第五章 水轮机汽蚀.pptVIP

能源动力工程学院何宝海第1页，共36页，星期日，2025年，2月5日第一节基本概念一、空化（汽蚀）与沸腾由于液体具有汽化特性，则当液体在恒压下加热，或在恒温下用静力或动力方法降低其周围环境压力，都能使液体达到汽化状态。051020304050607080901000.060.090.120.240.430.721.262.033.184.837.1510.33汽化压力（mH2O）水的温度（℃）1mH2O=9806.65pa在给定温度下，水开始汽化的临界压力叫做水的汽化压力。第2页，共36页，星期日，2025年，2月5日二、空化与空蚀（汽蚀侵蚀）空化—在液体中形成空穴（气核）使流体的连续性遭到破坏，它发生在压力下降到某一临界值的流动区域中。在空穴中主要充满着液体的蒸汽以及从溶液中析出的气体。当这些空穴进入压力较低的区域时，就开始发育成长为较大的气泡，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，这个过程称为空化。空蚀—是指因空泡的溃灭，引起过流表面的材料损坏。在空泡溃灭过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用。空蚀是空化的直接后果，空蚀只发生在固体边界上。空化过程可以发生在液体内部，也可以发生固定边界上。内因：外因：第3页，共36页，星期日，2025年，2月5日第二节空蚀的机理空蚀破坏第4页，共36页，星期日，2025年，2月5日空蚀破坏第5页，共36页，星期日，2025年，2月5日一、空蚀机理3.电化作用1.机械作用2.化学作用4.热力熔化作用5.联合作用第二节空蚀的机理第6页，共36页，星期日，2025年，2月5日第二节空蚀的机理二、空蚀对水轮机运行的影响1．破坏水轮机的过流部件，如导叶、转轮、转轮室、上下止漏环及尾水管等。2．降低水轮机的出力和效率，因为空化和空蚀会破坏水流的正常运行规律和能量转换规律，并会增加水流的漏损和水力损失。４．缩短了机组的检修周期，增加了机组检修的复杂性。空化和空蚀检修不仅耗用大量钢材，而且延长工期，影响电力生产。3．空化和空蚀严重时，可能使机组产生强烈的振动、噪音及负荷波动，导致机组不能安全稳定运行。第7页，共36页，星期日，2025年，2月5日三、空蚀与磨损空蚀：磨损：破坏位置特点：作用关系：发毛、变暗、失去金属光泽；蜂窝状；划痕、麻点；沿水流方向的鱼鳞坑。第二节空蚀的机理第8页，共36页，星期日，2025年，2月5日空化经常在绕流体表面的低压区或流向急变部位出现。最大空蚀区位于空穴长度的下游端，但整个空蚀区是由最大空蚀点在向上下游延伸的一个范围内。1.翼型空化和空蚀一、汽蚀的类型由于水流绕流叶片引起压力降低而产生，与叶片翼型断面的几何形状密切相关，所以称为翼型空化和空蚀。第三节空化与空蚀的类型及评定标准第9页，共36页，星期日，2025年，2月5日1.翼型空化和空蚀(翼型汽蚀）翼型汽蚀与运行工况有关，当水轮机处在非最优工况时，则会诱发或加剧翼型汽蚀。翼型汽蚀是混流式水轮机主要的汽蚀形式。第10页，共36页，星期日，2025年，2月5日2.间隙汽蚀间隙汽蚀是当水流通过狭小通道或间隙时引起局部流速升高，压力降低到一定程度时所发生的一种汽蚀形态。混流式：间隙汽蚀是轴流式水轮机主要的汽蚀形式。轴流式：冲击式：第11页，共36页，星期日，2025年，2月5日3.局部汽蚀转桨式水轮机的局部汽蚀一般发生在转轮室连接的不光滑台阶处或局部凹坑处的后方；局部汽蚀还可能发生在叶片固定螺钉及密封螺钉处。局部汽蚀主要是由于结构原因或铸造和加工缺陷形成表面不平整、砂眼、气孔等所引起的局部流态突然变化而造成的。混流式水轮机间隙汽蚀、局部汽蚀、与运行工况的关系第12页，共36页，星期日，2025年，2月5日4.空腔汽蚀反击式水轮机在一般工况运行时，转轮出口总具有一定的圆周分速度，使水流在尾水管产生旋转，形成真空涡带。当涡带中心出现的负压小于汽化压力时，水流会产生空化现象，而旋转的涡带周期性地与尾水管壁相碰，引起尾水管壁产生汽蚀，称为空腔汽蚀。第13页，共36页，星期日，2025年，2月5日空腔汽蚀在较大负荷时，尾水管中涡带形状呈柱状形，几乎与尾水管中心线同轴，直径较小也较为稳定，尤其在最优工况时，涡带甚至可消失。但在低负荷时，空腔涡带较粗，呈螺旋形，而且自身也在旋转，这种偏心的螺旋形涡带，在空间极不稳定，将发生强烈的空腔汽蚀。除对转轮上冠及尾水管产生破坏作用外，还引起压力脉动、机组振动，产生噪音，影响机组的稳定运行。第14页，共36页，星期日