水利工程論文-水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空蝕量預(yù)估的一種近似算法1、概述水輪機(jī)空蝕是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，目前對(duì)水輪機(jī)空蝕的檢查，一般在水輪機(jī)投入運(yùn)行后600010000h內(nèi)進(jìn)行，在空蝕部位用塑性物質(zhì)填滿到未損壞時(shí)的表面形狀，然后直接測(cè)量塑性物質(zhì)的體積或采用測(cè)量空蝕深度及面積近似計(jì)算空蝕體積。目前還沒有一個(gè)很好的適用方法對(duì)空蝕量預(yù)估，本文根據(jù)國(guó)外水泵空蝕的經(jīng)驗(yàn)公式，提出一種在模型試驗(yàn)階段進(jìn)行水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空蝕量預(yù)估的一種近似算法，并結(jié)合國(guó)內(nèi)某電站模型試驗(yàn)空化觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行實(shí)例計(jì)算。2、經(jīng)驗(yàn)公式及說(shuō)明以下的經(jīng)驗(yàn)公式是基于水泵空蝕計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式，國(guó)外也有人曾用于水輪機(jī)空蝕計(jì)算，經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)表明也是適用的。具體公式如下：式中：ERP：空蝕最深處預(yù)計(jì)空蝕速度（m/s）CL：常數(shù)，葉片正壓側(cè)=2.210-12（m3/N/s=m/s/Pa）葉片負(fù)壓側(cè)=2.210-12（m3/N/s=m/s/Pa）Lcav：空化（脫流）長(zhǎng)度（m）Lcavref：Lcav參考值=0.01（m）：常數(shù)，葉片正壓側(cè)=2.83葉片負(fù)壓側(cè)=2.6p0：進(jìn)口靜壓力（Pa）pv：飽和大氣壓力（Pa）Rm：（葉片）材料抗拉強(qiáng)度（Pa）Fcor：浸蝕因數(shù)（飲用水=1.0）Fmat：材料因數(shù)（奧氏體不銹鋼=1.7）：水中空氣含量（ppm）ref：標(biāo)準(zhǔn)條件下水中空氣含量（=24ppm）最大空蝕深度按以下公式計(jì)算：式中：MDP：（葉片表面）最大空蝕深度（mm）ERP：空蝕最深處預(yù)計(jì)空蝕速度（m/s）Top：水輪機(jī)工作時(shí)間3、計(jì)算實(shí)例下面以國(guó)內(nèi)某燈泡貫流式電站為例，預(yù)估水輪機(jī)葉片空蝕強(qiáng)度。計(jì)算條件如下：葉片材料抗拉強(qiáng)度Rm=7.55108（Pa）水中空氣含量=24（ppm）進(jìn)口靜壓力p0=有效水頭（H）g（Pa）：水的密度，該電站常年氣溫下=997.9（kg/cm3）g：重力加速度=9.789（m/s2）飽和大氣壓力pv=2548（Pa）水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間Top=水輪機(jī)基準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間8000（h）WiWi：合同各加權(quán)因子點(diǎn)權(quán)重按此公式計(jì)算各種工況下的水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間Top空蝕深度和MDP=（各種工況下的MDP）葉片進(jìn)水邊空化（脫流）長(zhǎng)度Lcav=模型水輪機(jī)Lcav模型比21.4286圖1：葉片進(jìn)水邊空化（脫流）長(zhǎng)度Lcav示意圖最大空蝕深度計(jì)算表格如下：表1最大空蝕深度計(jì)算表格水頭項(xiàng)目額定出力的百分?jǐn)?shù)(m)3040506070809010015.6Wi0.001Top(hr)8.0Lcav(m)0.386MDP(mm)0.006814.5Wi0.02290.09460.07490.0331Top(hr)183.2756.8599.2264.8Lcav(m)0.2570.2570.3210.321MDP(mm)0.03940.16270.24170.106813Wi0.0010.05010.19050.095Top(hr)8.0400.81524.0760.0Lcav(m)0.1070.1070.1070.107水頭項(xiàng)目額定出力的百分?jǐn)?shù)(m)30405060