第五章-水輪機(jī)汽蝕課件

第一節(jié)基本概念一、空化（汽蝕）與沸騰由于液體具有汽化特性，則當(dāng)液體在恒壓下加熱，或在恒溫下用靜力或動(dòng)力方法降低其周圍環(huán)境壓力，都能使液體達(dá)到汽化狀態(tài)。汽化壓力（mH2O）水的溫度（℃）1mH2O=9806.65pa

在給定溫度下，水開始汽化的臨界壓力叫做水的汽化壓力。

第一節(jié)基本概念一、空化（汽蝕）與沸騰由于液體具有汽化特性，1二、空化與空蝕（汽蝕侵蝕）空化—在液體中形成空穴（氣核）使流體的連續(xù)性遭到破壞，它發(fā)生在壓力下降到某一臨界值的流動(dòng)區(qū)域中。在空穴中主要充滿著液體的蒸汽以及從溶液中析出的氣體。當(dāng)這些空穴進(jìn)入壓力較低的區(qū)域時(shí)，就開始發(fā)育成長為較大的氣泡，然后，氣泡被流體帶到壓力高于臨界值的區(qū)域，氣泡就將潰滅，這個(gè)過程稱為空化。空蝕—是指因空泡的潰滅，引起過流表面的材料損壞。在空泡潰滅過程中伴隨著機(jī)械、電化、熱力、化學(xué)等過程的作用?？瘴g是空化的直接后果，空蝕只發(fā)生在固體邊界上?？栈^程可以發(fā)生在液體內(nèi)部，也可以發(fā)生固定邊界上。內(nèi)因：外因：二、空化與空蝕（汽蝕侵蝕）空化—在液體中形成空穴（氣核）使流2第二節(jié)空蝕的機(jī)理空蝕破壞第二節(jié)空蝕的機(jī)理空蝕破壞3空蝕破壞空蝕破壞4

一、空蝕機(jī)理3.電化作用1.機(jī)械作用2.化學(xué)作用4.熱力熔化作用5.聯(lián)合作用第二節(jié)空蝕的機(jī)理一、空蝕機(jī)理3.電化作用1.機(jī)械作用2.化學(xué)作用45第二節(jié)空蝕的機(jī)理二、空蝕對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行的影響1．破壞水輪機(jī)的過流部件，如導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)輪室、上下止漏環(huán)及尾水管等。2．降低水輪機(jī)的出力和效率，因?yàn)榭栈涂瘴g會(huì)破壞水流的正常運(yùn)行規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律，并會(huì)增加水流的漏損和水力損失。４．縮短了機(jī)組的檢修周期，增加了機(jī)組檢修的復(fù)雜性?？栈涂瘴g檢修不僅耗用大量鋼材，而且延長工期，影響電力生產(chǎn)。3．空化和空蝕嚴(yán)重時(shí)，可能使機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)、噪音及負(fù)荷波動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組不能安全穩(wěn)定運(yùn)行。

第二節(jié)空蝕的機(jī)理二、空蝕對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行的影響1．破壞水輪機(jī)6三、空蝕與磨損空蝕：磨損：破壞位置特點(diǎn)：作用關(guān)系：發(fā)毛、變暗、失去金屬光澤；蜂窩狀；劃痕、麻點(diǎn)；沿水流方向的魚鱗坑。第二節(jié)空蝕的機(jī)理三、空蝕與磨損空蝕：磨損：破壞位置特點(diǎn)：作用關(guān)系：發(fā)毛、變暗7空化經(jīng)常在繞流體表面的低壓區(qū)或流向急變部位出現(xiàn)。最大空蝕區(qū)位于空穴長度的下游端，但整個(gè)空蝕區(qū)是由最大空蝕點(diǎn)在向上下游延伸的一個(gè)范圍內(nèi)。1.翼型空化和空蝕一、汽蝕的類型由于水流繞流葉片引起壓力降低而產(chǎn)生，與葉片翼型斷面的幾何形狀密切相關(guān)，所以稱為翼型空化和空蝕。

