摘要：貫流式機組轉(zhuǎn)動慣量小、工作水頭低、過水流量大，且是導(dǎo)葉、槳葉雙調(diào)節(jié)，速動性能較好，但是穩(wěn)定性相對較差，分析了貫流式機組負(fù)荷波動的原因。而且小型水電站經(jīng)常在低負(fù)荷工況下運行，其后果會造成氣蝕增加，對此采取了預(yù)防措施。

　　關(guān)鍵詞：氣蝕預(yù)防措施,水電站,水輪機,低負(fù)荷

　　小型水電站經(jīng)常在低負(fù)荷工況下運行，其后果會造成氣蝕增加。要從根本上避免氣蝕，則必須使水輪機過流表面上每一點的壓力高于氣穴形成的臨界值，但為了提高水輪機的運行效果，則要不斷向低壓、高速方向發(fā)展。另外，水輪機也需在各種環(huán)境下運行，包括有時明知要發(fā)生氣蝕仍要繼續(xù)運行。因此，要保證水輪機轉(zhuǎn)輪有較好能量特性，氣蝕現(xiàn)象就不可避免地會發(fā)生，只不過是有些由于葉型設(shè)計較合理，或加工質(zhì)量較好，或過流部件材料較好，氣蝕破壞程度不同罷了。

　　1.貫流式機組負(fù)荷波動的原因。

　　貫流式機組自投產(chǎn)以來存在負(fù)荷波動的情況，以紅花電廠為例，如果上位機設(shè)定機組負(fù)荷為38MW時，機組的負(fù)荷經(jīng)常在20~32MW之間振蕩波動，在上位機設(shè)定機組負(fù)荷為10MW、35MW時偶爾也會出現(xiàn)波動情況。上述現(xiàn)象在主汛期時尤為明顯，在非主汛期時也有出現(xiàn)。當(dāng)負(fù)荷振蕩波動時，調(diào)速器油泵頻繁啟停加載,如上位機不對負(fù)荷進行調(diào)整，振蕩波動現(xiàn)象會一直持續(xù)。因存在該缺陷，電廠在可選擇的情況下貫流式機組開機順序落后于其他機組，發(fā)電時也盡量跳開負(fù)荷波動頻繁的高效率區(qū)域。水電站的運行工況大多是偏離額定工況低負(fù)荷運行的，當(dāng)然，機組均是在切實做好防止氣蝕的措施和避開氣蝕嚴(yán)重區(qū)下運行的。

　　2.預(yù)防氣蝕措施

　　水電站中將水能轉(zhuǎn)換成機械能帶動發(fā)電機工作的核心設(shè)備，其重要性可想而知。而水輪機運行的優(yōu)劣及其使用壽命的長短，則與“氣蝕”有著極為密切的關(guān)系。通過對氣蝕成因的分析，結(jié)合多年來在實踐中處理氣蝕的經(jīng)驗，提出如下防止或減輕水輪機氣蝕的措施。

　　2.1設(shè)計制造方面。

　　2.1.1設(shè)計出合理的葉型。氣蝕的形成及其有關(guān)因素都受水流內(nèi)部結(jié)構(gòu)所制約，而水流流動又是受葉型控制的。因此，采用合理的設(shè)計改善葉型可改進氣蝕性能。例如，改善葉片的頭部，使水流無撞擊進人葉片流道;葉片曲面設(shè)計成光滑流線型，避免或減少水流的脫流現(xiàn)象;盡可能使葉片上壓力分布均勻，以縮小低壓區(qū);葉片上特別是背面無鼓包，使水流平順流暢;葉片出水邊應(yīng)較薄，以使正背面水流在出水邊能平穩(wěn)匯合;增加葉型弦長，在動量矩一定的條件下以減少正背面的壓差;減小從輪毅到葉片尖端的升力系數(shù)，因為越靠近葉片尖端流速越大，壓力越低，越容易產(chǎn)生氣蝕，所以減小葉片尖的升力系數(shù)可達(dá)到縮小低壓區(qū)的目的。

　　2.1.2選擇合適的水輪機吸出高度。吸出高度愈小，對改善氣蝕性能愈有利，但機坑開挖工程量增大，造價升高。因此，選擇吸出高度，既要保證葉片背面壓力最低點的壓力不低于當(dāng)時溫度下水的氣化壓力，又要考慮不致于因開挖工程太大造成不必要的投資增加。

　　2.1.3提高制造工藝水平，保證加工精度。在水輪機運行中有由于翼型設(shè)計不良而使水輪機氣蝕嚴(yán)重的情況，也常發(fā)現(xiàn)由于制造時翼型誤差較大而加劇水輪機的氣蝕。實踐證明，設(shè)計出了再好的轉(zhuǎn)輪翼型，若不能保證加工精度，也是不能達(dá)到預(yù)定的效果的。同一臺機上的葉片之間也存在很大汽蝕差異，這足以說明加工精度對汽蝕的影響。為了提高加工工藝水平，保證使轉(zhuǎn)輪葉片加工后的翼型與設(shè)計木模圖一致，應(yīng)使用數(shù)控銑床聯(lián)入計算機的加工系統(tǒng),嚴(yán)格控制加工精度。

