反击式水轮机空蚀评定

1、中华人民共和国国家标准 反击式水轮机空蚀评定GB/T 154691995Cavitation pitting evaluation in reaction hydraulic turbines 国家技术监督局1995-01-27批准 1995-09-01实施1 主题内容与适用范围 本标准规定了水轮机空蚀的评定条件、测量和评定方法，给出了空蚀保证量。 本标准适用于单机容量大于10MW，或混流式转轮公称直径大于或等于1m、轴流式转轮公称直径大于或等于2m的反击式水轮机。小于上述容量或直径的水轮机亦可参照使用。 对于混流式转轮公称直径大于6m、轴流式转轮公称直径大于8m的水轮机，

2、空蚀保证量可参照本标准另行商定。 水轮机因空化而引起对机组的功率、效率、振动和噪声等影响，不包括在本评定范围之内。2 术语、符号和单位2.1 空化(过去曾用“气蚀”)cavitation 空化是当流道中局部压力下降至临界压力(一般接近汽化压力)时，水中气核成长为气泡，气泡的聚积、流动、分裂、溃灭过程的总称。2.2 空蚀(过去曾用“气蚀损坏”)cavitation pitting 由于空化造成的过流部件材料损坏。2.3 空蚀保证期 cavitation pitting guarantee duration of operation 供方对水轮机空蚀量保证的有效期限。2.4 基准运行时间 refe

3、rence duration of operation(tr) 水轮机空蚀保证量的运行小时数，本标准规定为8000h。2.5 实际运行时间 actualduration of operation(ta) 水轮机投入运行至检查其空蚀时，实际运行的小时数。2.6 水轮机正常运行的功率上限 upper turbine power limit for normal continuous operation(Pcu) 水轮机在各个水头及其相应的允许尾水位下，允许连续运行的最大功率保证值(单位：MW)。2.7 水轮机正常运行的功率下限 lower turbine power limit for norma

4、l continuous operation(Pcl) 水轮机在各个水头及其相应的允许尾水位下，允许连续运行的最小功率保证值(单位：MW)。2.8 水轮机非正常运行的功率上限 upper turbine power limit for temporary abnormal operation(Ptu) 水轮机在正常运行的功率上限以上，在各个水头及其相应的允许尾水位下允许短时间运行的最大功率(单位：MW)。2.9 水轮机非正常运行的功率下限 lower turbine power limit for temporary abnormal operation(Ptl) 水轮机在正常运行的功率下限以

5、下，在各个水头及其相应的允许尾水位下允许短时间运行的最小功率(单位：MW)。2.10 水轮机正常运行区 turbine normal operating range 水轮机正常运行的功率上限与正常运行的功率下限之间的运行区(见图1)。图 1 水轮机运行区示意图2.11 水轮机超负荷非正常运行区 high turbine load abnormal operating range 水轮机正常运行的功率上限与最大可能功率之间的运行区(见图1)。2.12 水轮机低负荷非正常运行区 low turbine load abnormal operating range 水轮机正常运行的功率下限与空载之间的

6、运行区(见图1)。2.13 空蚀深度 depth of cavitation pitted area(h) 从母材原始表面量起而得到的空蚀深度(单位：mm)。2.14 空蚀面积 area damaged by cavitation pitting(A) 按规定测得的空蚀面积(单位：cm2)。2.15 空蚀体积 volume of material removed by cavitation pitting(V) 被空蚀剥落的材料体积(单位：cm3)。2.16 空蚀质量 mass of material removed by cavitation pitting(m) 被空蚀剥落的材料质量(单位

7、：kg)。2.17 空蚀量 amount of cavitation pitting(C) 实际测得的空蚀质量、深度或面积(单位：kg、mm、cm2)。2.18 空蚀保证量 guaranteed limit of the amount of cavitation pitting(Cr) 按基准运行时间应保证的空蚀质量、空蚀深度或空蚀面积(单位：kg、mm、cm2)。2.19 换算的空蚀保证量 corrected guaranteed amount of cavitation pitting(Ca) 根据实际运行时间换算出的空蚀保证量(单位：kg、mm、cm2)。2.20 空蚀质量保证系数 gu

8、aranteed coefficient of material mass loss by cavitation pitting(Km) 当水轮机转轮公称直径为1m、运行8000h的空蚀质量。2.21 空蚀深度保证系数 guaranteed depth coefficient of cavitation pitting(Kh) 当水轮机转轮公称直径为1m、运行8000h的空蚀最大深度。2.22 空蚀面积保证系数 guaranteed area coefficient of cavitation pitting(KA) 当水轮机转轮公称直径为1m、运行8000h的空蚀面积。2.23 转轮公称直径

