【摘要】水輪機(jī)在使用一段時(shí)間以后，如果不注意防護(hù)與維修，很容易發(fā)生汽蝕，一旦發(fā)生汽蝕，就會出現(xiàn)機(jī)件受損，水輪機(jī)也無法正常運(yùn)行，更容易引發(fā)水輪機(jī)被侵蝕等狀況，不僅會導(dǎo)致機(jī)組振動，還會降低水輪機(jī)運(yùn)行效率，因此，做好水輪機(jī)汽蝕防護(hù)就成為現(xiàn)階段最重要的工作?；诖耍疚膶膶?dǎo)致水輪機(jī)汽蝕產(chǎn)生的因素與影響入手，重點(diǎn)研究水輪機(jī)汽蝕防治對策。

【關(guān)鍵詞】水輪機(jī)；汽蝕因素；防治對策

前言

對于水輪機(jī)來說，在使用中容易發(fā)生汽蝕的部位有很多，主要有翼型汽蝕、空腔汽蝕以及間隙汽蝕等，所以，在實(shí)際防治的過程中也要從這些方面入手，只有這樣才能做好水輪機(jī)防治工作，減少汽蝕所帶來的不利影響。

一、水輪機(jī)汽蝕產(chǎn)生的因素與影響

由于水輪機(jī)汽蝕發(fā)生的部位不同，所以就有了不同的產(chǎn)生因素：

首先，對于翼型汽蝕來說，它的產(chǎn)生與輪葉翼型有關(guān)。通常情況下，反擊式水輪機(jī)葉片是沿著流線方向?yàn)榭諝鈩恿Φ?，水沿著葉片流動，進(jìn)而使葉片正反面產(chǎn)生壓差，進(jìn)而促使轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生力矩，一般來講，葉片正面基本為正壓，背面也為負(fù)壓，若葉片背面壓力不斷下降，成為汽化壓力以后就會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，也會產(chǎn)生很多氣泡，水流也就無法正常流動，機(jī)組出力等也會逐漸下降。同時(shí)，如果輪葉材質(zhì)較差，形狀不夠?qū)ΨQ，也會導(dǎo)致不良問題，如在汽蝕發(fā)生以后，輪葉出現(xiàn)如同蜂窩一樣的孔洞，若不及時(shí)處理，輪葉很快就會被擊穿。

其次，空腔汽蝕。它的產(chǎn)生與尾水管中水分在流轉(zhuǎn)中存在真空有一定關(guān)系，其原因在于水輪機(jī)并不是在設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行的，這樣不僅會導(dǎo)致水輪機(jī)法向出口受到破壞，還會出現(xiàn)脫流等情況，進(jìn)而產(chǎn)生漩渦帶，當(dāng)氣壓變?yōu)槠瘔毫σ院缶蜁a(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，在汽蝕發(fā)生以后，不僅會沖擊尾水管，還會產(chǎn)生較大壓力波，在帶來噪音的同時(shí)，還伴隨著一定的放電現(xiàn)象，水輪機(jī)也不會穩(wěn)定運(yùn)行，安全性也得不到保證。

再者，局部汽蝕。所謂的局部汽蝕主要是由于水流過部分不平整的表面因局部壓力突然下降所造成的汽蝕。之所以水輪機(jī)會發(fā)生局部汽蝕，其原因在于以下幾種：第一，轉(zhuǎn)輪表面打磨光滑度不夠；第二，焊接能力差；第三，轉(zhuǎn)輪室的固定螺釘?shù)瘸霈F(xiàn)脫落等。一般來講，局部汽蝕的影響并不大，只要經(jīng)常檢修應(yīng)用合適的工藝就可以避免。

最后，間隙汽蝕。這種汽蝕現(xiàn)象多發(fā)生在水流流經(jīng)間隙或細(xì)小管道中，隨著部分區(qū)域流速的突然提升，壓力便會驟然下降，進(jìn)而產(chǎn)生一定的汽化壓力，間隙汽蝕也在這種情況下出現(xiàn)。一般來講，反擊式水輪機(jī)多發(fā)生在導(dǎo)葉間隙等處，在這種汽蝕發(fā)生以后，很難被第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，主要是由于其破壞范圍較小，所以，即便是在水輪機(jī)運(yùn)行的情況下也不易被發(fā)現(xiàn)。但由于汽蝕的存在，水輪機(jī)很多部位都會受到不同程度的損害，尤其是高水頭水電站受損最為嚴(yán)重。

總之，無論發(fā)生哪種汽蝕現(xiàn)象都會給水輪機(jī)運(yùn)行造成一定影響與損害，如果不及時(shí)處理，將帶來很多問題，因此，有必要對此開展研究。