708090100MDP(mm)0.00010.00520.01970.009811Wi0.01290.080.0577Top(hr)103.2640.0461.6Lcav(m)0.0430.0430.043MDP(mm)0.00010.00040.00039.5Wi0.01120.05650.0333Top(hr)89.6452.0266.4Lcav(m)000MDP(mm)0008Wi0.02140.0340.0916Top(hr)171.2272.0732.8Lcav(m)000MDP(mm)0005.5Wi0.01130.0130.014Top(hr)90.4104.0112.0Lcav(m)0.0860.150.214MDP(mm)0.00130.00650.0177正壓側(cè)MDP=0.03mm負(fù)壓側(cè)MDP=0.59mm由上表計(jì)算有：在水輪機(jī)基準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間8000時(shí)間內(nèi)，葉片正壓側(cè)空蝕深度為：0.03mm，葉片負(fù)壓側(cè)空蝕深度為：0.59mm，均小于合同規(guī)定所有過(guò)流表面的最大空蝕剝落深度不超過(guò)10mm。單葉片空蝕面積估算：近似估算空蝕面積為L(zhǎng)cavLcav，在本計(jì)算實(shí)例中：MaxLcavMaxLcav=0.386（m）0.386（m）100001490cm2轉(zhuǎn)輪金屬失重計(jì)算如下：空蝕面積=1490cm2轉(zhuǎn)輪材料密度m=7.83（g/cm3）總體空蝕深度（正壓側(cè)+負(fù)壓側(cè)）=0.62mm葉片數(shù)：4個(gè)金屬失重=414900.0627.831/1000=2.89kg合同規(guī)定保證值13kg上式計(jì)算中空蝕體積按空蝕最大深度乘最大空蝕面積計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可能偏大。若采用反擊式水輪機(jī)空蝕評(píng)定（GB/T154691995）空蝕體積近似計(jì)算公式計(jì)算，計(jì)算結(jié)果會(huì)小一些。式中第i個(gè)空蝕區(qū)的體積；himax第i個(gè)空蝕區(qū)的最大深度；Ai第i個(gè)空蝕區(qū)的面積。對(duì)本例V=Vi（）25.82cm3金屬失重=425.827.831/1000=0.81kg合同規(guī)定保證值13kg4、結(jié)語(yǔ)上述經(jīng)驗(yàn)公式表明，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空蝕最深處預(yù)計(jì)空蝕速度同空化（脫流）長(zhǎng)度及空化區(qū)域壓力正相關(guān)，同轉(zhuǎn)輪材料抗拉強(qiáng)度和水中空氣含量負(fù)相關(guān)，符合我們對(duì)空蝕速度的一般認(rèn)識(shí)。上述計(jì)算結(jié)果同反擊式水輪機(jī)空蝕評(píng)定（GB/T154691995）附錄B中類似直徑轉(zhuǎn)輪實(shí)測(cè)空蝕質(zhì)量處于同一數(shù)量級(jí)，表明該經(jīng)驗(yàn)公式具有一定精度，具體精度仍需根據(jù)電站投入運(yùn)行后實(shí)際結(jié)果進(jìn)一步比較后進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外，本公式計(jì)算基于模型機(jī)組空化觀測(cè)結(jié)果。對(duì)軸流和貫流式機(jī)組，葉片數(shù)較少，空蝕一般發(fā)生在葉片進(jìn)水邊區(qū)域和靠近輪轂的葉片正面根部區(qū)域，在模型機(jī)組上一般能直接觀測(cè)空蝕長(zhǎng)度Lcav。而對(duì)混流式水輪機(jī)，水輪機(jī)空蝕區(qū)域一般發(fā)生在葉片背面下部1/3靠近出口邊區(qū)域，由于葉片數(shù)較多，在模型試驗(yàn)中一般很難觀測(cè)到該區(qū)域空蝕長(zhǎng)度Lcav，因此不推薦將此公式用于混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空蝕的估算。參考文獻(xiàn)1GuidelinesforPreventionofCavitationinCentrifugalFeedpumps,EPRIGS-6398,Project1884-10FinalReport,Nov.1898.2GuidelinesforPredictionandEvaluationofCavitationErosioninPumps(TSJG001:2003),January20,20