jī)安裝高程

水輪機(jī)安裝高程決定了整個(gè)廠房的高程，它的確定是水電廠設(shè)計(jì)中比較重要的環(huán)節(jié)，它與水電廠水輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行特性、使用壽命及工程造價(jià)等關(guān)系十分密切，必須結(jié)合工程的具體情況，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后來(lái)確定。

水輪機(jī)安裝高程，立軸反擊式水輪機(jī)是指導(dǎo)葉中心線的海拔高程，立軸沖擊式水輪機(jī)指噴嘴中心高程，臥軸水輪機(jī)是指主軸中心線的海拔高程，臥軸水輪機(jī)的基準(zhǔn)點(diǎn)為主軸中心高程。

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