水輪機汽蝕的產生與防治對策分析

【摘要】水輪機在使用一段時間以后，如果不注意防護與維修，很容易發生汽蝕，一旦發生汽蝕，就會出現機件受損，水輪機也無法正常運行，更容易引發水輪機被侵蝕等狀況，不僅會導致機組振動，還會降低水輪機運行效率，因此，做好水輪機汽蝕防護就成為現階段最重要的工作。基于此，本文將從導致水輪機汽蝕產生的因素與影響入手，重點研究水輪機汽蝕防治對策。

【關鍵詞】水輪機；汽蝕因素；防治對策

前言

對于水輪機來說，在使用中容易發生汽蝕的部位有很多，主要有翼型汽蝕、空腔汽蝕以及間隙汽蝕等，所以，在實際防治的過程中也要從這些方面入手，只有這樣才能做好水輪機防治工作，減少汽蝕所帶來的不利影響。

一、水輪機汽蝕產生的因素與影響

由于水輪機汽蝕發生的部位不同，所以就有了不同的產生因素：

首先，對于翼型汽蝕來說，它的產生與輪葉翼型有關。通常情況下，反擊式水輪機葉片是沿著流線方向為空氣動力的，水沿著葉片流動，進而使葉片正反面產生壓差，進而促使轉輪產生力矩，一般來講，葉片正面基本為正壓，背面也為負壓，若葉片背面壓力不斷下降，成為汽化壓力以后就會發生汽蝕現象，也會產生很多氣泡，水流也就無法正常流動，機組出力等也會逐漸下降。同時，如果輪葉材質較差，形狀不夠對稱，也會導致不良問題，如在汽蝕發生以后，輪葉出現如同蜂窩一樣的孔洞，若不及時處理，輪葉很快就會被擊穿。

其次，空腔汽蝕。它的產生與尾水管中水分在流轉中存在真空有一定關系，其原因在于水輪機并不是在設計工況下進行的，這樣不僅會導致水輪機法向出口受到破壞，還會出現脫流等情況，進而產生漩渦帶，當氣壓變為汽化壓力以后就會產生汽蝕現象，在汽蝕發生以后，不僅會沖擊尾水管，還會產生較大壓力波，在帶來噪音的同時，還伴隨著一定的放電現象，水輪機也不會穩定運行，安全性也得不到保證。

再者，局部汽蝕。所謂的局部汽蝕主要是由于水流過部分不平整的表面因局部壓力突然下降所造成的汽蝕。之所以水輪機會發生局部汽蝕，其原因在于以下幾種：第一，轉輪表面打磨光滑度不夠；第二，焊接能力差；第三，轉輪室的固定螺釘等出現脫落等。一般來講，局部汽蝕的影響并不大，只要經常檢修應用合適的工藝就可以避免。

最后，間隙汽蝕。這種汽蝕現象多發生在水流流經間隙或細小管道中，隨著部分區域流速的突然提升，壓力便會驟然下降，進而產生一定的汽化壓力，間隙汽蝕也在這種情況下出現。一般來講，反擊式水輪機多發生在導葉間隙等處，在這種汽蝕發生以后，很難被第一時間發現，主要是由于其破壞范圍較小，所以，即便是在水輪機運行的情況下也不易被發現。但由于汽蝕的存在，水輪機很多部位都會受到不同程度的損害，尤其是高水頭水電站受損最為嚴重。

總之，無論發生哪種汽蝕現象都會給水輪機運行造成一定影響與損害，如果不及時處理，將帶來很多問題，因此，有必要對此開展研究。

二、水輪機汽蝕防治對策

在水輪機發生汽蝕以后，不僅機件表面會受到侵蝕，水輪機過流部件也會出現大量麻點，甚至可能造成葉片受損，轉輪也會出現無法使用的情況，同時，受損較重的水輪機也會出現機組振動，影響水輪機正常運行。為保證水輪機正常運行，就要做好以下幾項防治措施：

第一，采用合理的水電站運行方式。通過長期實踐工作得知，水輪機運行工況將直接影響到汽蝕產生，為減少汽蝕帶來的不良影響，在水輪機運行的過程中，應做好觀察與記錄，及時了解水輪機真空表上的數值變化情況，并從中選擇最好的工況，防止水輪機經常在低水頭或低負荷的情況下運行，這樣在一定程度上就可以有效防止汽蝕的出現，為水輪機正常運行奠定基礎。

