四、运行条件的影响 水轮机的空蚀破坏程度与运行条件有着密切的关系。主要有以下几种影响 (一)水头的影响 水轮机工作水头偏离设计水头时,其空蚀破坏明显,偏离盒多,签蚀坏程皮意严 重,这主要是因为在高水头时,转轮内的流速高于设计流速,而空烛破坏是与流速的 4~10次方成比例(平均为6次方),也就是说与水头的3次方成比例。在低水头运 行时,由于偏离设计工况,水轮机的运行条件变坏,因而加剧了其中的空蚀破坏;此时 如所带负荷较小时,则除了叶片背面破坏外,叶片正面上冠附近靠近出口边也遑破 坏y但破坏深度往往不大。 通常,水电站的水头变幅相当大,使叶片进口处水流冲角改变。日本富士公司认 为,Hmm/Hmx<07,则水轮机的空蚀破坏难以避免;但美国务局认为,允许的水 头变幅可达65%~125%即Hn1n/Hmax≈0.52。 (二)负荷影响 水轮凯的负荷过大或过小会使叶片绕流条件变坏而遭空蚀破坏,故国内外均对水轮 20212/24 西华大学方宋文武教授 16
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机正常连续运行规定负荷范围,混流式通常为(40~50)%到100%转桨式为 20%~10%,这些范围以外的运行时间均加以一定限制。 三)吸出高度的影响 降低吸出高度(机组安装较低或下游水位较高),则水轮机流道内的压强可增加,不 易发生空化,这对减轻水轮机空蚀破坏是有利的。经验表明,这种做法对叶型空蚀有好 处。图9-17表示吸出高度改变后,转轮区相对空化强度的量测结果。由图可见,降 低吸出高度不但可使相对空化强度的峰值减小,而 且可使负荷改变时空化强度变化平缓。 000 (四)运行时间的影响 下游低水位 前面曾经介绍过,材料空蚀破坏的速度是随时远20 润变化的,其变化过程大体上可以分为:酝酿阶 段、加速阶段、减弱阶段和平衡阶段。当过流壁面安 粗糙度小时,酝酿阶段就可能长。大量水轮机的运 下游高水位 行实践表明,通常新机被要有一段酝酿期后空蚀破 坏才逐渐显示出来。酝酿期的长短腿转轮材料及运 行条件的不同,常常会有很大差别,可由一、二千 输出功率(x10°w 小时变化到一万小时以上。一旦出现空蚀破坏,就 会加速发展。图9-18为苏联几座水电站的擱查统[97吸出商度对空化强度的彩响 计结果。图中的空蚀深度h为各叶片的平均破坏深度。图中空蚀破坏深皮与运行时间 约成1.6~2.0次力的比例。 对于补焊豁理过的转轮,由于补焊过程影响了原叶片的体型、应力状况,故其空蚀 202121破坏规律与未经过补焊修理过的有所不同
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