建筑类期刊约稿

小型水电站转轮汽蚀处理改造

     摘要：小型水电站在我国南方为数众多，形式多样，能源清洁，在综合开发水利资源中，充分利用水力资源，为农村电气化、为电网的调峰运行做出重大贡献。由于水电站设计时考虑不足、水源来源变化、水质变化、机械材料使用、安装偏差、运行维护存在问题等等原因造成水轮机转轮的汽蚀，汽蚀产生会引起机组转轮材料破坏、金属剥蚀，水轮机效率降低，发出噪声、产生振动，并威胁水轮机的安全运行，产生水轮机汽蚀的原因多种多样，只有具体分析产生原因、运行工况、目前的运行情况、存在问题等分门别类，深入研究，才能找到解决问题的关键所在。确定最优的解决方案，保证机组处在最优的运行方式下运转，减少汽蚀，降低汽蚀产生的不良影响，提高水资源的利用效率，为加速国民经济发展服务。

关键词:转轮汽蚀   改造处理   效率

   新兰水电站属于河床式水电站，水轮机型号ZD760_LH_200，装机容量4X1000千瓦，额定转速214.3转/分钟，流量19.9米3/秒，设计水头H计=6.71米。88年开始正式投产运行，运行几年后，发现转轮叶的汽蚀问题相当严重，在1个大修期限内（4年），在转轮背面离外缘约200mm的范围内，靠近出水边外有的地方汽蚀深度达20mm，也就是剥蚀指数K=16.7x10-4mm/小时，属于u级汽蚀，在转轮叶背面的外缘，发生从进水边到出水边，宽20mm，深10mm的间隙汽蚀，还有整个叶片的外缘的部分向下凹，尤其是出水边，转轮室也存在大量汽蚀空洞，有的地方15mm厚钢结构的转轮室几乎洞穿。

水轮机的汽蚀是一种复杂的物理与化学现象，它使水轮机效率降低，材料破坏，并威胁水轮机的安全运行。

水轮机发生汽蚀时，常引起金属剥蚀，工况变坏，发出噪声等破坏现象。

水轮机中水流的平均温度不变，而在某些工况下压力下降到一定的数值，水流的连续性破坏，而形成充满蒸汽和其它气体的泡，然后流到压力较高处而迅速凝缩，这个动力过程，我们称之为汽蚀。

水轮机装置在普通常温之下，为什么会产生低压呢？根据能量方程式，水流中任意点的压力水头和流速水头之和是常数，若流速过高。则压力水头就会降低，水轮机转轮叶多半是高速水流，所以很容易产生低压区，水轮机过流部件如有不合乎流线的地方，如急骤转弯，突然放大或突出胞块，就会产生脱流现象，这些地方是产生低压的根源。           

因此，低压产生气泡，汽泡对金属表面的作用会带来汽蚀现象。影响气泡产生强度的因素很复杂，如水轮机的安装高程，转轮叶的型线，转轮叶表面的光洁度等，这些是汽蚀现象的外因，转轮叶材质的抗汽蚀强度，是汽蚀现象的内因。这对内外因的相互作用促使汽蚀现象得以产生。

存在这样的严重汽蚀现象，从上述因素分析：

一、从机组的机构和运行方式考虑

机组单位转速n/=165.5转/分，单位流量Q/=1920升/秒，可以查得出模型效率NM=82%，

所以修正单位转速N”=182转/分，从有关水轮机的资料上可以查得出模型汽蚀系数6模=1.10，那么原机的汽蚀系数6原=1.20X6模=1.20X1.10=1.32。这样，水轮机的理论吸程HS<10.0-V/900-6原Ｈ＝１０．０－２７．５０５／９００－１．３２Ｘ６．７１＝１．１１米，这样当水轮机发单机满负荷时，水轮机的吸程HS1为1.405米，发2台机满负荷时水轮机的吸程HS 2=1.205米，发3台机满负荷水轮机的吸程HS3=1.005米，发4台机满负荷水轮机的吸程HS4=0.805米，所以HS3、HS4<HS<HS1、HS2也就是说当发单机或2台机时，水轮机的实际吸程大于理论吸程，水轮机容易产生汽蚀现象，当发3台机或4台机时，水轮机的实际吸程小于理论吸程，水轮机比较不会产生汽蚀现象，因此，水轮机的安装高程偏高。

   机组的安装高程偏高，高压水流经转轮能量转换后依旧有较大的水能，引起转轮和转轮室之间的能量冲击，造成较严重的间隙汽蚀等。

二、从水轮机制造和检修方面考虑

在转轮叶直径分别为2.0米，1.7米1.6米1.4米的翼栅稠密度值分别为0.41、0.595、0.672、0.768这些翼栅稠密度值对应的汽蚀系数61、62、63，都大于6原=1.32、 64=1.0小于6原=1.32，所以水轮机转轮在转轮叶的背面离外缘约30ＣＭ的范围内是最易发生气蚀现象的区域。

三、转轮叶的轴向分布在同一个相对点有高有低，型线不但偏离ZD760的型线，而且本身的型线也不一样，福建南平水轮机厂家用的材料是25号铸钢，1号机大修时，发现外缘部分向下凹，并且表面粗糙。

这些因素等等的相互作用，引起水轮机的汽蚀产生。

一、技术改造方案：

   提高过流面光洁度，局部改变叶型线，配以抗气蚀材料进行综合治理，以期达到既改善汽蚀现象又提高出力的目的。

二、具体措施如下：

1、割掉原转轮外缘部分（约310mm），焊上抗汽蚀性能好的ZGCr13Ni5Mo合金不锈钢材料，焊接体预先根据设计浇铸成型待用。具体见图A。