第三節(jié)空化與空蝕的類型及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)空化經(jīng)常在繞流體表面的低壓區(qū)或流向急變部位出現(xiàn)。最大空蝕區(qū)位81.翼型空化和空蝕(翼型汽蝕）翼型汽蝕與運(yùn)行工況有關(guān)，當(dāng)水輪機(jī)處在非最優(yōu)工況時(shí)，則會(huì)誘發(fā)或加劇翼型汽蝕。翼型汽蝕是混流式水輪機(jī)主要的汽蝕形式。1.翼型空化和空蝕(翼型汽蝕）翼型汽蝕與運(yùn)行工況有關(guān)，當(dāng)水輪92.間隙汽蝕間隙汽蝕是當(dāng)水流通過狹小通道或間隙時(shí)引起局部流速升高，壓力降低到一定程度時(shí)所發(fā)生的一種汽蝕形態(tài)。混流式：間隙汽蝕是軸流式水輪機(jī)主要的汽蝕形式。軸流式：沖擊式：2.間隙汽蝕間隙汽蝕是當(dāng)水流通過狹小通道或間隙時(shí)引起局部流速103.局部汽蝕轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的局部汽蝕一般發(fā)生在轉(zhuǎn)輪室連接的不光滑臺(tái)階處或局部凹坑處的后方；局部汽蝕還可能發(fā)生在葉片固定螺釘及密封螺釘處。

局部汽蝕主要是由于結(jié)構(gòu)原因或鑄造和加工缺陷形成表面不平整、砂眼、氣孔等所引起的局部流態(tài)突然變化而造成的。

混流式水輪機(jī)間隙汽蝕、局部汽蝕、與運(yùn)行工況的關(guān)系3.局部汽蝕轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的局部汽蝕一般發(fā)生在轉(zhuǎn)輪室連接的不光114.空腔汽蝕反擊式水輪機(jī)在一般工況運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪出口總具有一定的圓周分速度，使水流在尾水管產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，形成真空渦帶。當(dāng)渦帶中心出現(xiàn)的負(fù)壓小于汽化壓力時(shí)，水流會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象，而旋轉(zhuǎn)的渦帶周期性地與尾水管壁相碰，引起尾水管壁產(chǎn)生汽蝕，稱為空腔汽蝕。4.空腔汽蝕反擊式水輪機(jī)在一般工況運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪出口總具有一定12空腔汽蝕在較大負(fù)荷時(shí)，尾水管中渦帶形狀呈柱狀形，幾乎與尾水管中心線同軸，直徑較小也較為穩(wěn)定，尤其在最優(yōu)工況時(shí)，渦帶甚至可消失。但在低負(fù)荷時(shí)，空腔渦帶較粗，呈螺旋形，而且自身也在旋轉(zhuǎn)，這種偏心的螺旋形渦帶，在空間極不穩(wěn)定，將發(fā)生強(qiáng)烈的空腔汽蝕。

除對(duì)轉(zhuǎn)輪上冠及尾水管產(chǎn)生破壞作用外，還引起壓力脈動(dòng)、機(jī)組振動(dòng)，產(chǎn)生噪音，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行?？涨黄g在較大負(fù)荷時(shí)，尾水管中渦帶形狀呈柱狀形，幾乎與尾13二、汽蝕的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)汽蝕部位的面積；汽蝕深度的最大值和平均值。

汽蝕指數(shù)：單位時(shí)間內(nèi)葉片背面單位面積上的平均汽蝕深度，用符號(hào)Kh表示。汽蝕體積（m2.mm)葉片背面總面積（m2)有效運(yùn)行時(shí)間（h)二、汽蝕的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)汽蝕部位的面積；汽蝕指數(shù)：單位時(shí)間內(nèi)葉片14復(fù)習(xí)汽蝕的概念汽蝕的類型、發(fā)生的原因、破壞部位復(fù)習(xí)汽蝕的概念15第四節(jié)空化（汽蝕）系數(shù)一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)衡量水輪機(jī)性能常用兩個(gè)重要參數(shù)：效率和汽蝕系數(shù)。汽蝕由壓力降低引起，因此為了確定汽蝕系數(shù)必須了解壓力分布，確定壓力最低點(diǎn)的壓力值。不發(fā)生汽蝕的條件：壓力最低點(diǎn)的壓力不小于當(dāng)時(shí)溫度下水的汽化壓力，即效率高—能充分利用水能；汽蝕系數(shù)小—水輪機(jī)在運(yùn)行中不易發(fā)生汽蝕破壞。

