水力機(jī)組的汽蝕與防護(hù)

(湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

摘 要：從水力機(jī)組汽蝕現(xiàn)象和機(jī)理分析入手，闡述了汽蝕的破壞作用、汽蝕類(lèi)型， 討論了汽蝕的危害，進(jìn)而提出了水力機(jī)組防止或減輕汽蝕的措施。

關(guān)鍵詞：汽蝕；汽蝕破壞；汽蝕類(lèi)型；汽蝕防護(hù)

1 汽蝕的破壞作用

1.1 機(jī)械作用

機(jī)械作用是汽蝕破壞的主要形式。水力機(jī)組運(yùn)行時(shí)，水體流經(jīng)葉輪時(shí)，如果壓力降低到汽化壓力，水就開(kāi)始汽化。這時(shí)水中便離析出汽泡。汽泡被帶到高壓區(qū)域，因?yàn)槠輧?nèi)是汽化壓力，而汽泡外的水流壓力較大。汽泡受壓破滅，此時(shí)高壓水體迅速?zèng)_向汽泡中心，形成巨大的水錘壓力。

1.2 化學(xué)作用

金屬過(guò)流表面由于受到長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)打擊，局部會(huì)產(chǎn)生高溫（200～300℃）。同時(shí)由于水流汽化時(shí)析出氧氣，從而金屬表面被氧化，造成化學(xué)腐蝕，降低了過(guò)流部件的機(jī)械強(qiáng)度。

1.3 電化作用

金屬部件在不同區(qū)域的溫度高低不同，這樣就形成了熱電偶，產(chǎn)生電位差，發(fā)生放電現(xiàn)象。在電解作用下，過(guò)流表面會(huì)變暗并變得毛糙。

2 汽蝕的類(lèi)型

2.1 葉片汽蝕

水力機(jī)組的葉片一般為翼形，所以葉片汽蝕又稱(chēng)為翼形汽蝕。葉片汽蝕是水力機(jī)組最普遍的一種汽蝕。對(duì)于水輪機(jī)，葉片汽蝕主要發(fā)生在葉片背面靠近出水邊的位置；對(duì)于水泵主要發(fā)生在葉片正面靠近進(jìn)水邊的位置。

2.2 間隙汽蝕

水流通過(guò)流道內(nèi)狹小的間隙時(shí)，此時(shí)水流速度增高、壓力下降而形成汽蝕。如葉片外緣與轉(zhuǎn)輪室之間，固定部件與轉(zhuǎn)動(dòng)部件的密封處均很容易發(fā)生間隙汽蝕。

2.3 渦帶汽蝕

又稱(chēng)為空腔汽蝕，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，由于水力機(jī)組的進(jìn)水流道、出水流道設(shè)計(jì)不當(dāng)或在嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行等原因，水流會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的紊流、脫流及旋渦，從而產(chǎn)生渦帶。因?yàn)闇u帶內(nèi)部為很大的真空（負(fù)壓），當(dāng)渦帶與部件相接觸時(shí)，部件會(huì)受到汽蝕破壞作用。

3 汽蝕的危害

3.1 破壞過(guò)流部件

機(jī)組遭受汽蝕時(shí)，在機(jī)械作用、化學(xué)作用和電化作用的聯(lián)合侵蝕下，機(jī)組的葉輪、管壁、密封處等零部件將會(huì)產(chǎn)生麻點(diǎn)、凹坑、穿孔甚至斷裂。

3.2 產(chǎn)生振動(dòng)和噪音

汽泡的瞬間破滅，周?chē)鞯母咚贈(zèng)_擊會(huì)引起很大的噪音。影響值班人員的身心健康。

3.3 使機(jī)組的性能下降

水力機(jī)組發(fā)生汽蝕時(shí)，因水流中含有大量汽泡堵塞水流流道，使得機(jī)組的流量降低，從而使機(jī)組的水頭（揚(yáng)程）、效率、出力減小。

3.4 增加了機(jī)組的檢修管理費(fèi)用

機(jī)組發(fā)生汽蝕后，必須及時(shí)投入人力、物力停機(jī)進(jìn)行檢修，否則不但影響機(jī)組性能，而且急速加劇汽蝕破壞程度。這樣就縮短了機(jī)組的檢修周期，增加了機(jī)組的檢修管理費(fèi)用。

4 汽蝕的防護(hù)

4.1 提高葉輪的設(shè)計(jì)、制造工藝水平

設(shè)計(jì)科學(xué)合理的葉片翼型，改善葉輪的水力性能，降低葉片的汽蝕系數(shù)。選用抗汽蝕性能較強(qiáng)的碳素鋼、合金鋼等材料來(lái)制造葉輪。提高過(guò)流表面的光潔度，避免出現(xiàn)毛刺、凹坑等現(xiàn)象，可有效減輕汽蝕破壞。

4.2 合理確定機(jī)組的安裝高程

機(jī)組所處的位置越低，則相應(yīng)的大氣壓力越大，機(jī)組運(yùn)行時(shí)越不易發(fā)生汽蝕。需要說(shuō)明的是安裝高程越低，工程的土方開(kāi)挖量越大，同時(shí)影響到機(jī)組的水頭（揚(yáng)程）。因此應(yīng)兼顧以上諸方面合理確定機(jī)組的安裝高程。另外在機(jī)組管道安裝時(shí)，盡量減小管路水頭損失，如增大管徑、縮短管長(zhǎng)、減小管路閥件，提高管內(nèi)壁的光潔度。

4.3 改善機(jī)組運(yùn)行條件

若機(jī)組在水頭過(guò)低、流量過(guò)小等工況下運(yùn)行時(shí)，流道內(nèi)會(huì)出現(xiàn)壓力降低、旋渦等現(xiàn)象，很容易發(fā)生汽蝕。因此應(yīng)盡量使機(jī)組運(yùn)行在額定工況附近；通過(guò)主軸中心孔進(jìn)行補(bǔ)氣，來(lái)改善水流形態(tài)；適當(dāng)降低機(jī)組的工作轉(zhuǎn)速；另外工作水體的水溫不宜過(guò)高。

4.4 加強(qiáng)汽蝕部位的檢修

在機(jī)組發(fā)生汽蝕的初期，對(duì)過(guò)流部件的破壞程度較輕，此時(shí)應(yīng)及時(shí)檢修，否則隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，汽蝕部位會(huì)加劇損壞。通常采用以下方法：磨光汽蝕所產(chǎn)生的麻點(diǎn)、毛糙部位；在汽蝕凹坑處及時(shí)補(bǔ)焊不銹鋼等抗汽蝕材料；在易汽蝕部位涂抹環(huán)氧樹(shù)脂。