【摘要】水輪機(jī)的汽蝕嚴(yán)重的危害了水輪機(jī)的正常運(yùn)行,在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中我們應(yīng)根據(jù)可能產(chǎn)生汽蝕的原因進(jìn)行預(yù)防,對(duì)已產(chǎn)生汽蝕的機(jī)組應(yīng)找出汽蝕原因并加以防止和檢修,確保水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行,保證供電質(zhì)量的可靠。
【關(guān)鍵詞】水輪機(jī);汽蝕;翼型;空腔;間隙
1、前言
水輪機(jī)作為水力發(fā)電站中將水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿闹饕O(shè)備,其使用性能的好壞將影響著整個(gè)電站的正常運(yùn)行,但是在水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,由于受到很多因素的影響,常常導(dǎo)致水輪機(jī)發(fā)生了嚴(yán)重的汽蝕,造成了機(jī)組出力減小、振動(dòng)加劇、影響正常運(yùn)行等。因此,加強(qiáng)對(duì)水輪機(jī)汽蝕的預(yù)防控制是非常有必要的。以下本文通過(guò)結(jié)合自身多年的工作經(jīng)驗(yàn),針對(duì)水輪機(jī)的汽蝕形成原因及產(chǎn)生的危害作了闡述,同時(shí)總結(jié)出了一些相關(guān)有效的預(yù)防措施。
2、水輪機(jī)汽蝕的產(chǎn)生
根據(jù)汽蝕在水輪機(jī)中發(fā)生的部位不同,一般有翼型汽蝕、空腔汽蝕和間隙汽蝕及局部汽蝕等幾種。
1)翼型汽蝕:
翼型汽蝕它主要是由于輪葉翼型的形狀所引起的。反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪葉片,沿流線方向的截面為空氣動(dòng)力型,水流繞葉片流動(dòng)使其正面和反面造成壓差,從而使轉(zhuǎn)輪獲得力矩,一般葉片正面大部分為正壓,葉片背面為負(fù)壓。如果葉片背面壓力降低至汽化壓力時(shí),就發(fā)生翼型汽蝕,產(chǎn)生大量汽泡,破壞水流正常連續(xù)性流動(dòng),導(dǎo)致機(jī)組出力和效率的降低。另外,由于輪葉制造材料質(zhì)量不良,形狀不對(duì)及表面不光等,產(chǎn)生的翼型汽蝕將使輪葉形成蜂窩狀孔洞,如不及時(shí)檢修.可導(dǎo)致輪葉擊穿而破壞。翼型汽蝕一般發(fā)生在葉片背面出水邊下半部靠輪環(huán)處和葉片背面與輪轂靠近處。
2)空腔汽蝕:
空腔汽蝕它是由于在尾水管內(nèi)的水流旋轉(zhuǎn),使中心空腔處形成了真空而造成的。主要原因是由于水輪機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行(在水輪機(jī)出力的5%限制線以外時(shí)),破壞了水輪機(jī)的法向出口,產(chǎn)生了脫流和旋渦,再加上整個(gè)轉(zhuǎn)輪出口的旋轉(zhuǎn)水流,在轉(zhuǎn)輪出口和尾水管進(jìn)口形成一個(gè)渦帶,其中心產(chǎn)生很大壓降,當(dāng)降至汽化壓力時(shí),便產(chǎn)生了空腔汽蝕。這種渦帶以一定的頻率在尾水管內(nèi)旋轉(zhuǎn),其中心的真空帶周期性地沖擊尾水管的四周,造成對(duì)尾水管壁的汽蝕破壞,產(chǎn)生周期性的壓力波動(dòng),形成強(qiáng)烈的噪音、金屬打擊聲、轟隆聲或雷鳴聲,甚至發(fā)生放電、閃光現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng),影響水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行??涨黄g通常發(fā)生在水輪機(jī)座環(huán)內(nèi)側(cè)和尾水管上半段。
3)間隙汽蝕:
間隙汽蝕這是水流通過(guò)某些間隙或較小的通道時(shí),因局部流速升高,壓力降低到汽化壓力時(shí)而產(chǎn)生的。反擊式水輪機(jī)常發(fā)生在導(dǎo)葉端部間隙處和轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)間隙處,軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)葉片和轉(zhuǎn)輪室的間隙處。間隙汽蝕破壞范圍一般較小,但在水輪機(jī)運(yùn)行中表現(xiàn)較突出。在間隙汽蝕的作用下,轉(zhuǎn)輪室、葉片周緣、葉片法蘭下表面以及轉(zhuǎn)輪體的局部發(fā)生破壞,高水頭的水電站較為嚴(yán)重。
4)局部汽蝕:
水流在不平的表面繞流時(shí),由于局部壓力降低發(fā)生的汽蝕即為局部汽蝕,在軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)中,局部汽蝕發(fā)生在轉(zhuǎn)輪室不平滑連接臺(tái)階部位,有凹陷處及葉片固定螺栓凹凸處。
3、水輪機(jī)汽蝕的危害
水輪機(jī)汽蝕對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行主要產(chǎn)生以下幾個(gè)方面危害:
1)破壞水輪機(jī)的過(guò)流部件,如導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)輪室、上下止漏環(huán)及尾水管等。
2)降低水輪機(jī)的出力和效率,因?yàn)榭栈涂瘴g會(huì)破壞水流的正常運(yùn)行規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律,并會(huì)增加水流的漏損和水力損失。
3)空化和空蝕嚴(yán)重時(shí),可能使機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)、噪音及負(fù)荷波動(dòng),導(dǎo)致機(jī)組不能安全穩(wěn)定運(yùn)行。
4)縮短了機(jī)組的檢修周期,增加了機(jī)組檢修的復(fù)雜性??栈涂瘴g檢修不僅耗用大量鋼材,而且延長(zhǎng)工期,影響電力生產(chǎn)。
4、水輪機(jī)汽蝕的預(yù)防
防止和消除汽蝕主要有以下幾個(gè)方面:
1)設(shè)計(jì)制造方面:
設(shè)計(jì)合理的翼形,盡可能減小汽蝕系數(shù),提高抗汽蝕性能,同時(shí)應(yīng)保證轉(zhuǎn)輪葉片加工后的型線盡可能與設(shè)計(jì)木模圖一致,并保證葉片表面的光滑。選用抗汽蝕性好的材料,比如轉(zhuǎn)輪葉片采用不銹鋼材質(zhì),可以提高轉(zhuǎn)輪抗汽蝕能力,減輕浸蝕速度。
2)選型方面:
水輪機(jī)的翼型汽蝕與吸出高度HS有密切關(guān)系,為了減輕水輪機(jī)的汽蝕破壞,選擇合適的水輪機(jī)型號(hào),合理的選擇水輪機(jī)吸出高度,確定合理的水輪機(jī)安裝高程。
3)運(yùn)行方面:
確定合理的運(yùn)行方式,根據(jù)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模型曲線應(yīng)避免機(jī)組在汽蝕嚴(yán)重的工況運(yùn)行。增加主軸中心自然補(bǔ)氣后增加尾水補(bǔ)氣,減輕空腔破壞汽蝕,并減輕汽蝕破壞產(chǎn)生的振動(dòng)。
4)檢修方面
縮短檢修周期,采用以小修為主的檢修方法,是實(shí)現(xiàn)零汽蝕的有效方法,對(duì)于已產(chǎn)生汽蝕的表面,采用抗蝕材料堆焊結(jié)合局部翼型修正,并保證表面平整光滑。
5、總結(jié)
綜上所述,汽蝕現(xiàn)象是非常復(fù)雜的,不是單純某一種作用所致。汽蝕所產(chǎn)生的破壞嚴(yán)重影響水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行,因此,在設(shè)計(jì)時(shí),正確的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪及葉片翼形;安裝時(shí),合理的確定安裝高程;合理的運(yùn)行管理以及檢修時(shí)把好質(zhì)量關(guān)等等都能減少汽蝕的破壞。
參考資料:
1.華北水利水電學(xué)校,《水輪機(jī)》,水利電力出版社,1979
2.武漢水利電力學(xué)院《,水輪機(jī)》,電力出版社,1980
作者簡(jiǎn)介:陳德潤(rùn) (1978年-),工程師,黔南布依族苗族自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院