ZZ-LH-800水轮机汽蚀现状及处理方法简述

ZZ LH 800ZZ LH 800水轮机汽蚀现状及处理方法简述水轮机汽蚀现状及处理方法简述 作者 佚名 来源 网络 更新时间 2007 6 16 12 33 07 43 字体 小 大 摘要 结合富春江水电厂实际工作对几种主要汽蚀现状做了简述 并对汽蚀的原因进行分 析 同时提出了几种防汽蚀措施 以达到减轻汽蚀更好地发挥机组的经济效益的目的 关键词 汽蚀强度 动力矩 检修 一 汽蚀的现状 目前汽蚀现象已成为水轮机破坏的一个高峰 主要有几种 一 翼形汽蚀 转桨式水轮机桨叶改变水流的动力矩 水流动力矩的改变意味着叶片正面与背面之间必须 存在着压差 通常叶片正面为正压 叶片背面为负压 往往翼形汽蚀主要发生在桨叶背面 靠近出口的区域压力达到最低值 我厂水轮机的翼形汽蚀主要是发生在 1 桨叶出水边背面边缘 汽蚀程度比较严重 有的桨叶出水边角出现列纹 蜂窝状梯次加 重 深达10mm 左右 面积可达200 100mm2 有的桨叶从背面中部直至出水边出现连续汽 蚀 蜂窝状梯次加重 深度5 10mm 面积达700 100mm2 左右 2 转轮室在桨叶中心轴线标高以下附近 这里的汽蚀情况视机组的运行长短而定 运行时 间越长 汽蚀越严重 由于长期受到锤击冲击 有的焊块脱落 多数出现蜂窝状汽蚀 深 度5 100mm 面积100 150mm2不等 多达15块左右 3 转轮本体与桨叶连接处下部 这里的汽蚀一般比较轻微 而且不是所有连接处下部都有 二 间隙汽蚀 水轮机桨叶与转轮室之间有2 5mm 间隙 运行中就有一部分水流过这里 但流道狭小 且 水流方向改变快 导致水流速度高 压力降低 从而引起汽蚀 水轮机的间隙主要发生在 L 1 桨叶背面靠近出水边中部出现汽蚀 这种汽蚀较前种轻 检修时看到的是桨叶背面出现 的蜂窝状 深度5mm 面积250 200 mm2 约占总叶片数的50 左右 三 局部汽蚀 局部汽蚀主要是由于过流部件表面不平整所至 水轮机的局部汽蚀主要表现在 1 转轮室表面打磨不光滑造成的局部汽蚀 2 由于焊接的不好 留有空穴 夹渣等原因 也造成局部汽蚀 3 桨叶与转轮连接的压板螺杆铅封不平滑也造成了转轮体上部的局部汽蚀 有时甚至连铅 封的螺杆都可被汽蚀掉 不过局部汽蚀一般都不严重 只要检修时注意好工艺还可以再减轻 二 汽蚀原因的分析 近年来由于水质的破坏 特别是6 9月份的汛期阶段 含沙量和推移质都有较大 但实践 表明 泥沙磨损对水轮机影响不大 因此对泥沙磨损就不去深究了 主要是对汽蚀的形成 提出一些不成熟的看法以期探讨 水轮机产生汽蚀的主要原因于水流的流速 方向 金属的性格 检修的工艺和运行小时等 因素有关 从富春江水电厂2 机的汽蚀情况来看 主要有两种类型的汽蚀 翼形汽蚀和间隙汽蚀 分 布在叶片背面的大面积汽蚀属于翼形汽蚀 在叶片外缘与转轮室内缘与轮毂边缘所产生的 汽蚀属于间隙汽蚀 众所周知 液体在一定的压力下 当温度升高到沸点时 液体开始沸腾和汽化 变成水蒸 气 前面已经讲过 转桨式水轮机改变水流的动量矩 水流的动量矩的改变意味着叶片下面与 下面必须存在着压差 水轮机就是利用叶片两面的压差将水能转换为机构能的 如果叶片 背面压力最低点小于水温的汽化压力 水就会汽化 产生大量的水蒸气面形成气泡 当这 种汽泡进入通流部件表面的高压区时急剧地破灭 形成局部水击 造成汽蚀破坏 使局部 金属表面逐渐疲劳剥落 