第四節(jié)空化（汽蝕）系數(shù)一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)衡量水輪機(jī)性能16一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)設(shè)最低壓力點(diǎn)為k點(diǎn)，其壓力為Pk，2點(diǎn)為葉片出口邊上的點(diǎn)，壓力為P2，a點(diǎn)為下游水面上的點(diǎn)，Pa為下游水面上的壓力，若下游為開敞式的，則為大氣壓力。列出k點(diǎn)和2點(diǎn)水流相對(duì)運(yùn)動(dòng)的伯努力立程式水輪機(jī)流道示意圖若則有一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)設(shè)最低壓力點(diǎn)為k點(diǎn)，其壓力為Pk，2點(diǎn)為17為了求出2點(diǎn)的壓力，列葉片出口處2點(diǎn)與下游斷面a點(diǎn)間水流絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的伯努力方程式一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)1）若為了求出2點(diǎn)的壓力，列葉片出口處2點(diǎn)與下游斷面a點(diǎn)間水流絕對(duì)18式中則K點(diǎn)的真空度為一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)2）1.靜力真空靜力真空又稱為吸出高度，它與水輪機(jī)安裝高程有關(guān)。取決于轉(zhuǎn)輪相對(duì)于下游水面的裝置高度，而與水輪機(jī)型式無關(guān)。式中則K點(diǎn)的真空度為一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)2）1.靜力19一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)3）動(dòng)力真空值由水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和尾水管所形成，它與水輪機(jī)的流速水頭、轉(zhuǎn)輪葉片和尾水管幾何形狀有關(guān)，即與水輪機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行工況有關(guān)。2.動(dòng)力真空同一水輪機(jī)應(yīng)用于不同水頭時(shí)，其值也不同。為此采用動(dòng)力真空的相對(duì)值來表示它的汽蝕性能。汽蝕系數(shù)尾水管恢復(fù)系數(shù)若則一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)3）動(dòng)力真空值由水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和尾水管所20一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)4）汽蝕系數(shù)的幾點(diǎn)說明：是動(dòng)力真空的相對(duì)值，是一個(gè)無因次量，其值與轉(zhuǎn)輪葉片翼型的幾何形態(tài)、運(yùn)行工況和尾水管性能有關(guān)；同型號(hào)水輪機(jī)相似工況下值相同；同型號(hào)水輪機(jī)不同工況下值不同；的大小表示該水輪機(jī)在該工況下抗汽蝕性能的好壞；一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)4）汽蝕系數(shù)的幾點(diǎn)說明：是動(dòng)力21二、水輪機(jī)裝置的汽蝕系數(shù)以動(dòng)力真空和靜力真空表示：上式兩端同時(shí)減掉汽化壓力，并同時(shí)除以工作水頭，則有令則有裝置汽蝕系數(shù)二、水輪機(jī)裝置的汽蝕系數(shù)以動(dòng)力真空和靜力真空表示：上式兩端同22二、水輪機(jī)裝置的汽蝕系數(shù)不發(fā)生汽蝕條件的另一表達(dá)形式當(dāng)裝置安裝完畢后，在工作水頭一定時(shí)其值不變。二、水輪機(jī)裝置的汽蝕系數(shù)不發(fā)生汽蝕條件的另一表達(dá)形式當(dāng)裝置安23第五節(jié)水輪機(jī)的吸出高度和安裝高程

一、吸出高度的確定1.吸出高度的規(guī)定吸出高度有正、負(fù)之分。當(dāng)吸出高度計(jì)算點(diǎn)（即壓力最低點(diǎn)）在下游尾水位高程以上時(shí)，HS為正值；若在下游尾水位高程以下則Hs為負(fù)值。第五節(jié)水輪機(jī)的吸出高度和安裝高程一、吸出高度的確定1.吸241.吸出高度的規(guī)定

a）立軸軸流式和斜流式水輪機(jī)的HS為轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑計(jì)算點(diǎn)高程與下游尾水位高程之差；b）立軸混流式水輪機(jī)的HS為水輪機(jī)底環(huán)平面高程與下游尾水位高程之差；c）臥軸水輪機(jī)的HS為轉(zhuǎn)輪葉片最高點(diǎn)高程與下游尾水位高程之差。吸出高度有正、負(fù)之分當(dāng)吸出高度計(jì)算點(diǎn)在下游尾水位高程以上時(shí)，HS為正值；若在下游尾水位高程以下則Hs為負(fù)值。1.吸出高度的規(guī)定a）立軸軸流式和斜流式水輪機(jī)的HS為轉(zhuǎn)輪252.吸出高度的計(jì)算則有考慮到原、模型之間的差異，并留有一定的安全裕度，得到

