摘要：水輪機空化和空蝕現象是不可避免的，但如果能夠綜合設計、制造、選型、運行以及檢修各方面的考慮，深入分析與總結其防范措施，是可以在一定程度將其降低的。故筆者結合多年現在經驗，對這一部分內容進行了總結，以供參考。

　　關鍵詞：水輪機 空化 空蝕

　　Abstract: Turbine cavitation and cavitation phenomenon is inevitable, but if can integrate design, manufacture, selection, operation and maintenance of various aspects to consider, the thorough analysis and to sum up the preventive measures, is in a certain degree can reduce the. So the author combined with years experience now, for that part of the content is summarized, and for reference.

　　Key Words: turbine cavitation erosion

　　中圖分類號： TK73 文獻標識碼：A 文章編號：

　　前言：一般來說，水輪機內完全避免發生空化和空蝕現象是不可能的，這是因為合理地確定水輪機的吸出高度，只解決了翼型空蝕問題，并沒有解決空腔空蝕和間隙空蝕的問題。另外，按照完全避免發生空蝕的條件來決定吸出高度也不合適，如果真這樣做，將導致電站開挖量的急劇增加，使得經濟上很不合理。最后就空蝕系數本身來說，因為影響它的因素較為復雜，直接用理論計算或直接在葉片上測量均由困難。目前是根據效率突然降低的模型試驗方法來決定空蝕系數的。實際上，空化和空蝕現象在效率突然下降前早已發生，效率突然下降，說明空化和空蝕已發展到了相當嚴重的程度。何況轉輪模型試驗的條件與原型水輪機的運行條件也存在著一定的差異。

　　近代國內外對空蝕問題作了大量的研究，并總結出一些預防空蝕的經驗，大致涉及到以下若干方面。

　　1.設計

　　設計主要是采用合理的設計改善翼型。例如，改善葉片頭部的形狀，使轉輪葉片呈光滑的流線型;盡可能使葉片上壓力分布均勻，并縮小低壓區;葉片背面無鼓包，使水流平順流暢;葉片出口邊應較薄等。實踐證明，翼型設計得合理，是可以減輕空化和空蝕損傷的。但從能量觀點上講，要求水輪機的過流量盡可能大，而空蝕系數又隨過流量的增加而增加，為保證水輪機有良好的能量特性，空蝕系數不可能太小。

　　2.制造

　　提高制造工藝水平，使轉輪葉片加工后的型線盡可能與設計模型圖一致。實際運行中，在同一個水輪機上，發現各葉片被空蝕損壞的程度差別很大，這是由于制造時型線誤差較大造成的。另外，還應注意葉片表面的粗糙度，粗糙的過流表面會增加空泡產生及破裂的頻率，空泡在金屬顆粒縫隙中破裂時對金屬表面的破壞性更大。

　　3.選型

　　水輪機翼型空蝕與吸出高度HS的關系密切，從若干運行水電廠的調查情況來看，吸出高度比制造廠要求保證的值留有1m以上的余量，空蝕損壞較輕微。但也有個別水廠的實際吸出高度與制造廠的保證值相比雖然有5-6m的余量，但仍遭受空蝕損壞的，這主要是由于翼型制造不良或運行中的特殊原因所造成的，這種情況用降低安裝高程的辦法是解決不了空蝕問題的。相反，安裝高程太低，可能引起空腔空蝕和振動。當HS超過-5m后，補氣很困難。

　　4.運行

　　4.1 合理擬定水電廠的運行方式

　　運行工況對空化和空蝕有一定影響，但目前仍未找到運行工況對空蝕影響的明顯規律。對于空化和空蝕嚴重的運行工況區域，應予以避開。

　　4.2 空蝕補氣

　　補氣能夠形成氣泡，它是一種吸收振動的介質。另外補進的空氣可以沖散渦帶，并以氣泡填充轉輪下部和尾誰管上部的整個空間，所以補氣對破壞空腔空蝕、減輕空蝕振動有一定的作用。目前常用兩種補氣方式：

　　(1)主軸中心自然補氣

　　當尾水管真空度達到某一定值時，球閥開啟，空氣從主軸中心通過球形吸力閥而進入尾水管，破壞尾水管的真空。

　　這種補氣方式的補氣量較小，僅對由于水力原因引起的振動起到一定的消弱作用，不足以消除尾水管渦流引起的壓力脈動。另外，這種補氣方式不管吸力閥放置在主軸的上部或是下部，補氣時噪音都很大。

　　(2)尾水管補氣

　　有些水輪機在制造時，已考慮了在尾水管上裝置補氣管。對于尾水管補氣，應注意補氣量、補氣位置及結構等。補氣管采用十字架或短管形式，需注意：

　　a. 機組大小與尾水管尺寸。機組越大，尾水管斷面越大，補氣結構應越牢固，所以大中型機組一般采用十字架或三叉架補氣。

　　b. 補氣量的大小。為了吸收全部的振動能，必須補入足夠量的空氣，但壓力脈動是隨工況而變化的，因此補氣量也應隨工況變化而變化。一些試驗表明，補給某一定范圍的空氣量對消除尾水管壓力脈動最好，而超出則效果并不顯著。

　　c. 補氣位置。不同的補氣位置有不同的補氣效果。補氣的位置應使所補空氣進入壓力脈動區，這樣效果最好。所以顯著都在離中心較遠處補氣，因為靠近尾水管邊壁處流速較高，故補氣管開口處的局部負壓也較大，易于吸入空氣。但補氣管中央的豎管也是必須的。開孔的方向應背向水流，以避免四周壓力較高的水流進入出氣孔而堵塞補氣管。

　　d. 孔口開口面積應不小于補氣管進氣斷面面積，以便空氣順暢進入。補氣管最高點距離上冠應有一定的距離。

　　e. 補氣對水輪機效率的影響。關于補氣對水輪機效率的影響問題，目前看法很不一致，一種認為補氣降低了尾水管的真空度，從而降低了水輪機的有效水頭。據某水電廠試驗，當補氣量大于1%的過流量時，效率降低約1%。另一種看法是補氣能消減渦流，同時補氣裝置本身是一種穩流結構物，可破壞水流原來的流態，適量的補氣不但不會降低效率，甚至在裝補氣管后，效率還有升高的趨勢，也有一些國內外研究資料證明了該種看法。

　　5.檢修

　　對已受到空蝕損壞的水輪機轉輪葉片，在檢修中進行處理。一般對深度為1mm左右的空蝕損傷，只進行打磨使其平整。對于空蝕損壞較嚴重的，可根據同一個轉輪上葉片損壞最輕微的那個葉片或者根據廠家圖紙，制成葉片樣板，然后把葉片損壞處鏟磨清理至母材并堆焊，再根據樣板線形打磨光滑。

　　參考文獻：

　　[1] 楊娟麗.萬家寨水電站水輪機轉輪空化性能的預測研究[D].中國農業大學,2005.

　　[2] 屈紅崗.淺談水輪機的空化和空蝕機理以及抗空化的措施[J].湖南水利水電,2008,(3):96-97.

　　[3] 布蘭科·巴吉克.水輪機空化的智能診斷和監測[J].水利水電快報,2002,23(5):8-10.

　　[4] 史會軒.大型水輪機空化在線監測與分析——方法及應用研究[D].華中科技大學,2008.

　　[5] 戴曙光.水輪機空化安全系數與比轉速[J].水利水電技術,2003,34(2):52-53.

　　[6] 唐宏芬.中高水頭電站水輪機活動導葉表面破壞機理分析[J].紅水河,2010,29(1):82-85.