水轮机的空化与空蚀课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第四章 水轮机的空化与空蚀,第四章 水轮机的空化与空蚀,1,第一节、水轮机的空化与空蚀,1.,概念,沸腾：,水在一定压力下加温引起的汽化；,空化：,环境温度不变压力降低引起的汽化。,空化压力,：,在给定温度下，液体开始汽化的临界压力。,空蚀：,当空化产生的空穴进入压力较低的区域，开始变成较大的气泡，然后气泡被流体带到压力高于临界值的区域，气泡就将溃灭，引起过流表面的材料破坏。,第一节、水轮机的空化与空蚀1.概念,2,2.,空蚀破坏的机理,水开始汽化汽泡,(,水蒸气,+,空气,),进入高压区,向汽泡中心压缩、冲击，在汽泡内形成很大的微观水锤压力,(,可达几百大气压,),；,汽泡产生反作用力向外膨胀，压力升高，水流质点向外冲击。,大量汽泡连续不断地产生与溃灭，水流质点反复冲击，使过流通道的金属表面遭到严重破坏,机械破坏，称为疲劳剥蚀,。,2.空蚀破坏的机理 汽泡产生反作用力向外膨胀，压力升,3,汽泡被压缩，由于体积缩小，汽化破坏时水流质点相互撞击，引起局部温度升高,(,可达到,300,),，汽泡的氧原子与金属发生化学反应，造成腐蚀；同时由于温度升高，产生电解作用,化学腐蚀,。,汽泡被压缩，由于体积缩小，汽化破坏时水流质点相互撞击，引起局,4,使过流部件机械强度降低，严重时整个部件受到破坏。,增加过流部件的糙率，水头损失加大，效率降低，流量减小，出力下降。,机组产生振动，严重时造成厂房振动破坏。,缩短了机组检修的周期，增加了检修的复杂性。消耗钢材、延长工期。,3.,空蚀造成的危害,使过流部件机械强度降低，严重时整个部件受到破坏。3.空蚀造,5,第二节 水轮机空蚀类型,翼形,(,叶片,),空蚀,：,转轮叶片背面出口处产生的空蚀，与叶片形状、工况有关。是反击式水轮机的主要空蚀形式。,间隙空蚀：,当水流通过间隙和较小的通道时，局部流速增大，压力降低而产生的空蚀。,空腔空蚀：,在非最优工况时，水流在尾水管中发生旋转形成一种对称真空涡带，引起尾水管中水流速度和压力的脉动，在尾水管进口处产生空蚀破坏，还可能造成尾水管振动。,局部空蚀：,在过流部件凹凸不平因脱流而产生的空蚀。,第二节 水轮机空蚀类型翼形(叶片)空蚀：转轮叶片背面出口处,6,翼形空蚀,局部空蚀,空腔空蚀,间隙空蚀,翼形空蚀局部空蚀空腔空蚀间隙空蚀,7,尾水管内的真空涡带,较大负荷时,低负荷时,尾水管内的真空涡带较大负荷时低负荷时,8,第三节 水轮机的空蚀系数、吸出高和安装高程,一、水轮机的空蚀系数,衡量水轮机好坏：一是效率；二是空蚀系数。,反击式水轮机发生空蚀破坏的根本原因是过流通道中出现了,pp,b,的情况，因此防止空蚀的措施是限制,p,的降低，使,pp,b,。,影响水轮机效率的主要原因是翼型空蚀，所以衡量水轮机空蚀性能好坏一般是针对翼型空蚀而言，其标志为空蚀系数。,空蚀系数,是水轮机空蚀特征的一个标志，,越大，越容易破坏。