　　2.1.4保證葉片表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量。加工工藝另一個重要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量。實踐證明，水輪機轉(zhuǎn)輪葉片表面打磨粗糙、光潔度和波紋度不夠標(biāo)準(zhǔn)、葉片出水邊厚薄不均，這些都加速氣蝕破壞和嚴(yán)重影響其它運行指標(biāo)。另外，葉片毛呸質(zhì)量和材質(zhì)差，例如夾砂、氣孔、疏松、裂縫等也都嚴(yán)重加劇氣蝕。因為粗糙的過流表面會大大增加氣穴發(fā)生與潰滅的概率，而且氣泡在金屬顆粒縫隙中潰滅比在金屬表面產(chǎn)生更大的破壞性。此外，粗糙的表面容易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，而且在很大程度上吸收彈性振動能量。因此，要求葉片特別是背面盡可能提高表面光潔度，一般應(yīng)達(dá)到▽6.4～▽3.2。

　　2.1.5選用抗氣蝕性能好的材料做過流部件。實踐證明，不銹鋼材料具有較好的抗氣蝕性能，雖然造價較貴，但比起由于頻繁停機檢修處理氣蝕而造成的電能、費用損失來說還是合算的。

　　2.2運行方面。

　　2.2.1合理確定運行方式。水輪機的運行條件主要指水頭、流量(負(fù)荷)及吸出高度的變化情況。對于運行中的水輪機，由于它的裝置氣蝕系數(shù)不能隨意地改變。因此，主要應(yīng)改善水輪機的負(fù)荷，盡量避免水輪機在氣蝕工況運行。

　　2.2.2對于轉(zhuǎn)槳式水輪機應(yīng)盡量保證在協(xié)聯(lián)工況下運行。

　　2.2.3氣蝕補氣。補氣能夠形成氣泡，它是一種吸收振動的減振介質(zhì)。此外，補進的空氣能破壞轉(zhuǎn)輪下部及尾水的真空，沖散渦帶，以減輕空腔氣蝕的破壞。

　　2.3檢修方面。

　　2.3.1對氣蝕破壞部位應(yīng)及時補焊，并盡量打磨光滑符合原流線，避免惡性循環(huán)。由于氣蝕破壞潛伏期較長，氣蝕區(qū)從初生氣蝕到金屬表面起毛變暗這一期間，氣蝕的侵蝕強度較弱，持續(xù)時間長。這期間，及時檢查及時處理氣蝕痕跡能有效控制氣蝕損壞，從而避免從氣蝕痕跡發(fā)展為氣蝕凹坑。因此，縮短檢修周期，采用以小修為主的檢修方法是實現(xiàn)零氣蝕運行的有效途徑。

　　2.3.2選用抗氣蝕性能好的堆焊材料補焊，如采用堆507、A202、A207、A237、3oCrl3Mn12Mo等。

　　2.3.3以氣蝕最輕或沒有氣蝕的葉型為模樣，修改其它葉型，這種改型方法經(jīng)試驗效果很好。

　　2.3.3在葉片表面涂刷非金屬抗蝕涂層。在葉片過流表面涂刷非金屬抗蝕涂層，對葉片有較好的保護作用。如：以環(huán)氧為基礎(chǔ)材料加人礦石粉或金屬粉的鋼性涂層;以氯丁、聚氨脂、液態(tài)橡膠及磺化聚乙烯等基本材料的彈性涂層;以粉末塑料為基本材料的熱塑涂層等。

　　3.結(jié)束語。

　　經(jīng)過綜上所述，水電廠貫流式機組運行穩(wěn)定，消除了負(fù)荷波動的缺陷。單從消除了負(fù)荷波動的缺陷考慮氣蝕問題是永遠(yuǎn)不夠的，今后對抗氣蝕措施的研究首先應(yīng)把主要精力放在對抗蝕材料的研究上，研制出抗氣蝕性能和強度均優(yōu)的材料;其次是在加工工藝質(zhì)量方面下功夫，盡量減小加工誤差;再次是設(shè)計出能量特性和氣蝕特性均優(yōu)的新型葉輪。

　　參考文獻：

　　[1]魏守平.水輪機調(diào)節(jié).武漢：華中科技大學(xué)出版社,2009.

　　[2]蔡衛(wèi)江,陳登山,黃嘉飛.貫流機組調(diào)速器的控制策略.水電自動化與大壩監(jiān)測, 2008,32(3):12-14.