—水輪機(jī)安裝高程，在初步設(shè)計(jì)時(shí)可用下游最低尾水位計(jì)算。1-2臺(tái)機(jī)組時(shí)，取一臺(tái)機(jī)組50%負(fù)荷時(shí)相應(yīng)的下游尾水位。多臺(tái)機(jī)組時(shí)，取一臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)相應(yīng)的下游的尾水位。2.吸出高度的計(jì)算則有考慮到原、模型之間的差異，并留有一定的262.吸出高度的計(jì)算

與水頭有關(guān)，根據(jù)設(shè)計(jì)水頭可在曲線上查取。選較大值的情況水輪機(jī)經(jīng)常工作在最大水頭條件下；采用地下式廠房。選較小值的情況機(jī)組臺(tái)數(shù)較多；轉(zhuǎn)輪材料抗汽蝕性能較好?？砂聪率鲈瓌t選?。核|(zhì)不好，含沙、含氣量大，水溫偏高；2.吸出高度的計(jì)算與水頭有關(guān)，根據(jù)設(shè)計(jì)水頭可在曲線上查取。27二、安裝高程的確定1.安裝高程的規(guī)定a）立軸反擊式水輪機(jī)安裝高程規(guī)定為導(dǎo)葉水平中心線高程；b）臥軸水輪機(jī)，安裝高程規(guī)定為主軸中心線的高程。二、安裝高程的確定1.安裝高程的規(guī)定a）立軸反擊式水輪機(jī)安裝282.安裝高程的計(jì)算立軸混流式水輪機(jī)立軸軸流式水輪機(jī)臥軸反擊式水輪機(jī)X—水輪機(jī)結(jié)構(gòu)高度系數(shù)，對(duì)軸流式取0.41。2.安裝高程的計(jì)算立軸混流式水輪機(jī)立軸軸流式水輪機(jī)臥軸反擊式29第六節(jié)影響水輪機(jī)空蝕的因素二、制造1.工作水頭三、運(yùn)行2.出力3.下游水位一、設(shè)計(jì)第六節(jié)影響水輪機(jī)空蝕的因素二、制造1.工作水頭三、運(yùn)行230第七節(jié)水輪機(jī)抗空化的措施一、改善水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)1.K點(diǎn)靠近出口邊；3.進(jìn)水邊與葉片正背面型線的連接要光滑，半徑為(0.2~0.3)最大厚度。

2.在滿足強(qiáng)度和剛度要求的條件下，葉片要盡量薄

4.采用襟翼結(jié)構(gòu)

（長短葉片）。

第七節(jié)水輪機(jī)抗空化的措施一、改善水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)1.K點(diǎn)31第七節(jié)水輪機(jī)抗空化的措施5.盡可能采用小而均勻的間隙

。

7.加長轉(zhuǎn)輪的泄水錐、加長尾水管的直錐管部分和其加大擴(kuò)散角。

6.葉片端部背面裝設(shè)防蝕片。

第七節(jié)水輪機(jī)抗空化的措施5.盡可能采用小而均勻的間隙。32第七節(jié)水輪機(jī)抗空化的措施二、提高加工工藝水平，采用抗蝕材料1.材料硬度的影響:2.極限拉伸強(qiáng)度：3.材料的彈性：4.材料的晶粒性質(zhì)：一般硬度高的材料抗蝕能力強(qiáng)。

