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        淺談水輪機汽蝕的產(chǎn)生、危害及預(yù)防

        2017-04-29 00:00:00陳德潤
        水能經(jīng)濟 2017年11期

        【摘要】水輪機的汽蝕嚴重的危害了水輪機的正常運行,在實際運行過程中我們應(yīng)根據(jù)可能產(chǎn)生汽蝕的原因進行預(yù)防,對已產(chǎn)生汽蝕的機組應(yīng)找出汽蝕原因并加以防止和檢修,確保水輪發(fā)電機組的正常運行,保證供電質(zhì)量的可靠。

        【關(guān)鍵詞】水輪機;汽蝕;翼型;空腔;間隙

        1、前言

        水輪機作為水力發(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電站的正常運行,但是在水輪發(fā)電機組實際運行過程中,由于受到很多因素的影響,常常導(dǎo)致水輪機發(fā)生了嚴重的汽蝕,造成了機組出力減小、振動加劇、影響正常運行等。因此,加強對水輪機汽蝕的預(yù)防控制是非常有必要的。以下本文通過結(jié)合自身多年的工作經(jīng)驗,針對水輪機的汽蝕形成原因及產(chǎn)生的危害作了闡述,同時總結(jié)出了一些相關(guān)有效的預(yù)防措施。

        2、水輪機汽蝕的產(chǎn)生

        根據(jù)汽蝕在水輪機中發(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。反擊式水輪機的轉(zhuǎn)輪葉片,沿流線方向的截面為空氣動力型,水流繞葉片流動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,葉片背面為負壓。如果葉片背面壓力降低至汽化壓力時,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,導(dǎo)致機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在非設(shè)計工況下運行(在水輪機出力的5%限制線以外時),破壞了水輪機的法向出口,產(chǎn)生了脫流和旋渦,再加上整個轉(zhuǎn)輪出口的旋轉(zhuǎn)水流,在轉(zhuǎn)輪出口和尾水管進口形成一個渦帶,其中心產(chǎn)生很大壓降,當(dāng)降至汽化壓力時,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,造成對尾水管壁的汽蝕破壞,產(chǎn)生周期性的壓力波動,形成強烈的噪音、金屬打擊聲、轟隆聲或雷鳴聲,甚至發(fā)生放電、閃光現(xiàn)象,嚴重時會引起機組的強烈振動,影響水輪機的穩(wěn)定運行??涨黄g通常發(fā)生在水輪機座環(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某些間隙或較小的通道時,因局部流速升高,壓力降低到汽化壓力時而產(chǎn)生的。反擊式水輪機常發(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,但在水輪機運行中表現(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重。

        4)局部汽蝕:

        水流在不平的表面繞流時,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)漿式水輪機中,局部汽蝕發(fā)生在轉(zhuǎn)輪室不平滑連接臺階部位,有凹陷處及葉片固定螺栓凹凸處。

        3、水輪機汽蝕的危害

        水輪機汽蝕對水輪發(fā)電機組的運行主要產(chǎn)生以下幾個方面危害:

        1)破壞水輪機的過流部件,如導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)輪室、上下止漏環(huán)及尾水管等。

        2)降低水輪機的出力和效率,因為空化和空蝕會破壞水流的正常運行規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律,并會增加水流的漏損和水力損失。

        3)空化和空蝕嚴重時,可能使機組產(chǎn)生強烈的振動、噪音及負荷波動,導(dǎo)致機組不能安全穩(wěn)定運行。

        4)縮短了機組的檢修周期,增加了機組檢修的復(fù)雜性??栈涂瘴g檢修不僅耗用大量鋼材,而且延長工期,影響電力生產(chǎn)。

        4、水輪機汽蝕的預(yù)防

        防止和消除汽蝕主要有以下幾個方面:

        1)設(shè)計制造方面:

        設(shè)計合理的翼形,盡可能減小汽蝕系數(shù),提高抗汽蝕性能,同時應(yīng)保證轉(zhuǎn)輪葉片加工后的型線盡可能與設(shè)計木模圖一致,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:

        水輪機的翼型汽蝕與吸出高度HS有密切關(guān)系,為了減輕水輪機的汽蝕破壞,選擇合適的水輪機型號,合理的選擇水輪機吸出高度,確定合理的水輪機安裝高程。

        3)運行方面:

        確定合理的運行方式,根據(jù)水輪機運轉(zhuǎn)模型曲線應(yīng)避免機組在汽蝕嚴重的工況運行。增加主軸中心自然補氣后增加尾水補氣,減輕空腔破壞汽蝕,并減輕汽蝕破壞產(chǎn)生的振動。

        4)檢修方面

        縮短檢修周期,采用以小修為主的檢修方法,是實現(xiàn)零汽蝕的有效方法,對于已產(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)生的破壞嚴重影響水輪發(fā)電機組的正常運行,因此,在設(shè)計時,正確的設(shè)計轉(zhuǎn)輪及葉片翼形;安裝時,合理的確定安裝高程;合理的運行管理以及檢修時把好質(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》,水利電力出版社,1979

        2.武漢水利電力學(xué)院《,水輪機》,電力出版社,1980

        作者簡介:陳德潤 (1978年-),工程師,黔南布依族苗族自治州水利水電勘測設(shè)計研究院

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