9、 runner nominal diameter(D) 对于混流式水轮机为转轮叶片出口直径；对于轴流式、斜流式和贯流式水轮机指与转轮叶片轴心相交处的转轮室内径(单位：m)。2.24 吸出高度 suction head(Hs) 在水轮机中所规定的空化基准面至尾水位的高差(单位：m)。3 评定水轮机空蚀保证的基本要求、内容和条件3.1 基本要求 水轮机空蚀评定以一般水质为基础。水中含有少量泥沙或磨损强度不大时，可视为一般水质。若水中含有明显的化学腐蚀性物质或泥沙等固体物质或含气量超过一般情况时，则由合同双方另行协商。 水中含有少量泥沙对空蚀影响的实例，见附录B(参考件)。 水轮机在运行中，通流部件

10、表面由于磨损或其它原因暴露出来的材料缺陷，不应算作空蚀。3.2 内容 水轮机空蚀保证的内容包括空蚀保证期和空蚀保证量。 空蚀保证期的期限指水轮机最后一个部件交货后三年，或投入运行后两年，以先到期限为准。 空蚀保证量推荐采用空蚀质量来表示；如果需方要求，也可同时采用空蚀深度或空蚀面积，或同时取上述三个量来保证。3.3 条件 水轮机空蚀保证的条件包括水轮机运行区、运行时间、水头范围和尾水位等。 运行区上下限.1 水轮机正常运行的功率上限即为技术条件中规定的最大功率保证值。.2 水轮机正常运行的功率下限，随机型不同而异： 混流式为各相应水头45%功率保证值； 转桨式为各相应水头35%功率保证值； 定

11、桨式为各相应水头75%功率保证值。 以上各种机型在大于额定水头运行时，其相应的功率保证值均指额定功率。 运行时间.1 水轮机在基准运行时间8000h时，其中在非正常运行区超负荷运行不超过100h，低负荷运行不超过800h。.2 若实际运行时间不足或超过基准运行时间时，可按5.1中的公式(3)求得换算的空蚀保证量后，才可以进行空蚀量的评定。 水头范围 运行部门应在水轮机技术条件规定的最大水头与最小水头之间运行。 尾水位 水轮机无论是在正常运行区或是在非正常区内运行，都要保证达到设计所要求的相应尾水位(即满足吸出高度要求)。在不影响机组能量与稳定性的情况下，尾水位不能满足吸出高度的累计运行时间不得

12、超过400h。 特殊情况.1 水轮机启动和停机的过程，以及空载运行的时间都应计入实际运行时间中。.2 水轮机转轮在空气中施转的时间不包括在实际运行时间中。.3 转桨式水轮机一般不允许脱离协联运行，若因设备缺陷等原因，只能按定桨运行，则运行时间应计入实际运行时间，并应尽快通知供方进行缺陷处理。4 空蚀的检查、预修和测量、计算4.1 检查空蚀的时间 在水轮机空蚀保证期满之前，经合同双方协商确定空蚀检查的时间和方法，并共同对水轮机的空蚀进行测量和评定。4.2 空蚀的预修 在保证期内，水轮机运行一段时间后，征得需方同意，在需方的协助下，供方对水轮机的空蚀进行必要的检查。若空蚀较为严重，供方负责对空蚀部

13、件进行无偿修理。经过修理后，空蚀保证期应从重新投运时间算起。如经合同双方同意，保证期也可不间断或适当延长。4.3 空蚀量的测量与计算 空蚀深度的测量 测量前，应将所有被测部位清扫干净。将样板(或其他适当的工具)安放在未被损坏的表面上，用测深尺或合同双方同意的其他方法测量，其误差不得超过最大深度的±10%或1mm(两者取大值)。 空蚀面积的测量 对被测部位清扫干净后，用油漆或其他方法将各个空蚀区的边界划出来(变色区不计算在内)，并临摹在纸上，或用合同双方都同意的方法量出空蚀的面积，测量误差不得超过±10%。 空蚀体积的测量与计算.1 直接测量法 在空蚀部位用塑性物质填满到未损

14、坏时的表面形状，然后直接测量塑性物质的体积。当损坏面位于三度曲面时，其表面形状应用样板或其他适当工具校验，测量误差不得超过±15%。.2 近似计算法 空蚀体积可采用以下公式近似计算： (1)式中 Vi第i个空蚀区的体积； himax第i个空蚀区的最大深度； Ai第i个空蚀区的面积。 空蚀质量的确定m=V (2)式中 钢材密度，一般可取7.85g/cm3。5 空蚀量的评定5.1 水轮机空蚀量的合格标准 水轮机空蚀的检查，应在投入运行后600010000h内进行，最长不超过12000h，如果在水轮机通流部件上测得的空蚀量C，没有超过按时间换算的空蚀保证量Ca(即CCa)，则水轮机的空蚀量