材料的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及延性越大，其抗蝕能力越強(qiáng)。高彈性體類材料，具有很高的延性，彈性模量很低，在低強(qiáng)度空化作用時(shí)，不發(fā)生汽蝕，而在較高強(qiáng)度汽蝕中會(huì)產(chǎn)生較突然的徹底破壞。材料的晶粒越細(xì)密，抗蝕能力越強(qiáng)，一般說來，合金能改善金屬的晶格結(jié)構(gòu)，因而能提高抗蝕性能。5.材料內(nèi)部的非溶解物：金屬材料中含有不純物質(zhì)則大大降低其抗空蝕能力。鑄鐵（游離石墨）。第七節(jié)水輪機(jī)抗空化的措施二、提高加工工藝水平，采用抗蝕材料33第七節(jié)水輪機(jī)抗空化的措施三、改善運(yùn)行條件并采用適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行措施綜上所述，抗蝕材料應(yīng)具有韌性強(qiáng)、硬度高、抗拉力強(qiáng)、疲勞極限高、應(yīng)變硬化好、晶格細(xì)、好的可焊性等綜合性能。合理擬定水電廠的運(yùn)行方式，要盡量保持機(jī)組在最優(yōu)工況區(qū)運(yùn)行，在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，可采用在轉(zhuǎn)輪下部補(bǔ)氣的方法，對(duì)破壞偏心渦帶形成，減輕空腔汽蝕、振動(dòng)有一定作用。

1.主軸中心補(bǔ)氣2.尾水管補(bǔ)氣

第七節(jié)水輪機(jī)抗空化的措施三、改善運(yùn)行條件并采用適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行措34本章教學(xué)要求

了解汽蝕現(xiàn)象及其發(fā)生的原因；掌握水輪機(jī)汽蝕的類型；掌握水輪機(jī)汽蝕系數(shù)的意義；吸出高度和安裝高程的規(guī)定；吸出高度和安裝高程的計(jì)算；掌握水輪機(jī)抗汽蝕的措施。。

公式：1.汽蝕系數(shù)；2.吸出高度及安裝高程。本章教學(xué)要求了解汽蝕現(xiàn)象及其發(fā)生的原因；公式：1.汽蝕系數(shù)35第一節(jié)基本概念一、空化（汽蝕）與沸騰由于液體具有汽化特性，則當(dāng)液體在恒壓下加熱，或在恒溫下用靜力或動(dòng)力方法降低其周圍環(huán)境壓力，都能使液體達(dá)到汽化狀態(tài)。汽化壓力（mH2O）水的溫度（℃）1mH2O=9806.65pa

在給定溫度下，水開始汽化的臨界壓力叫做水的汽化壓力。

第一節(jié)基本概念一、空化（汽蝕）與沸騰由于液體具有汽化特性，36二、空化與空蝕（汽蝕侵蝕）空化—在液體中形成空穴（氣核）使流體的連續(xù)性遭到破壞，它發(fā)生在壓力下降到某一臨界值的流動(dòng)區(qū)域中。在空穴中主要充滿著液體的蒸汽以及從溶液中析出的氣體。當(dāng)這些空穴進(jìn)入壓力較低的區(qū)域時(shí)，就開始發(fā)育成長為較大的氣泡，然后，氣泡被流體帶到壓力高于臨界值的區(qū)域，氣泡就將潰滅，這個(gè)過程稱為空化。空蝕—是指因空泡的潰滅，引起過流表面的材料損壞。在空泡潰滅過程中伴隨著機(jī)械、電化、熱力、化學(xué)等過程的作用?？瘴g是空化的直接后果，空蝕只發(fā)生在固體邊界上?？栈^程可以發(fā)生在液體內(nèi)部，也可以發(fā)生固定邊界上。內(nèi)因：外因：二、空化與空蝕（汽蝕侵蝕）空化—在液體中形成空穴（氣核）使流37第二節(jié)空蝕的機(jī)理空蝕破壞第二節(jié)空蝕的機(jī)理空蝕破壞38空蝕破壞空蝕破壞39

一、空蝕機(jī)理3.電化作用1.機(jī)械作用2.化學(xué)作用4.熱力熔化作用5.聯(lián)合作用第二節(jié)空蝕的機(jī)理一、空蝕機(jī)理3.電化作用1.機(jī)械作用2.化學(xué)作用440第二節(jié)空蝕的機(jī)理二、空蝕對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行的影響1．破壞水輪機(jī)的過流部件，如導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)輪室、上下止漏環(huán)及尾水管等。2．降低水輪機(jī)的出力和效率，因?yàn)榭栈涂瘴g會(huì)破壞水流的正常運(yùn)行規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律，并會(huì)增加水流的漏損和水力損失。４．縮短了機(jī)組的檢修周期，增加了機(jī)組檢修的復(fù)雜性?？栈涂瘴g檢修不僅耗用大量鋼材，而且延長工期，影響電力生產(chǎn)。3．空化和空蝕嚴(yán)重時(shí)，可能使機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)、噪音及負(fù)荷波動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組不能安全穩(wěn)定運(yùn)行。

