【摘要】從我州某電站水輪機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生氣蝕及修補(bǔ)的方法、介紹了對水輪機(jī)吸出高度的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】允許吸出高度；安全系數(shù)

前言：

目前，在水電站的設(shè)計(jì)中，對水輪機(jī)吸出高度的確定常用下列三種方法：一是從水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線；二是運(yùn)用轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線選定σ值后由公式求出；三是依據(jù)比速與真機(jī)氣蝕系數(shù)的大量統(tǒng)計(jì)規(guī)律來進(jìn)行確定。

1、三種辦法中，第一種辦法只注重考慮了尺寸的影響，且查取的數(shù)據(jù)比較粗略，第二種辦法是依據(jù)相似理論，雖運(yùn)用較廣，但制造中由于線形及加工工藝等因素的影響，故存在原型間與模型間的誤差，真機(jī)的氣蝕系數(shù)可能增大。第三種辦法是來源于對大量運(yùn)行真機(jī)的實(shí)際資料抽象出來的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來確定真機(jī)的吸出高度。這種辦法雖較前兩種辦法接近真機(jī)，但統(tǒng)計(jì)抽象出來的規(guī)律畢竟是普遍規(guī)律，不屬特殊規(guī)律，不宜用于電站水輪機(jī)的吸出高度的計(jì)算。

常用的計(jì)算吸出高度的公式：

一式為Hs≤10--（1.05～1.1）H；

二式為Hs≤10--（σ+Δσ）H；

三式為Hs≤10--KσσH；

四式為Hs≤10--H。

2、一式中給出一個(gè)考慮氣蝕系數(shù)誤差的安全裕量5%～10%，二式中考慮了水頭變化時(shí)，氣蝕系數(shù)的變化量，在數(shù)值上基本與一式相當(dāng)，只是在高水頭段略大于10%，三式系在一、二式基礎(chǔ)上修改而成，引進(jìn)了裝置氣蝕系數(shù)與模型氣蝕系數(shù)的比值Kσ，實(shí)際也是一個(gè)考慮安全裕量的系數(shù)。四式是根據(jù)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)出來的吸出高度與比速的指數(shù)關(guān)系來考慮安全裕量，系試驗(yàn)公式。

3、從理論角度來看，按照上述公式計(jì)算吸出高度，應(yīng)能保證水輪機(jī)的無氣蝕運(yùn)行，即使在水輪機(jī)運(yùn)行遵守Hs的限制條件下，氣蝕侵蝕還是經(jīng)常發(fā)生。如我州某水電站，已投入運(yùn)行的2臺(tái)單機(jī)2660kW的HL220型水輪機(jī)，電站最大水頭、設(shè)計(jì)水頭均為44m，最小水頭為43.6m，水輪機(jī)吸出高度為+0.76m，水輪機(jī)處海拔高程為214.26m，尾水變幅不大，按照上述理論公式計(jì)算，應(yīng)該能夠滿足無氣蝕侵蝕要求，但實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果并非如此。經(jīng)電站運(yùn)行一年后檢查，2臺(tái)水輪機(jī)葉片翼型氣蝕嚴(yán)重，每塊葉片均遭到氣蝕侵蝕，嚴(yán)重處出現(xiàn)金屬整塊被蝕刮疏松脫落現(xiàn)象，少量葉片發(fā)生侵蝕穿透成孔洞。其中1號(hào)機(jī)運(yùn)行3589h，發(fā)電669萬kW·h，其葉片總氣蝕面積達(dá)393.78cm2，單葉最大氣蝕侵蝕面積為55.3cm2，2號(hào)機(jī)運(yùn)行5730h，發(fā)電1165萬kW·h，其葉片總氣蝕面積達(dá)483.91cm2，單葉最大氣蝕侵蝕面積為59.5cm2。這說明，目前確定氣蝕系數(shù)及吸出高度的方法是不完善的，其主要原因：一是對水輪機(jī)的氣蝕系數(shù)σ的確定是律定在氣蝕對水輪機(jī)的能量參數(shù)開始產(chǎn)生影響時(shí)刻的相應(yīng)值，而實(shí)際在此之前，氣蝕已發(fā)展到相當(dāng)充分的階段了。二是理論計(jì)算公式雖然考慮了一定的安全裕量和水頭的影響，但沒有足夠考慮運(yùn)行工況及運(yùn)行條件的影響，且給出的安全裕量只是一個(gè)含糊的數(shù)值，對于不同機(jī)型，它具體考慮了哪些不安全因素，其安全裕量究竟應(yīng)取多大，則沒有深層次區(qū)別地加以研究。因此，很有必要改進(jìn)吸出高度的計(jì)算方法，探索無氣蝕運(yùn)行的途徑，以期實(shí)現(xiàn)最優(yōu)吸出高度的選擇。

