2012水力机械空蚀及防护-7章研究方法.ppt

第七章 水轮机空化与空蚀的研究方法 空化系数的数值计算 水轮机空化特性的模型试验及原型观测 材料抗蚀能力的测定 空化系数的数值计算 水轮机空化系数的理论值 尾水管内的损失 ，用尾水管的恢复系数 表示，即 代入可得 轴流式水轮机轴轮出口速度的平方和，可用轴向速度、圆周速度和径向速度的平方和代替，即 空化系数的数值计算 因此， 其中转轮后面的相对动力真空为 叶片上附加动力真空与水头之比 当转轮出口水流为轴向出流时，vu=0，vr=0，这时 实际上圆周速度和径向速度分量总是存在，因此 主要取决于转轮中的速度分布。当最低压力点位于出口边时， ；一般情况下 。 空化系数的数值计算 极限状态下，即当出口水流无圆周速度分量和径向速度分量时，且当最低压力点位于出口边时，则 这时水轮机的空化系数 对于轴流式水轮机出口流道断面积可认为等于叶片转轴处的过流面积，因此 式中， 由此可得 空化系数的数值计算 对于混流式水轮机，由于流道弯曲程度大，为便于计算，水轮机出口直径可用尾水管进口直径表示，即 则 右图是苏联 转轮计算的 实验值的对比曲线。可 见这种比转速较低的轴流式水轮 机，计算曲线和实验曲线大致是等距离的，说明转轮后的水流不均匀及相应的 值与单位流量的关系不大。 空化系数的数值计算 下图是 转轮空化系数实验曲线与计算曲线的对比。由图可见， 值将随流量的变化而发生显著变化。这是由于稀疏叶栅所特有的扩散流动的结果。 水轮机空化特性的模型试验及原型观测 目前较通用的方法：在专用的水轮机空化试验装置上，通过能量法进行测定。即通过改变水轮机的静吸出高度，测定效率与空化系数的关系，进而求出每一工况点的临界空化系数。 还可借助频闪观测仪、超声波空穴探测仪。 一、模型实验设备 封闭式水轮机空化试验台系统图如下： 水轮机空化特性的模型试验及原型观测 两台轴流泵供水，由直流电动机拖动。通过改变泵的转速改变系统的水头和流量。通过管路系统及阀门，供水泵可以串联和并联。辅助泵在进行可逆式水力机械泵工况的实验时，用来调节管路系统的阻力。水泵的安装位置必须低于水轮机中心高程10~15米，以避免水轮机在高真空度下试验时水泵处于严重的空化条件。为避免循环管路系统的含气量不断增加，造成观测困难并影响空化初生压力，设置了空气溶解箱。为保证水轮机进口处水流的稳定，压力箱必须有足够的横截面积。为保证在较大范围内改变真空度，尾水管出口处的真空箱必须有足够的刚度。 水轮机空化特性的模型试验及原型观测 二、反击式水轮机临界空化系数的测定 转轮最低压力点的压力 的临界状态下， 而 。因此可改变Hs，测出相应的 ，绘出 曲线，然后确定相应工况下的临界空化系数。不同形状的曲线，临界空化系数的取值方法也不同，如下图： 水轮机空化特性的模型试验及原型观测 这样选取临界空化系数不够确切，主要是没有考虑空化对水流运动的影响。水轮机的效率 。反之，效率下降。若两者成比例变化，则效率不变。在空化发展过程中，由于空泡的出现，流道特性发生了变化。在空化发展的初期阶段，由于空化膜的减阻作用，可促使效率增大；随着空化的进一步发展，空泡尺寸增大，流道的有效断面减小，效率急剧下降。因此， 曲 水轮机空化特性的模型试验及原型观测 线的突起部分，主要是空化发展的结果，是由固定空泡的附加作用造成的。所以，按前述办法确定的临界值偏大。为避免这一情况，有人建议按 曲线的平缓部分的延长线与 曲线的交点为基准，来选取临界空化系数，如下图： 水轮机空化特性的模型试验及原型观测 这一方法确定的水轮机空化系数，可能在高水头范围改变了空化对水轮机出力的限制，从而使水轮机的最大出力增大，使水轮机在振动、空化都不严重的前提下，提高了设备利用率。用该方法确定的模型和原型水轮机空化系数的对比如下表： 水轮机空化特性的模型试验及原型观测 三、水轮机空化发展过程的观测 在水轮机模型试验过程中，可借助频闪观测仪，透过尾水管有机玻璃直接观测空化的发展过程。轴流式水轮机工作轮空化发展过程的观测结果图： 水轮机空化特性的模型试