黃舒琴

摘要 本文主要介紹了水輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的汽蝕現(xiàn)象，分析其產(chǎn)生的原因及危害，并在改進(jìn)水輪機(jī)檢修方法、改善水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的水力、運(yùn)行條件、材料等方面提出了一系列處理措施。

關(guān)鍵詞 水輪機(jī)；汽蝕；處理措施

中圖分類號(hào) TK7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095—6363（2016）12—0065—01

1水輪機(jī)汽蝕現(xiàn)象

汽蝕是一種與流體力學(xué)密切相關(guān)，受到材料的物理特性以及流體力學(xué)特性的制約，是流體機(jī)械所特有的一種現(xiàn)象。水流在運(yùn)動(dòng)時(shí)主要是順著水輪機(jī)過(guò)流通道的表面，水的動(dòng)能和勢(shì)能在這個(gè)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中就會(huì)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，局部壓力隨之下。液體內(nèi)的雜質(zhì)、微小的固體顆粒、液體與固體接觸面縫隙中的氣體在一定溫度下液體的氣化壓力高于局部壓力時(shí)，就會(huì)形成氣核，液體的低壓區(qū)內(nèi)通常具有較多氣核，同時(shí)這些氣核會(huì)逐漸長(zhǎng)成肉眼可見(jiàn)的氣泡。這些氣泡在動(dòng)水壓力和自身表面張力的雙重作用下，隨著水流運(yùn)動(dòng)。當(dāng)動(dòng)水壓力超過(guò)表面張力時(shí)，氣泡就會(huì)分解成許多的小氣泡，一起在進(jìn)入高壓區(qū)時(shí)潰滅。氣泡在瞬間潰滅時(shí)流體會(huì)在瞬間充滿該空間從而產(chǎn)生一定的沖擊力，同時(shí)氣泡在瞬時(shí)潰滅時(shí)還會(huì)產(chǎn)生巨大的聚能壓力。而這兩種壓力在瞬間可以達(dá)到最大的壓力和大約為2200大氣壓，能夠?qū)腆w部件表面造成巨大的破壞，這就是氣蝕。

實(shí)際上，汽蝕與氣蝕是相同的。在習(xí)慣上，泵界喜歡用汽蝕，而水輪機(jī)行業(yè)則多用氣蝕，現(xiàn)在干脆用空化、空蝕?？栈菣C(jī)器流道中局部壓力降低至臨界壓力時(shí)，水中氣核形成、成長(zhǎng)為氣泡，并逐漸聚積、流動(dòng)、分裂、潰滅的過(guò)程的一個(gè)總稱。空蝕是指空化對(duì)機(jī)器過(guò)流部件材料所造成的損壞。空化過(guò)程通常發(fā)生在液體內(nèi)部和固體邊界上，但空蝕只能發(fā)生在固體邊界上。

2水輪機(jī)汽蝕的原因

汽蝕對(duì)固體部件表面的破壞有多方面的原因，其中有3個(gè)主要原因：機(jī)械原因、化學(xué)原因、點(diǎn)化原因。

1）機(jī)械原因。水流在水輪機(jī)中進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)氣泡的形成、分裂、潰滅所產(chǎn)生的巨大沖擊力會(huì)對(duì)水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行頻繁而強(qiáng)烈的高速?zèng)_擊，在這樣的高頻沖擊下，過(guò)流部件表面的材料就很容易被破壞，這就是汽蝕的機(jī)械作用，也是造成汽蝕的主要作用。

2）化學(xué)原因。氣泡會(huì)在高壓區(qū)內(nèi)進(jìn)行壓縮，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱能，另一方面，過(guò)流部件表面的溫度也會(huì)因?yàn)樗鞯母咚贈(zèng)_擊而升高。因此，在高溫高壓下，氣泡會(huì)在金屬表面發(fā)生氧化反應(yīng)。

3）電化原因。水流部件局部表面在產(chǎn)生高溫的同時(shí)，會(huì)與周圍的低溫材料產(chǎn)生溫度差，從而形成熱電偶，引起熱電效應(yīng)，氣泡在高溫下放電，使金屬表面電解，破壞了金屬材料的保護(hù)層，同時(shí)也加快了機(jī)械的侵蝕作用。