特别是因冶炼 铸造 加工以及安装等因素 而产生的微小夹渣 气孔 凸凹不平 划痕 焊疤等缺陷处 在汽蚀的作用下 上述这些部位首先疲劳剥落 产生了微小的孔坑 尔后该处水流的流态就产生了微小的变化 细微的脱流或旋涡 加 速了该处的磨损与汽蚀 使凹坑沿水流方向越变越长并加宽而呈椭圆状 进而加速了材质 的破坏 另外 当压力降低后 由于液体对气体的溶解度降低 空气被析出 析出的空气与金属表 面发生氧化作用 使金属表面产生化学破坏 由于汽蚀破坏剧烈 使金属的个别质点剥落 在金属表面形成蜂窝状 而蜂窝状部分由于 金属不均匀 而存在大量的显微电 这些显微电就引起电化腐蚀 当气泡凝缩所引起的局部湿度升高 这样在金属表面的湿度不均 冷和热之间形成热电偶 产生电位差 发生电解作用 使金属表面遭受破坏 综上所述 汽蚀现象是非常复杂的 所以 汽蚀破坏的作用 不是单纯某一种作用所致 因此 在设计时 正确的设计转轮及叶片翼形 安装时 合理的确定安装高程 合理的运 行管理以及检修时把好质量关等等都能减少汽蚀的破坏 三 水轮机抗汽蚀措施 防汽蚀的措施有以下几个方面 1 设计方面 汽蚀的形式及有关的因素都受水流内部结构的控制 因此 采用合理的设计改善翼型可改 进汽蚀性能 例如改善叶片头部 转轮叶片应呈光华的流线型 尽可以使叶片上压力分布 均匀 并缩小低压区 在叶片上特别是前面无鼓包使水流平顺流畅 叶片出口边应较薄 整个过流流道几何尺寸比例应合理 对轴流式转轮适当选择叶片环量 增长翼弦 减少从 轮毂到叶片尖端的升力系数 叶中的厚度从轮毂到叶片尖端 逐步减薄等 实践证明 翼 型设计得比较合理 可以避免减汽蚀 2 制造方面 应提高制造工艺水平 使转轮叶片铸造与加工后的型线尽可能与设计木模图一致 保证原 型和模型水轮机几何相似 在水轮机运行中 有由于翼型设计不合理而使水轮机汽蚀严重 的情况 也有由于制造上型线误差较大而加剧水轮机汽蚀的情况 3 运行方面 1 合理拟定水电厂的运行方式 运行工况对汽蚀有一定的影响 有条件的应采用机组 成组调节 改善水轮机运行工况 应避开汽蚀的运行工况区域 2 汽蚀补气 补气能够形成气泡 这是一种吸收振动的减辐介质 此外 补进的空气 冲散涡带 并以气泡填充转轮下部和尾水管上部整个空间 因补气对破坏空腔汽蚀 吸收 汽蚀有一定的作用 4 检修方面 1 对于转轮室的汽蚀处理 首先用气刨将汽蚀部位的蜂窝状铲除 用砂轮机打磨平滑 然后用不锈钢焊条堆焊 堆焊应均匀 整齐平整 然后在用砂轮机打磨光滑 而后进行圆 度测度 并利用样板对其进行控制 2 对桨叶的汽蚀处理 在进行堆焊时 应考虑到桨叶的变形 不能进行连续施焊 而 应进行间隔施焊 并注意应慢慢冷却 焊条应沿周围方向走动 以增加运行中的焊接强度 处理完后进行叶型校型 样板控制 3 对于焊缝的处理 先在裂缝的两头钻10mm 深的孔 然后用气刨将裂纹刨掉 打磨 施焊 打磨光滑即可 很多电站的实践证明 补焊区的打磨工作 对机组今后过程中汽蚀破坏大小很关键 打磨 后的部位光洁度是否到了设计要求 能否保持原来的型线等等 这些须认真对待 5 间隙汽蚀的减缓 缝隙汽蚀起源于缝隙处涡流的形成 而该涡流的形态与缝隙外形和缝隙宽度有关 据研究 具有扩散形式的叶片尖端缝隙会助长水流分散成旋涡而造成的汽蚀 国外曾有一台转轮直 径3米的水轮机试验 在叶片压力边缘上其半径相应于叶片厚度的一半的圆角 并尽力避免 扩散型流道形式