二、水輪機(jī)汽蝕防治對策

在水輪機(jī)發(fā)生汽蝕以后，不僅機(jī)件表面會受到侵蝕，水輪機(jī)過流部件也會出現(xiàn)大量麻點(diǎn)，甚至可能造成葉片受損，轉(zhuǎn)輪也會出現(xiàn)無法使用的情況，同時(shí)，受損較重的水輪機(jī)也會出現(xiàn)機(jī)組振動，影響水輪機(jī)正常運(yùn)行。為保證水輪機(jī)正常運(yùn)行，就要做好以下幾項(xiàng)防治措施：

第一，采用合理的水電站運(yùn)行方式。通過長期實(shí)踐工作得知，水輪機(jī)運(yùn)行工況將直接影響到汽蝕產(chǎn)生，為減少汽蝕帶來的不良影響，在水輪機(jī)運(yùn)行的過程中，應(yīng)做好觀察與記錄，及時(shí)了解水輪機(jī)真空表上的數(shù)值變化情況，并從中選擇最好的工況，防止水輪機(jī)經(jīng)常在低水頭或低負(fù)荷的情況下運(yùn)行，這樣在一定程度上就可以有效防止汽蝕的出現(xiàn)，為水輪機(jī)正常運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

第二，應(yīng)用一定的補(bǔ)氣裝置。補(bǔ)氣裝置的作用是為尾水管補(bǔ)氣，通過補(bǔ)氣不僅可以防止空腔氣體渾濁，還能避免汽蝕帶來的振動，這對保護(hù)水輪機(jī)正常運(yùn)行具有一定好處。為避免空腔汽蝕給水輪機(jī)運(yùn)行帶來不良影響，可以將十字架補(bǔ)氣裝置應(yīng)用其中，也就是在水輪機(jī)的尾水管進(jìn)口位置應(yīng)用一定的十字架補(bǔ)氣裝置，裝置的直徑至少為三英寸，且保證各個(gè)管壁上擁有相同數(shù)量的出氣孔。在利用十字架補(bǔ)氣管的過程中，保證總管與外部相接，并適當(dāng)增加出氣孔數(shù)量，但值得注意的是開口方向應(yīng)與水流走勢相背離，這樣不僅可以防止周圍壓力過大，還能有效避免補(bǔ)氣管被堵塞。在實(shí)際運(yùn)行中，還要加強(qiáng)與實(shí)際情況的聯(lián)系，保證外部空氣可以順利進(jìn)入管內(nèi)，流經(jīng)十字架的氣體則可以為低壓區(qū)補(bǔ)充氣體，減少真空壓力的影響，進(jìn)而避免汽蝕。

第三，補(bǔ)焊。這也是一種有效防治水輪機(jī)發(fā)生汽蝕的有效方式，但在哪種情況下需要補(bǔ)焊或在什么時(shí)間補(bǔ)焊還需要根據(jù)水電站實(shí)際情況來確定，然而，應(yīng)避免汽蝕已經(jīng)嚴(yán)重侵蝕水輪機(jī)以后再補(bǔ)焊，這樣不僅起不到應(yīng)有作用，還能影響補(bǔ)焊效果。通常情況下，在補(bǔ)焊的過程中，最好選擇鉻含量為12%-14%左右的焊條，且將不銹鋼焊條作為首選，并保證焊條干燥。同時(shí)，為避免在補(bǔ)焊的過程中發(fā)生汽蝕等情況，應(yīng)將千分表運(yùn)用其中。此外，在正式補(bǔ)焊以前，要將補(bǔ)焊處的水分等影響補(bǔ)焊效果的物質(zhì)去掉，在做好這些準(zhǔn)備工作以后再補(bǔ)焊。如果在補(bǔ)焊中發(fā)現(xiàn)受汽蝕影響較為嚴(yán)重，就要多次補(bǔ)焊，但無論哪次補(bǔ)焊前都要去除雜物。為保證補(bǔ)焊效果，提高水輪機(jī)運(yùn)行效率，還要開展一些磨光工作，且保證葉型與原葉型相同，只有這樣才能符合既定標(biāo)準(zhǔn)。

