二滩水电站水轮机空蚀情况与修复

年利 用小 时 ５ １ ６ ２ ｈ 。二 滩 电站 单 机 容 量 大 ， 调 节 性 能好 ， 是 川 渝 电 网 的主力 电站 ， 承担 系 统 调频 、 调压 、 调峰 、 断 面潮 流及事 故备 用任务 。
１空蚀 的产 生
月至 ｌ ２月 扩大性 大 修后 ， 每年 进 行 一 次 “ 以故 障 诊断 和设备 体 检 为 主 ” 的 Ｃ修 ， 机 组 整 体 运 行 良 好， 但 近几 年 ６号机 组 Ｃ修 检 查发 现水 轮 机 顶 盖
修。
起共 振 ， 造 成 机 组 的振 动 、 出力 的摆 动 等 ， 严 重 威 胁着 机组 的安 全 运行 。 同时 ， 当水 轮 机 中的 空 化 发展 到一 定 阶段 时 ， 叶片 的扰 流情 况将会 变 坏 ， 从
而减少 了水力距 ， 促 使水轮机功率 下降 ， 效率 降 低 。 因此 ， 改 善水 轮 机 的空 蚀 性 能 有 着 极 其 重 要
参考文献 ：
［ １ ］ 刘 大恺主 编． 水轮 机 一 ３版． 北京： 中国水利 水 电出版社 ，
２ Ｏ ０ ｏ
空 腔空 化 ： 改 进 尾 水 管 及 转 轮 上 冠 的设 计 能
有效 减轻 空 腔空 化 ， 加 长尾 水 管 的直 锥 管 部 分 和
加 大扩散 角 ， 有 利 于 提 高转 轮 下 部 锥 管 上 方 的 压 力， 以削 减 涡 带 的形 成 。此 外 ， 加 长 转 轮 的泄 水 锥， 控制 尾水 管进 口的流 速 ， 影 响 涡带 的形 成 和压
１ ３个 叶片进 水边 背水 面靠 近 下环 的 位置 、 叶 片之 间上冠 过流 面靠 近 出 口边 的位置 均发 现有不
同程度 空蚀 ， 部分 叶片 出水 边 与下 环 Ｒ 角 位 置亦
有 面积 较小 的空蚀 。转 轮 叶片空蚀 见 图 １ 所 示
２ ． ２ 顶 盖
化学等过程 的作用 ， 是一个综合作用的结果。空 蚀 是 空化 的直接 后 果 ， 空 蚀 只是 发 生 在 固体 边 界
第 ３ ３卷第 ２期
２ ０ １ ４年 ４月
四
川
水
力
发
电
Ｖｏ １ ． ３ ３．Ｎｏ ． ２ Ａｐ ｒ ．， ２ ０ １ ４
Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕａ ｎ
Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｐｏ ｗｅ ｒ
二滩 水 电站水 轮 机 空蚀 情 况 与修 复
史 宝 平， 程
摘
文， 檀 晓 龙
二滩 电站 坐落 于 四川 省攀枝 花 市境 内 的雅 砻
江上 ， 距 攀枝 花市 区约 ４ ６ ｋ ｍ， 源自文库雅 砻 江 流域 的梯 级 电站之 一 。二滩 电站安 装 ６台 ５ ５ ０ ＭＷ 发 电机 组， 水库 库 容 ５ ７ ． ９亿 ｍ ， 属季 调 节水 库 ， 设 计 多
水轮机运行条使机组在合理 的工况下运行 。只有这样 ， 才能减少水轮机 的空蚀 ， 延长检修周期 ， 更好地发挥 机组的经济效
益。 关键词 ： 水轮机空蚀 ； 空蚀原 因； 空蚀修复 ； 抗空化
中 图分 类 号 ： Ｔ ｖ ７； Ｔ Ｋ ７ ３ ； Ｔ ｖ ｌ ３ １ ． ３＋２ 文献 标 识 码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ １ ． ２ １ ８ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ － ０ １ ３ ２ ０４ －
６ １ ７ ０ ０ ０）
（ 二滩水力发电厂 ， 四川 攀枝花
要： 水轮机的空蚀是始终存在的 ， 尽管我们不能消除它 ， 但要减轻水轮机 的空蚀破坏 ，就必须从设 计 、 制造 、 运行等 多个
方面采取积极措施 ， 如设计合理的型线 ， 采用抗空蚀材料 ， 提高冶炼铸造 和加工工艺水平 ， 提高检修质量和安装工艺 ，改善
二滩 水 电站在 １ ９ ９ ８年投 产运 行后 ， 顶 盖下 环
板及 顶盖减 压 板 逐 渐 出现 空 蚀 ， 并 逐 年 加 重 。其
