摘　要：结合宝鸡峡杨凌水电站检修实践，概述几种水轮机主要汽蚀现状，分析产生原因，提出相应的防汽蚀措施，以达到减轻汽蚀，有效延长检修周期，充分发挥机组最大经济效益。

关键词：汽蚀强度动力矩检修　

杨凌水电站位于杨凌国家高新农业示范区以东宝鸡峡北干渠，设计水头8.7m，流量23.4m3/s，安装3台立轴式水轮发电机组，总装机容量5400kW。该电站2000年10月建成投运，基本上能常年发电。由于汛期水源含砂量大，对水轮机过流部件造成较大程度的汽蚀磨损，2005年春季对1#、2#机组进行了全面大修。

一、汽蚀的现状

目前汽蚀是杨凌水轮机磨损的一大“顽症”，主要以下有几种类型。

1.翼型汽蚀

水轮机叶片正面与背面之间存在压差，通常叶片正面为正压，叶片背面为负压，翼型汽蚀主要发生在叶片背面靠近出口的区域。杨凌电站水轮机的翼型汽蚀主要是发生在以下几处：

（1）叶片出水边背面边缘，汽蚀程度比较严重，有的叶片出水边角出现裂纹，蜂窝状梯次加重，深达10mm左右，面积可达200×100mm2，。有的叶片从背面中部直至出水边出现连续汽蚀，蜂窝状梯次加重，深度5～10mm，面积达700×100mm2左右，如图1Ａ处。

（2）转轮室在叶片中心轴线标高以下出水内侧附近，该处汽蚀情况视机组的运行长短而定，运行时间越长，汽蚀越严重，由于长期受到锤击冲击，有的焊块脱落，多数出现蜂窝状汽蚀，深度5～100mm，面积100×150mm2不等，多达15块左右，如图1的Ｂ处。

（3）转轮本体与叶片连接处下部，该处汽蚀一般比较轻微，而且不是所有连接处下部都有，如图1的Ｄ处。

2.间隙汽蚀

水轮机叶片与转轮室之间有2～5mm间隙，运行中有一部分水流经此处，但流道狭小，且水流方向改变快，导致水流速度快，压力降低，从而引起汽蚀，水轮机的间隙汽蚀主要发生在以下情况：

（1）叶片背面靠近出水边中部出现汽蚀，这种汽蚀较前轻，检修时看到的是叶片背面出现的蜂窝状，深度5mm，面积250×200mm2，约占总叶片数的50左右，如图1的Ｂ处。

(2)叶片内缘与转轮之间的间隙附近区域以及导叶上下端面部位，见图3。

3.局部汽蚀

局部汽蚀主要是由于过流部件表面不平整所致，水轮机的局部汽蚀主要表现在：

（1）转轮室表面打磨不光滑造成；

（2）由于焊接的不好，留有空穴，夹渣等原因造成；

（3）叶片与转轮连接的压板螺杆铅封不平滑也可造成转轮体上部的局部汽蚀，甚至连铅封的螺杆都可能被汽蚀。

但局部汽蚀一般并不严重，只要检修时注意好工艺还可再减轻。



二、汽蚀原因分析

近年来由于水质下降，特别是6～9月份的汛期阶段，含沙量和推移质较大，但实践表明，泥沙磨损对水轮机影响并不大，因此对泥沙磨损无需深究，本文主要针对汽蚀的形成提出一些看法以期探讨。

水轮机产生汽蚀的主要原因在于水流的流速、方向、金属的性格、检修的工艺和运行小时等。从杨凌电站水轮机的汽蚀情况来看，主要有两种类型的汽蚀：翼型汽蚀和间隙汽蚀，分布在叶片背面的大面积汽蚀属于翼型汽蚀；在叶片外缘与转轮室内缘与轮毂边缘所产生的汽蚀属于间隙汽蚀。

众所周知，液体在一定的压力下，当温度升高到沸点时，开始沸腾和汽化，变成水蒸气。水轮机就是利用叶片两面的压差将水能转换为机构能的。如果叶片背面压力最低点小于水温的汽化压力，水就会汽化，产生大量的水蒸气面形成气泡，当汽泡进入通流部件表面的高压区时急剧地破灭，形成局部水击，造成汽蚀破坏，使局部金属表面逐渐疲劳剥落。特别是因冶炼、铸造、加工以及安装等因素，而产生的微小夹渣、气孔、凸凹不平、划痕、焊疤等缺陷处，在汽蚀的作用下，上述这些部位首先疲劳剥落，产生微小的孔坑，随后该处水流的流态就产生微小的变化——细微的脱流或旋涡，加速了该处的磨损与汽蚀，使凹坑沿水流方向越变越长并加宽呈椭圆状，进而加速材质的破坏。

