【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