第二，應用一定的補氣裝置。補氣裝置的作用是為尾水管補氣，通過補氣不僅可以防止空腔氣體渾濁，還能避免汽蝕帶來的振動，這對保護水輪機正常運行具有一定好處。為避免空腔汽蝕給水輪機運行帶來不良影響，可以將十字架補氣裝置應用其中，也就是在水輪機的尾水管進口位置應用一定的十字架補氣裝置，裝置的直徑至少為三英寸，且保證各個管壁上擁有相同數量的出氣孔。在利用十字架補氣管的過程中，保證總管與外部相接，并適當增加出氣孔數量，但值得注意的是開口方向應與水流走勢相背離，這樣不僅可以防止周圍壓力過大，還能有效避免補氣管被堵塞。在實際運行中，還要加強與實際情況的聯系，保證外部空氣可以順利進入管內，流經十字架的氣體則可以為低壓區補充氣體，減少真空壓力的影響，進而避免汽蝕。

第三，補焊。這也是一種有效防治水輪機發生汽蝕的有效方式，但在哪種情況下需要補焊或在什么時間補焊還需要根據水電站實際情況來確定，然而，應避免汽蝕已經嚴重侵蝕水輪機以后再補焊，這樣不僅起不到應有作用，還能影響補焊效果。通常情況下，在補焊的過程中，最好選擇鉻含量為12%-14%左右的焊條，且將不銹鋼焊條作為首選，并保證焊條干燥。同時，為避免在補焊的過程中發生汽蝕等情況，應將千分表運用其中。此外，在正式補焊以前，要將補焊處的水分等影響補焊效果的物質去掉，在做好這些準備工作以后再補焊。如果在補焊中發現受汽蝕影響較為嚴重，就要多次補焊，但無論哪次補焊前都要去除雜物。為保證補焊效果，提高水輪機運行效率，還要開展一些磨光工作，且保證葉型與原葉型相同，只有這樣才能符合既定標準。

第四，調整水輪機轉輪水力。由于轉輪葉片翼型對水輪機汽蝕有很大影響，所以，要增強水輪機抗汽蝕能力，就要做好葉片翼型設計，以此減少汽蝕系數。對于葉片頭部設計來說，一定要注重合理性，在進水邊應將半徑控制在0.2倍到0.3倍左右，同時保證葉片背面足夠均勻，只有這樣才能保證壓力分布勻稱。由于翼型剖面相對光滑且具有良好的流線，但葉片出水邊卻很薄，所以在實際設計中應注重流道尺寸的搭配，確保繞流合理，葉片設計也要與水流動規律相符，只有這樣才能有效減輕水輪機轉輪水力。同時，還要適當改進水管，這也是減少空腔汽蝕的有效方式。

第五，選擇合適的材料，選用合適的加工工藝。通過研究發現，隨著水輪機制造的提升，葉片光潔度的增強，水輪機發生汽蝕的幾率也會大大降低。所以，在設計水輪機的過程中應選擇優質且具有良好抗汽蝕能力的材料，一般來講，材料硬度越大、材料的極限拉伸強度越好，水輪機的抗汽蝕能力就越強，所以在選擇材料的過程中，應重點考察材料的硬度與極限拉伸強度等，同時關注材料的晶粒密度等。在加工工藝上，最好以鋼板模壓成型技術為主，這樣不僅可以確保葉型精度，還能加強材料晶粒密度，并將高精度機床應用到加工中，這也是保證葉型精準度的有效方式。

第六，采用合適的檢修工藝與方法。為減少水輪機在發生汽蝕以后所帶來的不利影響，相關工作人員應聯系實際情況經常進行必要的檢修工作，這樣不僅可以及時發現其中存在的問題，還能在汽蝕發生的第一時間發現問題所在，并及時提出合理有效解決措施。在處理破壞區的汽蝕時，要先將以蜂窩為主的汽蝕部分鏟除，然后用磨光機將其打磨完整，并用不繡鋼焊條完成焊接，這樣在焊接完成以后焊堆便會處于光滑狀態，然后再用樣板加以控制，同時抹上柔性陶瓷，經過這樣的處理，受過打磨后的部分其光潔度也能達到既定要求，檢修的型線也可以得到保證。此外，金屬噴焊技術的應用也可以被應用到母材表面上。

最后，還可以將ARC陶瓷涂層技術應用其中，之所以選用該技術主要是由于其具有較強的固態性，在固化以后不會收縮，且具有良好的氣密性，更不會產生氣泡也不會發生腐蝕等，同時施工也很方便，可以有效提高水輪機運行效率，在后期使用中也有良好效果。

結束語：

無論哪種設備在投入使用一段時間以后都會發生不同程度的損傷，這就需要相關工作人員聯系實際情況采用合適的防治措施做好治理工作，水輪機在運行中容易發生汽蝕，不僅安全運行得不到保障，還會帶來較大噪音，針對這種情況，本文找出了導致水輪機汽蝕產生的因素，并聯系實際情況提出了合理防治對策，希望能為相關人士帶來有效參考，做好水輪機汽蝕防護工作，減少汽蝕對水輪機的影響，提高水輪機運行效率。

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