另外，当压力降低后，由于液体对气体的溶解度降低，空气被析出，析出的空气与金属表面发生氧化作用，使金属表面产生化学破坏。由于汽蚀破坏剧烈，使金属的个别质点剥落，在金属表面形成蜂窝状，而蜂窝状部分由于金属不均匀，而存在大量的显微电，从而引起电化腐蚀。当气泡凝缩所引起的局部湿度升高，在金属表面的湿度不均，冷和热之间形成热电偶，产生电位差，发生电解作用，使金属表面遭受破坏。

综上所述，汽蚀现象非常复杂，所以，汽蚀破坏不是单纯由某一种原因所致。因此，在设计时正确的设计转轮及叶片翼形，安装时合理地确定安装高程、合理的运行管理以及检修时把好质量关等都能减少汽蚀的破坏。

三、水轮机抗汽蚀措施

1.设计方面

汽蚀的形式及有关的因素都受水流内部结构的控制，因此，采用合理的设计改善翼型可改进汽蚀性能。例如改善叶片头部，转轮叶片应呈光滑的流线型，尽可能使叶片上压力分布均匀，并缩小低压区；在叶片上特别是前面无鼓包使水流平顺流畅；叶片出口边应较薄，整个过流流道几何尺寸比例应合理，对轴流式转轮适当选择叶片环量，增长翼弦；减少从轮毂到叶片尖端的升力系数，叶中的厚度从轮毂到叶片尖端，逐步减薄等，实践证明，翼型设计得比较合理，可以避免减汽蚀。

2.制造方面

提高制造工艺水平，使转轮叶片铸造与加工后的型线尽可能与设计木模图一致，保证原型和模型水轮机几何相似。在水轮机运行中，可能出现由于翼型设计不合理而使水轮机汽蚀严重的情况，也可能出现由于制造上型线误差较大而加剧水轮机汽蚀的情况。

3.运行方面

（1）合理拟定水电厂的运行方式。运行工况对汽蚀有一定影响，有条件的应采用机组成组调节，改善水轮机运行工况，应避开汽蚀的运行工况区域。

（2）汽蚀补气。补气能够形成气泡，这是一种吸收振动的减辐介质，此外，补进的空气冲散涡带，并以气泡填充转轮下部和尾水管上部整个空间，因补气对破坏空腔汽蚀，吸收汽蚀有一定的作用。

4.检修方面

（1）对于转轮室的汽蚀处理。首先用气刨将汽蚀部位的蜂窝状铲除，用砂轮机打磨平滑，然后用不锈钢焊条堆焊，堆焊应均匀，整齐平整，然后再用砂轮机打磨光滑，再进行圆度测度，并利用样板对其进行控制。

（2）对叶片的汽蚀处理。在进行堆焊时，应考虑到叶片的变形，不能进行连续施焊，而应考虑间隔施焊，并注意应慢慢冷却，焊条应沿周围方向走动，以增加运行中的焊接强度。处理完后进行叶型校型，样板控制。

（3）对于焊缝的处理，先在裂缝的两头钻10mm深的孔，然后用气刨将裂纹刨掉、打磨、施焊，打磨光滑即可。

很多电站的实践证明，补焊区的打磨工作对机组今后汽蚀破坏大小有很大影响，如打磨后的部位光洁度是否到了设计要求，能否保持原来的型线等等。

5.间隙汽蚀的减缓

缝隙汽蚀起源于缝隙处涡流的形成，而该涡流的形态与缝隙外形和缝隙宽度有关。据研究，具有扩散形式的叶片尖端缝隙会助长水流分散成旋涡而造成的汽蚀，国外曾有一台转轮直径3m的水轮机试验，在叶片压力边缘上其半径相应于叶片厚度一半的圆角，并尽力避免扩散型流道形式，修改后，缝隙汽蚀不再发生，对效率也影响很少。

总之，减轻汽蚀磨损，必须从各个方面采取积极措施，如合理设计，提高冶炼铸造、加工工艺水平，减少夹渣气孔等，提高装配工艺、检修质量，使机组在合理的工况下运行等等，以延长检修周期，更好地发挥机组的经济效益。