水轮机的空化与空蚀课件

第四章 水轮机的空化与空蚀1第一节、水轮机的空化与空蚀2概念沸腾：水在一定压力下加温引起的汽化；空化：环境温度不变压力降低引起的汽化。空化压力：在给定温度下，液体开始汽化的临界压力。空蚀：当空化产生的空穴进入压力较低的区域，开始变成较大的气泡，然后气泡被流体带到压力高于临界值的区域，气泡就将溃灭，引起过流表面的材料破坏。空蚀破坏的机理水开始汽化→汽泡(水蒸气+空气)→进入高压区→向汽泡中心压缩、冲击，在汽泡内形成很大的微观水锤压力(可达几百大气压)；汽泡产生反作用力向外膨胀，压力升高，水流质点向外冲击。大量汽泡连续不断地产生与溃灭，水流质点反复冲击，使过流通道的金属表面遭到严重破坏→机械破坏，称为疲劳剥蚀。3汽泡被压缩，由于体积缩小，汽化破坏时水流质点相互撞击，引起局部温度升高(可达到300℃)，汽泡的氧原子与金属发生化学反应，造成腐蚀；同时由于温度升高，产生电解作用→化学腐蚀。4使过流部件机械强度降低，严重时整个部件受到破坏。增加过流部件的糙率，水头损失加大，效率降低，流量减小，出力下降。机组产生振动，严重时造成厂房振动破坏。缩短了机组检修的周期，增加了检修的复杂性。消耗钢材、延长工期。53.空蚀造成的危害第二节 水轮机空蚀类型6翼形(叶片)空蚀：转轮叶片背面出口处产生的空蚀，与叶片形状、工况有关。是反击式水轮机的主要空蚀形式。间隙空蚀：当水流通过间隙和较小的通道时，局部流速增大，压力降低而产生的空蚀。空腔空蚀：在非最优工况时，水流在尾水管中发生旋转形成一种对称真空涡带，引起尾水管中水流速度和压力的脉动，在尾水管进口处产生空蚀破坏，还可能造成尾水管振动。局部空蚀：在过流部件凹凸不平因脱流而产生的空蚀。翼形空蚀7局部空蚀空腔空蚀间隙空蚀尾水管内的真空涡带较大负荷时8低负荷时第三节 水轮机的空蚀系数、吸出高和安装高程9一、水轮机的空蚀系数衡量水轮机好坏：一是效率；二是空蚀系数。反击式水轮机发生空蚀破坏的根本原因是过流通道中出现了p<pb的情况，因此防止空蚀的措施是限制p的降低，使

p≥pb。影响水轮机效率的主要原因是翼型空蚀，所以衡量水轮机空蚀性能好坏一般是针对翼型空蚀而言，其标志为空蚀系数。空蚀系数б是水轮机空蚀特征的一个标志，б越大，越容易破坏。叶片上压力最低点10通过研究叶片上的压力分布情况，得到叶片上压力最低点

(一般为叶片背面靠近转轮叶片出口处)K点的压力为(列K点和2点、2点和下游水面的能量方程)：K点的真空值Hk.v：静力真空11动力真空静力真空Hs是吸出高度，取决于水轮机的安装高程，与水轮机的性能无关；动力真空hk与转轮叶型、水轮机工况、尾水管性能有关，因此表明水轮机空蚀性能的只是动力真空：12б称水轮机的空蚀系数，是动力真空的相对值。б与叶型、工况有关。б与尾水管的性能有关。几何形状相似的水轮机，工况相似，б相同；对任一水轮机在既定工况下，б也是定值。б值影响因素复杂，理论难以确定，广泛使用的方法是进行水轮机模型试验得出бm,并认为б=бm。13二、水轮机的吸出高度为了防止空蚀，必须限制k点的压力，使pk≥pv保证水轮机内不发生汽蚀的条件：pk≥pv14Pa/γ=10.33PB/γ=0.09~0.24水轮机吸出高Hs是转轮叶片压力最低点到下游水面的垂直高度Zk，与水轮机形式有关，规定如下：立轴混流式水轮机：导叶下部底环平面到下游尾水面垂直高度。立轴轴流式水轮机：转轮叶片轴线到下游尾水面垂直高度。卧轴贯流式水轮机：叶片出口最高点到下游尾水面垂直高度。设计尾水位高于上述高程Hs为负，反之为正。为保证水轮机在运行中不发生空蚀，对各种工况

下Hs

进行试验，取其中较小值。15三、水轮机的安装高程16立轴HL：导叶中心平面高程Za=▽w+Hs+b0/2立轴ZL：导叶中心平面高程17(x=0.38~0.48)Za=▽w+Hs+xD13.

卧轴HL和GL：轴中心高程Za=▽w+Hs-D1/2注：▽w

：水电站设计尾水位,选用水电站最低尾水位（1~2台机组时取一台机组50%额定流量，3~4台机组时取一台机组额定流量）b0

：

水轮机导叶高度；D1

：转轮直径第四节 防止空蚀的措施流速和压力是产生空蚀最重要的两个原因，因此要控制流速和压力的急剧变化。设计制造方面：合理选型，叶型流线设计，表面光滑，抗空蚀钢衬(不锈钢)。工程措施：合理选择安装高程，采取防沙、排沙措施，防止有害泥沙进入水轮机。运行方面：避开低负荷、低水头运行，合理调度，必要时向尾水管补气。181．19复习题：1什么是空化与空蚀？2空蚀的机理是什么？3水轮机中常发生哪些空化？4什么是水轮机的空化系数？水轮机空化系数有哪些特性？5

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什么是电站的空化系数？电站的空化系数与水轮机空化系数有什么关系？为什么？6通