,第三节 水轮机的空蚀系数、吸出高和安装高程一、水轮机的空蚀系,9,叶片上压力最低点,叶片上压力最低点,10,通过研究叶片上的压力分布情况，得到叶片上压力最低点,(,一般为叶片背面靠近转轮叶片出口处,),K,点的压力为,(,列,K,点和,2,点、,2,点和下游水面的能量方程,),：,K,点的真空值,H,k.v,：,静力真空,动力真空,通过研究叶片上的压力分布情况，得到叶片上压力最低点(,11,静力真空,Hs,是吸出高度，取决于水轮机的安装高程，与水轮机的性能无关；,动力真空,h,k,与转轮叶型、水轮机工况、尾水管性能有关，因此表明水轮机空蚀性能的只是动力真空：,静力真空Hs是吸出高度，取决于水轮机的安装高程，与水轮机的性,12,称水轮机的空蚀系数，是动力真空的相对值。,与叶型、工况有关。,与尾水管的性能有关。,几何形状相似的水轮机，工况相似，,相同；对任一水轮机在既定工况下，,也是定值。,值影响因素复杂，理论难以确定，广泛使用的方法是进行水轮机模型试验得出,m,并认为,=,m,。,称水轮机的空蚀系数，是动力真空的相对值。,13,二、水轮机的吸出高度,为了防止空蚀，必须限制,k,点的压力，使,p,k,p,v,保证水轮机内不发生汽蚀的条件：,p,k,p,v,P,a,/,=10.33,P,B,/,=0.090.24,二、水轮机的吸出高度 为了防止空蚀，必须限制k点的压力，使p,14,水轮机吸出高,Hs,是转轮叶片压力最低点到下游水面的垂直高度,Z,k,，与水轮机形式有关，规定如下：,(1),立轴混流式水轮机：,导叶下部底环平面到下游尾水面垂直高度。,(2),立轴轴流式水轮机：,转轮叶片轴线到下游尾水面垂直高度。,(3),卧轴贯流式水轮机：,叶片出口最高点到下游尾水面垂直高度。,(4),设计尾水位高于上述高程,Hs,为负，反之为正。,(5),为保证水轮机在运行中不发生空蚀，对各种工况下,Hs,进行试验，取其中较小值,。,水轮机吸出高Hs是转轮叶片压力最低点到下游水面的垂直高度Zk,15,三、水轮机的安装高程,三、水轮机的安装高程,16,1.,立轴,HL,：导叶中心平面高程,Z,a,=,w,+,H,s,+,b,0,/2,2.,立轴,ZL,：导叶中心平面高程,Z,a,=,w,+,H,s,+,xD,1,(,x,=0.380.48),3.,卧轴,HL,和,GL,：轴中心高程,Z,a,=,w,+,H,s,-,D,1,/2,注：,w,：水电站设计尾水位,选用水电站最低尾水 位（,12,台机组时取一台机组,50%,额定流量，,34,台机组时取一台机组额定流量）,b,0,：水轮机导叶高度；,D,1,：转轮直径,1.立轴HL：导叶中心平面高程,17,第四节 防止空蚀的措施,流速和压力,是产生空蚀最重要的两个原因，因此要控制流速和压力的急剧变化。,1.,设计制造方面：,合理选型，叶型流线设计，表面光滑，抗空蚀钢衬,(,不锈钢,),。,2.,工程措施：,合理选择安装高程，采取防沙、排沙措施，防止有害泥沙进入水轮机。,3.,运行方面：,避开低负荷、低水头运行，合理调度，必要时向尾水管补气。,第四节 防止空蚀的措施 流速和压力是产生空蚀最,18,1,复习题：,1,什么是空化与空蚀？,2 2,空蚀的机理是什么？,3 3,水轮机中常发生哪些空化？,4 4,什么是水轮机的空化系数？水轮机空化系数有哪些特性？,5 5,什么是电站的空化系数？电站的空化系数与水轮机空化系数有什么关系？为什么？,6 6,通过什么方法如何确定水轮机的空化系数？,7 7,如何确定水轮机的安装高程？,8 8,从大的方面讲，防止水轮机空蚀常采用哪些措施？,9 9,采用哪些措施防止尾水管中的空腔空化和水力振动？,10 在空化与空蚀方面，混流水轮机和轴流水轮机有什么区别？,1,19,再见,!,再见!,20,