4、分析前述吸出高度的幾個(gè)計(jì)算公式不難看出，影響吸出高度Hs值的關(guān)鍵是氣蝕系數(shù)σ及安全系數(shù)K這兩個(gè)因素，對于氣蝕系數(shù)σ主要是探討如何進(jìn)一步合理律定，從無氣蝕運(yùn)行的角度來看，氣蝕系數(shù)σ應(yīng)定在氣蝕剛剛發(fā)生的時(shí)刻，以此時(shí)刻的相應(yīng)值作為臨界值才比較合理，不同系列的轉(zhuǎn)輪其臨界值各有不同。其臨界值究竟為多少，則只能借助于先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備和先進(jìn)的測試手段來進(jìn)行廣泛綜合的模型與原型試驗(yàn)的研究，系統(tǒng)地積累和總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，才能得出準(zhǔn)確完整的實(shí)際數(shù)據(jù)。對于安全系數(shù)K，則應(yīng)結(jié)合電站、機(jī)型等內(nèi)外部因素及特點(diǎn)，在原計(jì)算公式的基礎(chǔ)上分別情況考慮引進(jìn)轉(zhuǎn)輪材質(zhì)因素影響的安全系數(shù)Kσ、轉(zhuǎn)輪翼型結(jié)構(gòu)及加工工藝因素影響的安全系數(shù)Kj、水質(zhì)水溫及運(yùn)行工況變化因素影響的安全系數(shù)Ks等一些不可忽視的因素，使原式中的安全系數(shù)K值得到進(jìn)一步合理的修正和完善，當(dāng)上述各種影響因素都同時(shí)并存時(shí)，則K=Kσ×Kc×Kj×Ks。

5、材質(zhì)因素對轉(zhuǎn)輪氣蝕的影響問題，主要是抗蝕能力強(qiáng)弱的影響。材質(zhì)不同，其抗蝕性能也不同，這一點(diǎn)已經(jīng)得到科學(xué)界的研究證明。材料硬度是抗氣蝕損壞的重要因素，硬度越來越高抗蝕能力越強(qiáng)，材料的極限拉伸強(qiáng)度越高，抗蝕能力越高，材料的彈性越好，抗蝕能力越好，材料的晶粒越細(xì)密，抗蝕能力越強(qiáng)。若定貨時(shí)決定采用抗蝕能力較差的材料。則設(shè)計(jì)時(shí)必須引進(jìn)考慮材質(zhì)因素影響的安全系數(shù)Kc。

6、至于加工工藝的影響，主要是轉(zhuǎn)輪的制造線形質(zhì)量、葉片的表面波度與糙度大小及葉片的進(jìn)出水邊的角度、鈍度及厚薄度的影響，若線形不好，表面凹凸不平，頭部不圓滑，尾部不夠薄等均將誘發(fā)氣蝕。對于水質(zhì)的影響，目前，精確的實(shí)驗(yàn)已證明，均一質(zhì)量的純水，具有非常高的拉伸強(qiáng)度，但實(shí)際中，水和普通的液體中含有許多固體微粒子，這些固體微粒子在液體中具有侵蝕性質(zhì)，在其裂縫中寄生著氣體泡，這些氣泡破壞了液體的拉伸強(qiáng)度。雖然在高壓下一些寄生的氣泡能夠破裂，但在一定的壓力下完全破裂實(shí)不可能，因此存在著寄生氣泡核，其次是水中空氣溶有量，如一些水層較淺，引水及水流跌蕩過程較多，進(jìn)水口淹沒較淺或時(shí)有露口的電站，均可能使水中溶入大量的空氣，這些氣體在進(jìn)入轉(zhuǎn)輪低壓區(qū)時(shí)有可能析出誘發(fā)氣蝕，對于水溫的影響，如長距離淺水層明渠或露天鋼管引水，均可能使水溫的變化較大，使水的汽化壓力改變，氣蝕提早出現(xiàn)，至于運(yùn)行工況的影響，主要是低負(fù)荷長時(shí)間運(yùn)行及水頭變化的影響，低負(fù)荷長時(shí)間的運(yùn)行及長時(shí)高水頭運(yùn)行，都易加劇轉(zhuǎn)輪的氣蝕侵蝕。

結(jié)束語：

解決吸出高度的問題，根本的途徑是研究出氣蝕性能更好的轉(zhuǎn)輪及其過流部件，同時(shí)探索新的無氣蝕運(yùn)行的措施，但在目前沒有更完善的方法以前，筆者試論從上述辦法來選擇合理的吸出高度，以便和同行讀者商磋。

參考文獻(xiàn)：

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