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

　　關鍵詞：氣蝕預防措施,水電站,水輪機,低負荷

　　小型水電站經常在低負荷工況下運行，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、高速方向發展。另外，水輪機也需在各種環境下運行，包括有時明知要發生氣蝕仍要繼續運行。因此，要保證水輪機轉輪有較好能量特性，氣蝕現象就不可避免地會發生，只不過是有些由于葉型設計較合理，或加工質量較好，或過流部件材料較好，氣蝕破壞程度不同罷了。

　　1.貫流式機組負荷波動的原因。

　　貫流式機組自投產以來存在負荷波動的情況，以紅花電廠為例，如果上位機設定機組負荷為38MW時，機組的負荷經常在20~32MW之間振蕩波動，在上位機設定機組負荷為10MW、35MW時偶爾也會出現波動情況。上述現象在主汛期時尤為明顯，在非主汛期時也有出現。當負荷振蕩波動時，調速器油泵頻繁啟停加載,如上位機不對負荷進行調整，振蕩波動現象會一直持續。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，發電時也盡量跳開負荷波動頻繁的高效率區域。水電站的運行工況大多是偏離額定工況低負荷運行的，當然，機組均是在切實做好防止氣蝕的措施和避開氣蝕嚴重區下運行的。

　　2.預防氣蝕措施

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

　　2.1設計制造方面。

　　2.1.1設計出合理的葉型。氣蝕的形成及其有關因素都受水流內部結構所制約，而水流流動又是受葉型控制的。因此，采用合理的設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;葉片曲面設計成光滑流線型，避免或減少水流的脫流現象;盡可能使葉片上壓力分布均勻，以縮小低壓區;葉片上特別是背面無鼓包，使水流平順流暢;葉片出水邊應較薄，以使正背面水流在出水邊能平穩匯合;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，因為越靠近葉片尖端流速越大，壓力越低，越容易產生氣蝕，所以減小葉片尖的升力系數可達到縮小低壓區的目的。

　　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計不良而使水輪機氣蝕嚴重的情況，也常發現由于制造時翼型誤差較大而加劇水輪機的氣蝕。實踐證明，設計出了再好的轉輪翼型，若不能保證加工精度，也是不能達到預定的效果的。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，保證使轉輪葉片加工后的翼型與設計木模圖一致，應使用數控銑床聯入計算機的加工系統,嚴格控制加工精度。

　　2.1.4保證葉片表面質量和內部質量。加工工藝另一個重要的質量標準是表面質量和內部質量。實踐證明，水輪機轉輪葉片表面打磨粗糙、光潔度和波紋度不夠標準、葉片出水邊厚薄不均，這些都加速氣蝕破壞和嚴重影響其它運行指標。另外，葉片毛呸質量和材質差，例如夾砂、氣孔、疏松、裂縫等也都嚴重加劇氣蝕。因為粗糙的過流表面會大大增加氣穴發生與潰滅的概率，而且氣泡在金屬顆粒縫隙中潰滅比在金屬表面產生更大的破壞性。此外，粗糙的表面容易產生局部應力集中，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，一般應達到▽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不能隨意地改變。因此，主要應改善水輪機的負荷，盡量避免水輪機在氣蝕工況運行。

　　2.2.2對于轉槳式水輪機應盡量保證在協聯工況下運行。

　　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。此外，補進的空氣能破壞轉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對氣蝕破壞部位應及時補焊，并盡量打磨光滑符合原流線，避免惡性循環。由于氣蝕破壞潛伏期較長，氣蝕區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：以環氧為基礎材料加人礦石粉或金屬粉的鋼性涂層;以氯丁、聚氨脂、液態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.結束語。

　　經過綜上所述，水電廠貫流式機組運行穩定，消除了負荷波動的缺陷。單從消除了負荷波動的缺陷考慮氣蝕問題是永遠不夠的，今后對抗氣蝕措施的研究首先應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的材料;其次是在加工工藝質量方面下功夫，盡量減小加工誤差;再次是設計出能量特性和氣蝕特性均優的新型葉輪。

　　參考文獻：

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