第四，調(diào)整水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪水力。由于轉(zhuǎn)輪葉片翼型對水輪機(jī)汽蝕有很大影響，所以，要增強(qiáng)水輪機(jī)抗汽蝕能力，就要做好葉片翼型設(shè)計(jì)，以此減少汽蝕系數(shù)。對于葉片頭部設(shè)計(jì)來說，一定要注重合理性，在進(jìn)水邊應(yīng)將半徑控制在0.2倍到0.3倍左右，同時(shí)保證葉片背面足夠均勻，只有這樣才能保證壓力分布勻稱。由于翼型剖面相對光滑且具有良好的流線，但葉片出水邊卻很薄，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)注重流道尺寸的搭配，確保繞流合理，葉片設(shè)計(jì)也要與水流動規(guī)律相符，只有這樣才能有效減輕水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪水力。同時(shí)，還要適當(dāng)改進(jìn)水管，這也是減少空腔汽蝕的有效方式。

第五，選擇合適的材料，選用合適的加工工藝。通過研究發(fā)現(xiàn)，隨著水輪機(jī)制造的提升，葉片光潔度的增強(qiáng)，水輪機(jī)發(fā)生汽蝕的幾率也會大大降低。所以，在設(shè)計(jì)水輪機(jī)的過程中應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)且具有良好抗汽蝕能力的材料，一般來講，材料硬度越大、材料的極限拉伸強(qiáng)度越好，水輪機(jī)的抗汽蝕能力就越強(qiáng)，所以在選擇材料的過程中，應(yīng)重點(diǎn)考察材料的硬度與極限拉伸強(qiáng)度等，同時(shí)關(guān)注材料的晶粒密度等。在加工工藝上，最好以鋼板模壓成型技術(shù)為主，這樣不僅可以確保葉型精度，還能加強(qiáng)材料晶粒密度，并將高精度機(jī)床應(yīng)用到加工中，這也是保證葉型精準(zhǔn)度的有效方式。

第六，采用合適的檢修工藝與方法。為減少水輪機(jī)在發(fā)生汽蝕以后所帶來的不利影響，相關(guān)工作人員應(yīng)聯(lián)系實(shí)際情況經(jīng)常進(jìn)行必要的檢修工作，這樣不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，還能在汽蝕發(fā)生的第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題所在，并及時(shí)提出合理有效解決措施。在處理破壞區(qū)的汽蝕時(shí)，要先將以蜂窩為主的汽蝕部分鏟除，然后用磨光機(jī)將其打磨完整，并用不繡鋼焊條完成焊接，這樣在焊接完成以后焊堆便會處于光滑狀態(tài)，然后再用樣板加以控制，同時(shí)抹上柔性陶瓷，經(jīng)過這樣的處理，受過打磨后的部分其光潔度也能達(dá)到既定要求，檢修的型線也可以得到保證。此外，金屬噴焊技術(shù)的應(yīng)用也可以被應(yīng)用到母材表面上。

最后，還可以將ARC陶瓷涂層技術(shù)應(yīng)用其中，之所以選用該技術(shù)主要是由于其具有較強(qiáng)的固態(tài)性，在固化以后不會收縮，且具有良好的氣密性，更不會產(chǎn)生氣泡也不會發(fā)生腐蝕等，同時(shí)施工也很方便，可以有效提高水輪機(jī)運(yùn)行效率，在后期使用中也有良好效果。

結(jié)束語：

無論哪種設(shè)備在投入使用一段時(shí)間以后都會發(fā)生不同程度的損傷，這就需要相關(guān)工作人員聯(lián)系實(shí)際情況采用合適的防治措施做好治理工作，水輪機(jī)在運(yùn)行中容易發(fā)生汽蝕，不僅安全運(yùn)行得不到保障，還會帶來較大噪音，針對這種情況，本文找出了導(dǎo)致水輪機(jī)汽蝕產(chǎn)生的因素，并聯(lián)系實(shí)際情況提出了合理防治對策，希望能為相關(guān)人士帶來有效參考，做好水輪機(jī)汽蝕防護(hù)工作，減少汽蝕對水輪機(jī)的影響，提高水輪機(jī)運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]李遠(yuǎn)余. 高比速混流式水輪機(jī)固液兩相數(shù)值模擬[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

[2]蘇江帆. 水輪機(jī)氣蝕監(jiān)測與診斷系統(tǒng)研究[D].華中科技大學(xué)，2012.

[3]張芳麟. 水輪機(jī)穩(wěn)水柵損壞的成因分析及對策研究[D].安徽理工大學(xué)，2011.

[4]金玉. 水輪機(jī)的汽蝕與熱處理工藝探討[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，02：82.

[5]劉忠，鄒淑云，李建勇，鐘永. 燈泡貫流式水輪機(jī)出力不足原因分析與對策研究[J]. 電站系統(tǒng)工程，2014，06：73-74+76.

[6]史寶平，程文，檀曉龍. 二灘水電站水輪機(jī)空蝕情況與修復(fù)[J]. 四川水力發(fā)電，2014，02：132-135+153.