我国已运行的混流式水轮机大部均遭空蚀破坏,见表92。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 104m/h) 97,5 02 12182 0645 03 1:55 0.348 60 05 38 04~0.8 混流式水轮机的间原空化,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
(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=4m 时,若空蚀使喷针的表面粗糙度增加到1mmn时,水轮机的效辜约下降1% 冲击式水轮机叶片绕流时,叶片上的进水边、出水边和叶片块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,但这与喷嘴 及喷针的空蚀破坏相比对水轮机效率的影响则是次要的
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影响 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,首先是 不要在流道内水流中发生空化。 在设计过程中,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σs。 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;但近午来则认为, 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。甚至还可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t) 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破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。 目前,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夺蚀破坏进行研 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,并据此来修正叶型,取得了较好的效果
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、品粒结构、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。且前,试验室内已研究出一系列抗空蚀性能十分优良的材 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盖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、制造质量的影响 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。 拉贝对水泵所做的试验表明,表面糙度如从25m增大到14um,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空化等性能,国际电工委员会在“过流部分验收标准” 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
表9-3非金属材料的抗空蚀性能 试验时间 试什状态 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.郑 卡普隆 48 开始破坏 牌号E的卡普障 14 开始礅坏 树脂68 硬聚氯乙烯 破 坏坏 软聚氯乙烯 破坏 环氧树脂 破坏 含60%石英粉的环氧树脂 破坏 聚衔树脂H-1 破坏 聚甲醛 破坏 安息香朋 破坏 聚丙烯 破坏 戊塑料 921222724122 破坏 氛型料4 破坏 有机玻璃 玻璃册cTP 破 坏坏 在ZG20SMa上的弹性覆盖层 喷涂在ZG20siMn上的聚乙播 2T22 昃破坏 覆盖层破坏 CTP包覆聚乙烯 翟盖层被撕下 钢1Cr18Ni10Ti 34 开始破坏。失质 10毫克