【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、振動加劇、影響正常運(yùn)行等。因此，加強(qiáng)對水輪機(jī)汽蝕的預(yù)防控制是非常有必要的。以下本文通過結(jié)合自身多年的工作經(jīng)驗(yàn)，針對水輪機(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(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，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，造成對尾水管壁的汽蝕破壞，產(chǎn)生周期性的壓力波動，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)會引起機(jī)組的強(qiáng)烈振動，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會破壞水流的正常運(yùn)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(yán)重時(shí)，可能使機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動、噪音及負(fù)荷波動，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，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。

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(jì)研究院