中＃ ６机组 于 １ ９ ９ ８年 ８月 投 产 发 电 ， 自２ ０ ０ ０年 ９
年平均发 电量 １ ７ ０ 亿ｋ Ｗｈ ， 保证 出力 １ ０ ０ ０ Ｍ Ｗ，
嚼 Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ
史 宝平等 ： 二滩水 电站水轮机空蚀情况与修 复
２ ０ １ ４年第 ２期
成 局部 空蚀 。 抗 蚀材 料应 具有 ： 韧 性强 、 硬度 高 、 抗拉 力强 、
疲 劳 极 限高 、 应变硬化好 、 晶格细、 好 的可 焊性 等
综合性能 ， 以镍镉为基础的各类高强度合金不锈 钢。
５ ． ３ 改善 运行 条件 并 采用适 当的运行措 施 ５ ． ３ ． １ 规定 合理 的运 行 范 围
运 行水 头 高 的水 轮 机 受 到 的 空蚀 强 度 较 大 ，
图 ８ 空 蚀 区 域 补 焊 打 磨 后
同一水 轮机 ， 偏 离额 定水 头越 远 ， 空蚀强 度越 大 。 ５ ． ３ ． ２ 确定 合理 的检 修 时 间 在 空蚀 加剧 期 ， 空蚀 量 随着 发 电 时 间 急剧 增 加， 因此 ， 一般应在 空蚀加剧期来ｆ 临之 前 进 行 大
空 腔 空蚀 、 吸 收空蚀 所产 生 的振 动有一 定 的作用 。
６ 结 语
水 轮 机 的空蚀 是 始 终 存 在 的 ， 尽 管 我 们 不 能 消除 它 ， 但 要 减 轻 水 轮机 的空蚀 破 坏 ，就 必 须 从 设计 、 制造 、 运行等 多个方 面采取积极 措施 ， 如 设 计 合 理 的 型线 ，采 用 抗 空蚀 材 料 ， 提 高 冶 炼 铸 造 和 加 工 工艺 水 平 ，提 高 检修 质 量 和 安 装 工 艺 ， 改 善 水 轮 机 运 行 条 使 机 组 在 合 理 的 工 况 下 运
上。
从 泄水锥 内检 查发 现顶 盖底板 均存 在不 同程
度 的空蚀 ， １ １ 号 ～１ ２号 导叶对 应顶 盖底 板空蚀 最
按空化和空蚀发生的部位通常可分为翼型空 化和空蚀 、 间隙空化和空蚀 、 局部空化和空蚀和空
腔空 化这 四种 基本类 型 。 ２ 二滩 水 电站 空蚀 情况
Ｓ ￣ ｈ ｕ ａ ｎ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ圜
孙晨希 ： 浅论水 电工程投 资估 算影响 因素和控制思 路
２ ０ １ ４年第 ２期
对 地质 因素 引起 的风 险 ， 在 项 目管 理 中需 高 度 重视 ， 切 实按 相 关 规 范 及 规定 做好 地 质 勘 探 工 作， 为设 计 、 估算 编 制提供 完 备 的技术 支 撑 。 为减少 设计 成 果对 投资 估算 的影 响 ， 一方 面 ， 建 议业 主 给予设 计 方充 足 的设 计 时 间 ， 使 之 做 更 加 具体 的论 证研 究 工作 ， 透彻 研究 各 种重 要参 数 ， 比如 装机 容 量 、 正常蓄水位 、 道 路 选线 布 置 等 ， 为 作 出相 对 准确 的投 资估 算 做 好 基 础 性 工 作 ； 另 一 方面 ， 建 议 规范 中加 深环 保专 项设 计 深度 ， 减少 因 为 环保 政 策要求 带来 的工程 量变 化 。
在２ ０ １ ３年 机 组 Ａ 修 中 对 水 轮 机 作 全 面 检
查， 具 体空蚀 情 况如下 。
２ ． １ 转轮
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 ， 它包
括空 穴 的初 生 、 发育 、 成长 到溃灭 的整个 过 程 。空 蚀是 指 由于空泡 的溃 灭 ， 引 起 过流 表 面 的 材料 损 坏， 在 空泡 溃灭 的过程 中伴 随着机 械 、 电化 、 热力 、
空蚀 情况逐 年加 剧 。２ ０ １ ２年 ３月 ６号 机组 Ｃ修 ， 检查 发 现 空 蚀 部 位 主 要 有 ： 顶 盖下 环 板 （ 下 平 面） 、 顶 盖减 压板 （ 上表 面及 内外侧 面 ） 、 顶 盖 减压
我们通常讲 的气蚀现象， 实际上包括 了空化