第二節(jié)空蝕的機(jī)理二、空蝕對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行的影響1．破壞水輪機(jī)41三、空蝕與磨損空蝕：磨損：破壞位置特點(diǎn)：作用關(guān)系：發(fā)毛、變暗、失去金屬光澤；蜂窩狀；劃痕、麻點(diǎn)；沿水流方向的魚鱗坑。第二節(jié)空蝕的機(jī)理三、空蝕與磨損空蝕：磨損：破壞位置特點(diǎn)：作用關(guān)系：發(fā)毛、變暗42空化經(jīng)常在繞流體表面的低壓區(qū)或流向急變部位出現(xiàn)。最大空蝕區(qū)位于空穴長度的下游端，但整個(gè)空蝕區(qū)是由最大空蝕點(diǎn)在向上下游延伸的一個(gè)范圍內(nèi)。1.翼型空化和空蝕一、汽蝕的類型由于水流繞流葉片引起壓力降低而產(chǎn)生，與葉片翼型斷面的幾何形狀密切相關(guān)，所以稱為翼型空化和空蝕。

第三節(jié)空化與空蝕的類型及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)空化經(jīng)常在繞流體表面的低壓區(qū)或流向急變部位出現(xiàn)。最大空蝕區(qū)位431.翼型空化和空蝕(翼型汽蝕）翼型汽蝕與運(yùn)行工況有關(guān)，當(dāng)水輪機(jī)處在非最優(yōu)工況時(shí)，則會(huì)誘發(fā)或加劇翼型汽蝕。翼型汽蝕是混流式水輪機(jī)主要的汽蝕形式。1.翼型空化和空蝕(翼型汽蝕）翼型汽蝕與運(yùn)行工況有關(guān)，當(dāng)水輪442.間隙汽蝕間隙汽蝕是當(dāng)水流通過狹小通道或間隙時(shí)引起局部流速升高，壓力降低到一定程度時(shí)所發(fā)生的一種汽蝕形態(tài)。混流式：間隙汽蝕是軸流式水輪機(jī)主要的汽蝕形式。軸流式：沖擊式：2.間隙汽蝕間隙汽蝕是當(dāng)水流通過狹小通道或間隙時(shí)引起局部流速453.局部汽蝕轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的局部汽蝕一般發(fā)生在轉(zhuǎn)輪室連接的不光滑臺(tái)階處或局部凹坑處的后方；局部汽蝕還可能發(fā)生在葉片固定螺釘及密封螺釘處。

局部汽蝕主要是由于結(jié)構(gòu)原因或鑄造和加工缺陷形成表面不平整、砂眼、氣孔等所引起的局部流態(tài)突然變化而造成的。

混流式水輪機(jī)間隙汽蝕、局部汽蝕、與運(yùn)行工況的關(guān)系3.局部汽蝕轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的局部汽蝕一般發(fā)生在轉(zhuǎn)輪室連接的不光464.空腔汽蝕反擊式水輪機(jī)在一般工況運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪出口總具有一定的圓周分速度，使水流在尾水管產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，形成真空渦帶。當(dāng)渦帶中心出現(xiàn)的負(fù)壓小于汽化壓力時(shí)，水流會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象，而旋轉(zhuǎn)的渦帶周期性地與尾水管壁相碰，引起尾水管壁產(chǎn)生汽蝕，稱為空腔汽蝕。4.空腔汽蝕反擊式水輪機(jī)在一般工況運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪出口總具有一定47空腔汽蝕在較大負(fù)荷時(shí)，尾水管中渦帶形狀呈柱狀形，幾乎與尾水管中心線同軸，直徑較小也較為穩(wěn)定，尤其在最優(yōu)工況時(shí)，渦帶甚至可消失。但在低負(fù)荷時(shí)，空腔渦帶較粗，呈螺旋形，而且自身也在旋轉(zhuǎn)，這種偏心的螺旋形渦帶，在空間極不穩(wěn)定，將發(fā)生強(qiáng)烈的空腔汽蝕。