15、认为合格。 根据实际运行时间换算的空蚀保证量计算方法如下：Ca=Cr(ta/tr)n (3)式中 Ca换算得出的空蚀保证量； Cr空蚀保证量； ta实际运行时间； tr基准运行时间； n换算指数。 当实际运行时数ta小于或等于10000h，n=1.0； 实际运行时数ta大于10000h，不锈钢：n=1.6；碳钢：n=2.0。5.2 水轮机空蚀保证量 水轮机空蚀保证量可按下式计算： 最大深度 hmax=KhD2/3 (4) 面积 A=KAD5/3 (5) 质量 m=KmD2 (6)式中 hmax空蚀最大深度，mm； A空蚀面积，cm2； m空蚀质量，kg； D水轮机转轮公称直径，m； Kh、KA

16、、Km水轮机转轮空蚀深度、面积和质量保证系数，见下表1。 由公式(4)、(5)、(6)确定的空蚀保证量是一般正常条件的要求，在条件有利时，可以小些，相反则可大些。 注：确定空蚀保证量是需要考虑的一个综合性经济问题，若需方要求较小的空蚀保证量，则允许的吸出高度需与供方协商确定。表 1转 轮 形 式材 质KhKAKm混流式不锈钢碳 钢353006000.81.8轴流式不锈钢碳 钢352004000.51.2注：1.混流式转轮包括上冠、下环、叶片、泄水锥。 2.轴流式转轮包括转轮体、叶片。5.3 转轮为碳钢，空蚀区采用不锈钢堆焊或其它方式保护，以及叶片用不锈钢，下环、上冠为碳钢等情况，则不锈钢保护区

17、应按不锈钢进行计算与评定。水轮机的空蚀保证量可在不锈钢与碳钢之间选取，由合同双方协商确定。实际运行测得的空蚀量的计算和评定方法，见附录A(补充件)。5.4 单个叶片的空蚀面积A、质量m不得大于全部叶片平均损坏量的两倍。5.5 水轮机其他通流部件的空蚀保证量。 转桨式或定桨式水轮机导水机构、转轮室和尾水管全部空蚀量之和(质量或面积)取转轮空蚀保证量的一半，深度保证量与转轮相同。 混流式水轮机导水机构与尾水管全部空蚀量之和(质量或面积)取转轮空蚀保证量的三分之一。  附 录 A组合材料转轮的空蚀计算和评定方法(补 充 件)A1 评定方法 转轮采用组合材料，按公式(A1)、(A2

18、)、(A3)将不同材料实际测出的空蚀量，分别计算出相应基准运行时间的实际空蚀系数K，然后相加。若其和小于合同规定的空蚀保证系数K，则转轮的空蚀量认为合格。 若已测出水轮机实际空蚀量，则可按下式分别求换算的水轮机转轮的实际空蚀系数，即 (A1) (A2) (A3)式中 Km换算的水轮机实际空蚀质量系数； KA换算的水轮机实际空蚀面积系数； Kh换算的水轮机实际空蚀最大深度系数。A2 实例 某水电站1号机为混流式水轮机，转轮公称直径为5m，叶片为不锈钢，上冠和下环为碳钢，机组运行12000h，测得叶片空蚀质量为29kg，空蚀面积为4500cm2，最大空蚀深度为15mm；上冠和下环空蚀质量为16kg

19、，空蚀面积为3000cm2，最大空蚀深度为20mm。评定此转轮的空蚀量是否合格。A2.1 计算步骤 第一步：选定空蚀保证系数K。 对以上组合材料的转轮，合同双方参照本标准5.2中的表1选定：Km=1.0KA=400不锈钢：Kh1=3碳钢：Kh2=5 第二步：计算实际空蚀系数K值。 不锈钢转轮叶片实际空蚀系数的换算： 碳钢上冠和下环实际空蚀系数的换算 故组合转轮实际空蚀质量系数为Km=Km1+Km2=0.606+0.284=0.89 实际空蚀面积系数为KA=KA1+KA2=160.89+91.19=252.08 实际空蚀最大深度系数为Kh1=2.68(不锈钢)Kh2=3.04(碳钢)A2.2 对比评定KmKmKAKAKh1Kh1Kh2Kh2 结论：该组合转轮空蚀量为合格。 附 录 B水中含有少量泥沙对空蚀的影响(参 考 件) 这是在标准与合同中经常引起争议的问题，目前要准确给出基本上不影响空蚀评定的泥沙含量，尚有一定困难。表B1中列出了国内水流含有少量泥沙的水电站，在空蚀保证期内空蚀情况的一部分实例，以供参考。但不能将表B1看作是磨损或磨蚀的评定标准，或说明对这样数量的泥沙可以忽视，而不采取任何预防措施。表 B1序 号电站机组号水轮机型号水轮机额定功率(MW)水 头(m)吸