和空 蚀两 个过 程 。空化乃 是在液 体 中形成 空穴使 液相 流体 的连 续性 遭 到 破 坏 ， 它发 生 在 压 力 降低 到某 一 临界值 的流 动 区域 中 ， 在 空穴 中主 要 充满
的意 义 。 目前 ， 我 国在 水 轮 机 防蚀 方 面 的 经验 主要 有
以下 几个 方 面 ： ５ ． １ 改善 水轮 机 的 水力设 计
５ ． ３ ． ３ 合理 选择 安装 高 度 实际 的吸 出高 度 越 小 ， 其 空 化 和 空蚀 的程 度
越轻。
５ ． ３ ． ４ 补气 法 在 运行 过 程 中采 用 补气 的办 法减小 或 消除水 轮 机尾 水管 中产生 的空 腔空蚀 。这种方 法对 破坏
行 。 只有 这 样 ，才 能 减 少 水 轮 机 的 空 蚀 ，延 长
移向进 口边并减小 出口边附近的扰度 ， 可降低空 化 系数 。其 次 ， 叶 片进 水 变 的绕 流 条 件 对 翼 型 的
空化 性 能也 有很 大影 响 ， 进 水 变修 圆 ， 与 叶片正 背 面 型线 的连 接要 光滑 ， 以获得 良好 的绕 流条 件 ， 使 得在 宽 阔 的工作 范 围 内负 压尖 峰 的数值 和 变化 幅 度减 小 ， 能延 迟空 化 的发 生 。 间隙空 化 ： 尽 可 能 采 用 小 而 均 匀 的 间 隙来 减
板立 筋 。其 中顶盖 下 环 板 的 空蚀 最 为 严 重 ， 空蚀 区域类 似 椭 圆形 状 ， 用 自制 工 具 测 量 最 深 达 ４ ３
ｍ ｍ（ 顶盖 下环板 厚度 ７ ５ ｍ ｍ） 。
着液体的蒸汽和从溶液 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 长 成 为较
力 脉动 。
５ ． ２ 提 高加 工 工 艺水平 ， 采 用抗蚀 材料 叶 片表 面 的粗 糙 度 、 波浪 度不 够标 准 ， 叶片 出
［ ２ ］ 张可危． 流体机械原理． 北京 ： 机械工业 出版社 ， ２ ０ ０ ０ ． ［ ３ ］ 方超群． 三峡７ ０ ０ Ｍ Ｗ 水 轮机 叶片空蚀 现象及 修复． 湖北 ：
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ ０４ － ０１ －
深达 ４ ６ ｍ ｍ， 顶 盖 吊出机坑放 置 于安装 间 翻身后 ，
对底 板空蚀 进行 了全 面 的测 量 ， １ ７号 ～１ ８号 导 叶 对应 顶盖 底 板 汽蚀 最 为 严 重 ， 深度达 到 ５ ４ ｍ ｍ。
而 ３号 ～ ４号 与 １ ３号 ～１ ４号导 叶对应 顶 盖 底 板 空 蚀最 为轻微 ， 最深 分别 为 ９ ｍｍ与 １ １／ Ｉ ＇ Ｉ Ｉ Ｔ Ｉ ， 且这
水电与新能源 ， ２ ０ １ ０ ． ０ ６
水边厚薄不均 、 相邻 叶片开 口不等 ， 材料夹砂 、 气
孔、 裂 缝 等 这 都 将 导 致 叶 片 空 化 和 空 蚀 的加 剧 。 需 要 注意 的是 安装 后 的安装 孑 Ｌ 和螺钉 头 很容 易 造
（ 下转 第 １ ５ ３页 ）
翼 型空蚀 ： 空 化 系 数 明显 地 受翼 型厚 度 和 最
大厚 度 位 置 的影 响 ， 翼 型越 厚 ， 空 化 系 数越 大 ， 所 以在 满 足 强 度 和 刚 度 的 条 件 下 ， 叶片要尽量薄 。 另外 ， 翼 型扰 度 的增 大在 其 他 条 件 相 同 的情 况 下 会 引起翼 型 上速 度 的上 升 ， 所 以翼 型 最 大 扰 度 点
小 间隙 空化 。
检修周期 ， 更好地发 挥机组 的经 济效益 。二滩
水 电站 检 修 人员 通 过 对 二 滩 水 电 站 水 轮 机 实 际 运 行 中空 蚀情 况 的 分 析 以及 空 蚀 处 理 技 术 的探 讨 和研 究 ， 有 效 解 决 了二 滩 水 电站 水 轮 机 的 严 重空 蚀 问题 ， 发 挥 了水 轮 机 的 出力 和效 率 ， 延 长 了二 滩 水 电 站 机 组 的使 用 寿 命 ， 提 高 了机 组 安 全可靠与 经济运 行水 平 ， 争 取 了二 滩 水 电 站 最 大 的经 济 效 益 。