水輪機轉(zhuǎn)輪空蝕量預估的一種近似算法

1、         06-02-15 08:42:00     作者：任紹成 于紀幸 姜明    編輯：studa9ngns1、概述水輪機空蝕是一個復雜的物理化學過程，目前對水輪機空蝕的檢查，一般在水輪機投入運行后600010000h內(nèi)進行，在空蝕部位用塑性物質(zhì)填滿到未損壞時的表面形狀，然后直接測量塑性物質(zhì)的體積或采用測量空蝕深度及面積近似計算空蝕體積。目前還沒有一個很好的適用方法對空蝕量預估，本文根據(jù)國外水泵空蝕的經(jīng)驗公式，提出一種在模

2、型試驗階段進行水輪機轉(zhuǎn)輪空蝕量預估的一種近似算法，并結(jié)合國內(nèi)某電站模型試驗空化觀測結(jié)果進行實例計算。2、 經(jīng)驗公式及說明以下的經(jīng)驗公式是基于水泵空蝕計算的經(jīng)驗公式，國外也有人曾用于水輪機空蝕計算，經(jīng)實際檢驗表明也是適用的。具體公式如下：式中：ERP：空蝕最深處預計空蝕速度（m/s）CL：常數(shù)，葉片正壓側(cè)=2.2×10-12（m3/N/s=m/s/Pa）葉片負壓側(cè)=2.2×10-12（m3/N/s=m/s/Pa）Lcav：空化（脫流）長度（m）Lcavref：Lcav參考值=0.01（m）：常數(shù)，葉片正壓側(cè)=2.83葉片負壓側(cè)=2.6p0：進口靜壓力（Pa）pv：飽和大氣壓力

3、（Pa）Rm：（葉片）材料抗拉強度（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：標準條件下水中空氣含量（=24ppm）最大空蝕深度按以下公式計算：式中：MDP：（葉片表面）最大空蝕深度（mm）ERP：空蝕最深處預計空蝕速度（m/s）Top：水輪機工作時間3、 計算實例下面以國內(nèi)某燈泡貫流式電站為例，預估水輪機葉片空蝕強度。計算條件如下：葉片材料抗拉強度Rm=7.55×108（Pa）水中空氣含量=24（ppm）進口靜壓力p0=有效水頭（H）××g（Pa）：水的密度，該電站常年氣溫下=997.9（

4、kg/cm3）g：重力加速度=9.789（m/s2）飽和大氣壓力pv=2548（Pa）水輪機運行時間Top=水輪機基準運行時間8000（h）×WiWi：合同各加權(quán)因子點權(quán)重按此公式計算各種工況下的水輪機運行時間Top空蝕深度和MDP=（各種工況下的MDP）葉片進水邊空化（脫流）長度Lcav =模型水輪機Lcav×模型比21.4286圖1：葉片進水邊空化（脫流）長度Lcav示意圖最大空蝕深度計算表格如下：表1 最大空蝕深度計算表格水頭項目額定出力的百分數(shù)(m) 3040506070809010015.6Wi     

5、 0.001 Top(hr)      8.0 Lcav(m)      0.386 MDP(mm)     0.0068 14.5Wi    0.02290.09460.07490.0331Top(hr)    183.2756.8599.2264.8Lcav(m)  

6、0; 0.2570.2570.3210.321MDP(mm)    0.03940.16270.24170.106813Wi    0.0010.05010.19050.095Top(hr)    8.0400.81524.0760.0Lcav(m)    0.1070.1070.1070.107MDP(mm)    0.00010.00520.01970.009811Wi &

7、#160;   0.01290.080.0577Top(hr)     103.2640.0461.6Lcav(m)     0.0430.0430.043MDP(mm)     0.00010.00040.00039.5Wi     0.01120.05650.0333Top(hr)     89.6452.0266

8、.4Lcav(m)     000MDP(mm)     0008Wi   0.02140.0340.0916  Top(hr)   171.2272.0732.8  Lcav(m)   000  MDP(mm)   000  5.5Wi0.01130.0130.014  

9、60;  Top(hr)90.4104.0112.0     Lcav(m)0.0860.150.214     MDP(mm)0.00130.00650.0177     正壓側(cè)MDP=0.03mm 負壓側(cè)MDP=0.59mm由上表計算有：在水輪機基準運行時間8000時間內(nèi)，葉片正壓側(cè)空蝕深度為：0.03mm，葉片負壓側(cè)空蝕深度為：0.59mm，均小于合同規(guī)定所有過流表面的最大空蝕剝落深度不超過10mm。單葉片空蝕面積估算：

10、近似估算空蝕面積為Lcav×Lcav，在本計算實例中：MaxLcav×MaxLcav=0.386（m）×0.386（m）×100001490cm2轉(zhuǎn)輪金屬失重計算如下：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)+負壓側(cè)）=0.62mm葉片數(shù)：4個金屬失重=4×1490×0.062×7.83×1/1000=2.89kg合同規(guī)定保證值13kg上式計算中空蝕體積按空蝕最大深度乘最大空蝕面積計算，計算結(jié)果可能偏大。若采用反擊式水輪機空蝕評定（GB/T 154691995）空蝕體積近似

11、計算公式計算，計算結(jié)果會小一些。式中 Vi第i個空蝕區(qū)的體積；himax第i個空蝕區(qū)的最大深度；Ai第i個空蝕區(qū)的面積。對本例V=Vi（）25.82cm3金屬失重=4×25.82×7.83×1/1000=0.81kg合同規(guī)定保證值13kg4、 結(jié)語上述經(jīng)驗公式表明，水輪機轉(zhuǎn)輪空蝕最深處預計空蝕速度同空化（脫流）長度及空化區(qū)域壓力正相關(guān)，同轉(zhuǎn)輪材料抗拉強度和水中空氣含量負相關(guān)，符合我們對空蝕速度的一般認識。上述計算結(jié)果同反擊式水輪機空蝕評定（GB/T 154691995）附錄B中類似直徑轉(zhuǎn)輪實測空蝕質(zhì)量處于同一數(shù)量級，表明該經(jīng)驗公式具有一定精度，具體精度仍需根據(jù)電站投入運行后實際結(jié)果進一步比較后進行評價。此外，本公式計算基