3水輪機(jī)汽蝕的危害

1）會(huì)破壞水輪機(jī)的過(guò)流部件，例如：轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉、上下漏環(huán)、轉(zhuǎn)輪室等；2）汽蝕會(huì)產(chǎn)生巨大的噪音和強(qiáng)烈的振動(dòng)，這樣會(huì)導(dǎo)致水輪機(jī)不能安全穩(wěn)定的運(yùn)行；3）汽蝕會(huì)降低水輪機(jī)的效率和出力。汽蝕會(huì)打亂水流的正常流動(dòng)和能量轉(zhuǎn)換，從而造成水流的漏損以及水力的損失；4）汽蝕會(huì)縮短機(jī)器的檢修間隔，增加機(jī)器檢修的復(fù)雜性，延長(zhǎng)機(jī)器檢修的時(shí)間。汽蝕的檢修會(huì)耗費(fèi)大量的鋼材，同時(shí)還需要一定的時(shí)間，影響電力的生產(chǎn)，給發(fā)電站造成一定的損失。

4水輪機(jī)汽蝕的處理措施

4.1改善水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)

翼型汽蝕通常與轉(zhuǎn)輪葉片的水力性能相關(guān)，因此可以對(duì)其轉(zhuǎn)輪葉片的設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的改進(jìn)，比如：1）通過(guò)改變?nèi)~片的形狀來(lái)縮短低壓區(qū)的區(qū)域，從而使葉片背面所受到壓力的最低值盡量處于葉片的出口處，這樣就能使氣泡在葉片的外部區(qū)域潰散，減少葉片所受到的沖擊；2）在滿足剛度和強(qiáng)度的條件下，葉片要盡量做到輕薄。因?yàn)槿绻~片的厚度過(guò)大，就會(huì)引起較大的汽蝕系數(shù)；3）在葉片背面的端部裝設(shè)防蝕片；4）采用襟翼結(jié)構(gòu)，即長(zhǎng)短葉片相間；5）加長(zhǎng)轉(zhuǎn)輪的泄水錐，加長(zhǎng)尾水管的直椎管部分，并加大尾水管的擴(kuò)散角角度。

4.2提高加工工藝水平，采用抗腐蝕材料

1）硬度高的材料抗腐蝕能力強(qiáng)；2）拉伸強(qiáng)度、延性以及屈服強(qiáng)度大的材料，抗腐蝕能力強(qiáng)；3）高彈性的材料具有很強(qiáng)的延性，具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力；4）晶粒越細(xì)密的材料，其抗腐蝕能力越強(qiáng)，而合金能夠改善金屬的晶粒性質(zhì)，因此可以多使用合金材料；5）材料內(nèi)部的非溶解物質(zhì)即不純物質(zhì)越多，其抗腐蝕能力就越強(qiáng)。綜上所述，抗腐蝕材料應(yīng)具備硬度高、韌性強(qiáng)、彈性強(qiáng)、晶格細(xì)密等特性。

4.3改善檢修工藝方法

我們可以縮短檢修的周期，盡量在平時(shí)就能夠做到多檢查、勤修理，在水輪機(jī)出現(xiàn)小問(wèn)題時(shí)就進(jìn)行修理，避免問(wèn)題擴(kuò)大，從而影響工作進(jìn)度，造成更大的損失。

4.4改善運(yùn)行條件，采取適宜的運(yùn)行措施

我們根據(jù)實(shí)際狀況，合理地?cái)M定了水電站的普遍運(yùn)行方式，從而提出以下改善措施：1）調(diào)整水庫(kù)的調(diào)度方式，盡量地減少低水頭、低負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間，使轉(zhuǎn)輪中心能夠出現(xiàn)一定的真空帶；2）在轉(zhuǎn)輪下部補(bǔ)氣，可以破壞真空，降低真空度，破壞真空渦帶的形成，減輕汽蝕破壞。補(bǔ)氣可以分為主軸中心補(bǔ)氣和尾水管補(bǔ)氣。由于尾氣管的補(bǔ)氣及補(bǔ)氣量大小對(duì)水輪機(jī)處理會(huì)造成一定的影響，因此，只有水輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)偏離最優(yōu)工況時(shí)，我們才需要考慮對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行補(bǔ)氣，并根據(jù)它的偏離狀況來(lái)決定補(bǔ)氣量的大小。

5結(jié)論

水輪機(jī)的汽蝕是不可能完全消除的，但我們可以通過(guò)改善水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)、增進(jìn)水輪機(jī)的加工工藝水平，選取抗腐蝕材料、提高檢修工藝、改善運(yùn)行條件等方式，來(lái)盡量減少水輪機(jī)的汽蝕損耗，更好地發(fā)揮水輪機(jī)的出力和效率，以延長(zhǎng)水輪機(jī)的使用壽命，為發(fā)電站爭(zhēng)取最大的經(jīng)濟(jì)效益。endprint