小水电站低负荷运行及气蚀预防措施掘进机

小水电站低负荷运行及气蚀预防措施

小水电站低负荷运行及气蚀预防措施 2011年12月02日 来源： ? １前言??? 小型水电站由于来水受环境因素的制约，运行工况大多偏离额定工况。按照运行规程规定，小水电站所采用的反击式水轮机是不能在低于额定出力的５０％工况下运行的，但是出于经济、环境等因素的综合考虑，只要切实做好防止气蚀的措施，小型水电站在低负荷工况下运行是有必要的。??? 以里石门水库坝后电站为例，其担负着防洪、灌溉和发电三项任务。设计时装机容量为１×５００ｋＷ，水轮机型号为ＨＬ２２０—ＷＪ—５０Ａ，适用水头为３８～５４ｍ，流量为１．７７～１．９１ｍ３/ｓ。除了防洪时（同时也为丰水期）的满负荷运行，大多情况下，都低于额定工况运行。特别是近年来的大旱天气，造成水库水位持续偏低；同时下游农业用水和生活用水的迫切需求，再加上华东电网“电荒”的严峻形势，迫使其基本上处于低负荷运行。??? 另外，丰水期来临时，为了尽量多利用来水发电，一般都将发电机运行功率因素值提高（即减少无功出力）来多发有功，大多情况下将功率因素值提高到０．９０～０．９５。因提高功率因素所欠发的无功，则通过枯水期多发无功给予弥补，即在枯水期机组有功出力不足时，适当调低发电机的运行功率因素值，以增加机组的无功出力，一般把数值设为０．６左右。??? 由于上述情况的存在，里石门水库坝后电站的运行工况大多是偏离额定工况低负荷运行的，当然，机组均是在切实做好防止气蚀的措施和避开气蚀严重区下运行的。??? ２预防气蚀措施??? 水轮机是水电站中将水能转换成机械能带动发电机工作的核心设备，其重要性可想而知。而水轮机运行的优劣及其使用寿命的长短，则与“气蚀”有着极为密切的关系。??? ２．１气蚀的产生和危害??? 水轮机的气蚀是怎样产生的呢？在反击式水轮机的流道中，由于边界条件的变化，局部流速的增高，致使压力下降或因转轮叶片迫使水流的力矩发生改变，使转轮叶片背面产生负压。因为水中含有约５％的空气和气核，当压力低于空化压力时，就会发生空化现象，产生大量气泡。这些气泡进入高压区后，开始凝结并破裂，四周的水质点则高速向气泡中心撞击，形成局部高压，而撞击后的水质点反方向运动时又会形成局部低压，产生大量气泡，这种气泡的产生和溃裂过程称为气蚀。??? 气蚀对金属材料的破坏作用主要是机械作用，一种是属于在屈服点内的疲劳破坏，另一种是属于超过屈服点后塑性变形使它破坏。水在水轮机的流道中产生空化现象后，这些气泡随着水流进入高压区，在高压作用下气泡破裂而四周水质点向中心撞击能形成极高的射流速度，产生对水轮机过流边界的高速冲击，瞬间可达３２００×１０５Ｐａ，并且以１０～２０万Ｈｚ的频率进行。在反复冲击载荷的作用下，金属部件的表面质点由韧性状态转为脆性状态，即“疲劳”。它使金属的持久极限即屈服点下降，当水击压力大于屈服点时，金属晶粒脱落，严重时，水轮机叶片会产生空孔、缺口，甚至脱落，造成水轮机过流部件的破坏。同时机组也产生了大量的振动和噪声，降低了水轮机的出力和效率，并且使水轮机的检修周期缩短，增加了检修工作的复杂性和工作量。其后果是造成电站运行成本升高和人力、物力的耗损。所以，在水轮机的生产制造，水电站的设计施工以及运行管理中，都应设法减轻或阻止气蚀的产生。

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