除對(duì)轉(zhuǎn)輪上冠及尾水管產(chǎn)生破壞作用外，還引起壓力脈動(dòng)、機(jī)組振動(dòng)，產(chǎn)生噪音，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。空腔汽蝕在較大負(fù)荷時(shí)，尾水管中渦帶形狀呈柱狀形，幾乎與尾48二、汽蝕的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)汽蝕部位的面積；汽蝕深度的最大值和平均值。

汽蝕指數(shù)：單位時(shí)間內(nèi)葉片背面單位面積上的平均汽蝕深度，用符號(hào)Kh表示。汽蝕體積（m2.mm)葉片背面總面積（m2)有效運(yùn)行時(shí)間（h)二、汽蝕的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)汽蝕部位的面積；汽蝕指數(shù)：單位時(shí)間內(nèi)葉片49復(fù)習(xí)汽蝕的概念汽蝕的類型、發(fā)生的原因、破壞部位復(fù)習(xí)汽蝕的概念50第四節(jié)空化（汽蝕）系數(shù)一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)衡量水輪機(jī)性能常用兩個(gè)重要參數(shù)：效率和汽蝕系數(shù)。汽蝕由壓力降低引起，因此為了確定汽蝕系數(shù)必須了解壓力分布，確定壓力最低點(diǎn)的壓力值。不發(fā)生汽蝕的條件：壓力最低點(diǎn)的壓力不小于當(dāng)時(shí)溫度下水的汽化壓力，即效率高—能充分利用水能；汽蝕系數(shù)小—水輪機(jī)在運(yùn)行中不易發(fā)生汽蝕破壞。

第四節(jié)空化（汽蝕）系數(shù)一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)衡量水輪機(jī)性能51一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)設(shè)最低壓力點(diǎn)為k點(diǎn)，其壓力為Pk，2點(diǎn)為葉片出口邊上的點(diǎn)，壓力為P2，a點(diǎn)為下游水面上的點(diǎn)，Pa為下游水面上的壓力，若下游為開敞式的，則為大氣壓力。列出k點(diǎn)和2點(diǎn)水流相對(duì)運(yùn)動(dòng)的伯努力立程式水輪機(jī)流道示意圖若則有一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)設(shè)最低壓力點(diǎn)為k點(diǎn)，其壓力為Pk，2點(diǎn)為52為了求出2點(diǎn)的壓力，列葉片出口處2點(diǎn)與下游斷面a點(diǎn)間水流絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的伯努力方程式一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)1）若為了求出2點(diǎn)的壓力，列葉片出口處2點(diǎn)與下游斷面a點(diǎn)間水流絕對(duì)53式中則K點(diǎn)的真空度為一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)2）1.靜力真空靜力真空又稱為吸出高度，它與水輪機(jī)安裝高程有關(guān)。取決于轉(zhuǎn)輪相對(duì)于下游水面的裝置高度，而與水輪機(jī)型式無關(guān)。式中則K點(diǎn)的真空度為一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)2）1.靜力54一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)3）動(dòng)力真空值由水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和尾水管所形成，它與水輪機(jī)的流速水頭、轉(zhuǎn)輪葉片和尾水管幾何形狀有關(guān)，即與水輪機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行工況有關(guān)。2.動(dòng)力真空同一水輪機(jī)應(yīng)用于不同水頭時(shí)，其值也不同。為此采用動(dòng)力真空的相對(duì)值來表示它的汽蝕性能。汽蝕系數(shù)尾水管恢復(fù)系數(shù)若則一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)3）動(dòng)力真空值由水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和尾水管所55一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)4）汽蝕系數(shù)的幾點(diǎn)說明：是動(dòng)力真空的相對(duì)值，是一個(gè)無因次量，其值與轉(zhuǎn)輪葉片翼型的幾何形態(tài)、運(yùn)行工況和尾水管性能有關(guān)；同型號(hào)水輪機(jī)相似工況下值相同；同型號(hào)水輪機(jī)不同工況下值不同；的大小表示該水輪機(jī)在該工況下抗汽蝕性能的好壞；一、水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)（續(xù)4）汽蝕系數(shù)的幾點(diǎn)說明：是動(dòng)力56二、水輪機(jī)裝置的汽蝕系數(shù)以動(dòng)力真空和靜力真空表示：上式兩端同時(shí)減掉汽化壓力，并同時(shí)除以工作水頭，則有令則有裝置汽蝕系數(shù)二、水輪機(jī)裝置的汽蝕系數(shù)以動(dòng)力真空和靜力真空表示：上式兩端同57二、水輪機(jī)裝置的汽蝕系數(shù)不發(fā)生汽蝕條件的另一表達(dá)形式當(dāng)裝置安裝完畢后，在工作水頭一定時(shí)其值不變。二、水輪機(jī)裝置的汽蝕系數(shù)不發(fā)生汽蝕條件的另一表達(dá)形式當(dāng)裝置安58第五節(jié)水輪機(jī)的吸出高度和安裝高程

