我国已运行的混流式水轮机大部均遭空蚀破坏,见表9-2。从该表可以看出,这 些水轮机的空蚀破坏是严重的。 表92我国混流式水轮机空蚀情况 电站代号 没计水头运行时间空蚀指数 空蚀等级 (h) 104mm/h) 875 17904 0,185 12(82 0.645 13551 0.348 0.4.8 V 混流式水轮机的间隙空化,在清水情况下并不严重;但水流挟沙时,由干受到空蚀 与磨蚀的联合作用,空化会更为严重。 20212/24 西华大学方宋文武教授 11
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(三)冲击式水轮机 运行经验表明,由于空化常使导水机构的喷嘴和喷针受到严重破坏。 根据苏联列宁格勒金属工厂的资料,当喷嘴口直径dr=40mm及水头H=40m 时,若空蚀使喷针的表面粗度增加到1mm时,水轮机的效率约下降1%。 冲击式水轮机叶片绕流时,叶片上的进水边、出水边和叶片央部由于各射流束的相 互影响均可能出现低压区;因此,在这些部位的下游可能出现空烛破坏区,但这与喷哪 及针的字蚀础坏相出对水轮机数离的影响删是次要的 20212/24 西华大学方宋文武教授 12
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影响水轮机空蚀程度的主要因素 转轮设计与模型试验的比尺彩响 欲使水轮机转轮不发生空蚀破坏,则流道的合理设计具有十分重要的意义,首先悬 不要在流道内水流中发生空化。 在设计过中,对转轮空化特性的预测很少用计算的方法,而直接用模型试验来求 出;水轮机的临界空化数σ。 过去常认为,为避免空蚀破坏,要求叶片上的压强分布均匀化;但近年来则认为, 还可以适当加大出水边的负荷,使空泡溃灭在叶片之后,这对减轻叶片空蚀破坏是有利 的。甚至还叮以设计成使叶片整个处于空穴之中的“超空穴”叶型。 水轮机模型试验证明,水头对空化特性影响很大。近年来,世界各国纷纷建立了从 几十米到几百米的高水头试验台。但影响程度目前仍在研究之中3) 水轮机的空化特性试验,通常只进行空化对能量特性影响的试验,常称其为“外特 性法”,而对水轮机更重要的空蚀玻坏试验则由于空蚀的模拟理论不够成熟,故尚处于 探索之中。 月前,国内外均趋向于用原型观测的办法对水轮机的空化现象及空蚀破坏进行研 究。不少单位在原型叶片上粘贴易于空蚀破坏的薄片试件,如铅、铝以及松香类和油漆类 的非金属涂层来观测空蚀破坏的特性及其强度,并据此来正叶型,取得了较好的效果。 20212/24 西华大学方宋文武教授 13
2021/2/24 西华大学 宋文武 教授 13 影响水轮机空蚀程度的主要因素
二、转轮制造材料的影响 水轮机材质对空蚀破坏程度影响很大。大量试验表明,材料的抗空蚀性能与其化学 成分、晶粒结构、金相組织、均匀程度,机械性能(如硬度、疲劳强度应变能等)以及 抗腐蚀性能等多种因素有关。目前,试验室内已研究出一系列抗空烛性能十分优良的材 料,但要在工业上应用,还要求材料必需具有良好的工艺性、强度高以及价格合理等。 国内外还在研究于基材上覆盏一层高硬合金粉末镀层,或各种塑料及弹性覆盖层, 以及选用金属陶瓷材料等方法以提高水轮机的抗空蚀性能。一些非金属材料的抗空蚀性 能见表9-3。 三、加工、制造质置的影响 经验表明,如果转轮的加工制造精度不高,即使设计性能良好的转轮仍会发生严重 的空蚀破坏。 拉贝围对水泵所做的试验表明,表面糙度如从2,5μm增大到14m,则空化数 将增加80%。很多原型试验发现,表面觖陷、凹凸不平与缝隙等,常是诱发空化的来 源。研究表明,试件表面有坑穴的空蚀破坏程度比光滑表面者可增大(5~20)倍。 因此,为了保证转轮的效率、抗化等性能国际电工委员会在“过流部分验收标准 20212/24 中分别规定了不同类型水轮机的表面糙度、波浪度、线型以及各部分尺寸公差等要求 14
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表9-3非金属材料的抗史蚀性能 试验时间 试件状态 (h) 高密度低压力的聚乙烯 52 未发现破坏 低密度高压力的聚乙燔 10 破,坏 卡普隆 48 开始破坏 牌号E的卡音隆 14 开始破坏 树脂G8 硬聚氯乙烯 软聚氯乙烯 破破破破 坏坏坏坏 环氧树脂 含60%石英粉的环氧树腺 破坏 聚脂树脂IH-1 破坏 聚甲醛 破坏 安息香腑 破坏 凝丙婚 破坏 戊塑料 破坏 氛塑料4 !;!!.1 9212227241222722 破坏 有机玻璃 玻璃解CTP 破 坏坏 在zG20siMa上的弹性覆益层 益层破坏 喷涂在ZGz0siMn上的聚乙烯 覆姜层破坏 20212/2 CP包覆聚乙婚 碰盖层被撕下 钢1Cr18Ni10T 34 开始破坏.失质 10毫克
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