一、吸出高度的確定1.吸出高度的規(guī)定吸出高度有正、負(fù)之分。當(dāng)吸出高度計(jì)算點(diǎn)（即壓力最低點(diǎn)）在下游尾水位高程以上時(shí)，HS為正值；若在下游尾水位高程以下則Hs為負(fù)值。第五節(jié)水輪機(jī)的吸出高度和安裝高程一、吸出高度的確定1.吸591.吸出高度的規(guī)定

a）立軸軸流式和斜流式水輪機(jī)的HS為轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑計(jì)算點(diǎn)高程與下游尾水位高程之差；b）立軸混流式水輪機(jī)的HS為水輪機(jī)底環(huán)平面高程與下游尾水位高程之差；c）臥軸水輪機(jī)的HS為轉(zhuǎn)輪葉片最高點(diǎn)高程與下游尾水位高程之差。吸出高度有正、負(fù)之分當(dāng)吸出高度計(jì)算點(diǎn)在下游尾水位高程以上時(shí)，HS為正值；若在下游尾水位高程以下則Hs為負(fù)值。1.吸出高度的規(guī)定a）立軸軸流式和斜流式水輪機(jī)的HS為轉(zhuǎn)輪602.吸出高度的計(jì)算則有考慮到原、模型之間的差異，并留有一定的安全裕度，得到

—水輪機(jī)安裝高程，在初步設(shè)計(jì)時(shí)可用下游最低尾水位計(jì)算。1-2臺(tái)機(jī)組時(shí)，取一臺(tái)機(jī)組50%負(fù)荷時(shí)相應(yīng)的下游尾水位。多臺(tái)機(jī)組時(shí)，取一臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)相應(yīng)的下游的尾水位。2.吸出高度的計(jì)算則有考慮到原、模型之間的差異，并留有一定的612.吸出高度的計(jì)算

與水頭有關(guān)，根據(jù)設(shè)計(jì)水頭可在曲線上查取。選較大值的情況水輪機(jī)經(jīng)常工作在最大水頭條件下；采用地下式廠房。選較小值的情況機(jī)組臺(tái)數(shù)較多；轉(zhuǎn)輪材料抗汽蝕性能較好?？砂聪率鲈瓌t選?。核|(zhì)不好，含沙、含氣量大，水溫偏高；2.吸出高度的計(jì)算與水頭有關(guān)，根據(jù)設(shè)計(jì)水頭可在曲線上查取。62二、安裝高程的確定1.安裝高程的規(guī)定a）立軸反擊式水輪機(jī)安裝高程規(guī)定為導(dǎo)葉水平中心線高程；b）臥軸水輪機(jī)，安裝高程規(guī)定為主軸中心線的高程。二、安裝高程的確定1.安裝高程的規(guī)定a）立軸反擊式水輪機(jī)安裝632.安裝高程的計(jì)算立軸混流式水輪機(jī)立軸軸流式水輪機(jī)臥軸反擊式水輪機(jī)X—水輪機(jī)結(jié)構(gòu)高度系數(shù)，對(duì)軸流式取0.41。2.安裝高程的計(jì)算立軸混流式水輪機(jī)立軸軸流式水輪機(jī)臥軸反擊式64第六節(jié)影響水輪機(jī)空蝕的因