水轮机的安装高程

水电站项目3：水轮机类型与构造水电站项目4.水轮机的工作原理2014.091水轮机基本方程式2水轮机的效率3水轮机的安装高程目录项目4.水轮机的工作原理4.2水轮机的安装高程每台水轮机在安装中都涉及安装海拔高度的问题，也就是机组的安装高程问题，那么安装高程是随意定还是有严格算法呢？经很多辈人很多年的研究发现，安装高程与水轮机的空蚀现象有紧密的联系。影响因素主要有：空蚀现象及空蚀系数；材料的空蚀性能；河流水质；当地海拔及气压。安装高程概述4.3水轮机的安装高程水轮机的空化现象大约在20世纪被人们发现的，是水流在能量转换过程中产生的一种不利现象。当液体温度一定时，降低压力到某一临界压力时，液体会汽化或溶解于液体中的空气发形成空穴，这种现象称为空化。空化是在液体中形成空穴使液相流体的连续性遭到破坏，它发生在压力下降某一临界值的流动区域中。在空穴中主要充满着液体的蒸汽以及从溶液中析出的气体。当这空穴进入压力较低的区域时，就开始发育成长为较大的气泡。4.3.1空蚀4.3.1.1水的空化现象4.3水轮机的安装高程4.3.1空蚀4.3.1.1水的空化现象空化空泡4.3水轮机的安装高程4.3.1空蚀4.3.1.1水的空化现象空化空泡4.3水轮机的安装高程当空化产生的气泡被流体带到压力高于临界值的区域，气泡就将溃灭。空化过程可以发生在液体内部，也可以发生固定边界上。空蚀是指由于空泡的溃灭，过流表面材料由于长期冲击产生疲劳破坏后引起的损坏。在空泡溃灭过程中伴随机械、电化、热力、化学等过程的作用。空蚀是空化的直接后果，空蚀只发生在固体边界上。空蚀可定义为由于空化现象引起的过流表面材料的破坏。即最终结果表现为过流表面的破损。4.3.1空蚀4.3.1.2空蚀现象4.3水轮机的安装高程4.3.1空蚀4.3.1.2空蚀现象4.3水轮机的安装高程空蚀破坏后的过流部件4.3.1空蚀4.3.1.2空蚀现象4.3水轮机的安装高程水轮机空蚀的特征：噪音：沉闷的低频噪音；振动：机组振动加剧；波动：效率、出力下降、摆动；破坏：过流表面损伤，出现麻点、蜂窝状小坑，甚至穿孔。水轮机空蚀的根本原因：局部压力过低（低于该温度的临界气化压力）。4.3.1空蚀4.3.1.2空蚀现象4.3水轮机的安装高程水轮机空蚀的类型（依据发生部位）：翼型空蚀：发生在反击式水轮机叶片上的空蚀；间隙空蚀：发生在过流间隙之间的空蚀；空腔空蚀：发生在尾水管内的空蚀；局部空蚀：发生在不平整表面后的空蚀。4.3.1空蚀4.3.1.2空蚀现象4.3水轮机的安装高程4.3.2空蚀系数4.3.2.1空蚀系数之与水轮机性能衡量水轮机性能好坏有两个重要参数，一个参数是效率，表示能量性能，另一个参数是空蚀系数，表示空化性能。一个好的水轮机转轮必须同时具备良好的能量性能和空蚀性能，既要效率高，能充分利用水能，又要空化系数小，使水轮机在运行中不易发生气蚀破坏。

4.3水轮机的安装高程4.3.2空蚀系数4.3.2.2空蚀系数σ影响因素σ是压力最低点动力真空的相对值，无因次量；σ值与转轮翼型和水轮机的工况有关，一般转轮出口动能大一些，空化系数σ也会增大；σ值与尾水管的性能有关，尾水管的恢复系数越大σ也越大，水轮机发生空化的可能性越大；对于某一水轮机，在既定的某一工况下，其σ值是定值。4.3水轮机的安装高程4.3.3水轮机的吸出高度4.3.3.2吸出高度的定义压力最低点的静力真空又称为吸出高度，它与水轮机安装高程有关。取决于转轮相对于下游水面的装置高度，而与水轮机型式无关。吸出高度定义为压力最低点至下游水位的垂直距离。吸出高度越小，则水轮机装得越低，水轮机抗空蚀性能愈好，但水电站的基建投资则愈大，因此，选择合理的吸出高度是水轮机装置参数优化设计和电站总体设计的技术经济的重要问题之一。4.3水轮机的安装高程4.3.3水轮机的吸出高度4.3.3.3吸出高度的规定但是转轮区域压力最低点的位置很难界定，因此工程上对吸出高度做了统一规定。(1)立轴混流式水轮机：Hs为导叶下部底环平面到下游尾水位垂直高度；(2)立轴轴流式水轮机：Hs为转轮叶片轴线到下游尾水位垂直高度。(3)斜流式水轮机:Hs为至转轮叶片旋转轴线于转轮室内表面交点到下游尾水位的垂直高度。(4)卧式反击式水轮机：Hs是叶片最高点到下游尾水位的垂直高度。Hs

为正值表示转轮位于下游水面之上；若为负值，则表示转轮位于下游水面之下。Hs的绝对值常称为淹没深度。4.3水轮机的安装高程4.3.3水轮机的吸出高度4.3.3.3吸出高度的规定吸出高度的规定4.3水轮机的安装高程4.3.3水轮机的吸出高度4.3.3.4吸出高度的计算为了避免转轮叶片上的空化，必须使压力最低点压力大于水流的饱和汽化压力，即。经化简最终得到或

▽——水轮机安装位置的海拔高程，可取为下游平均水位的海拔;

——模型空化系数。△——空化系数的修正值，可根据设计水头H查取；

H——水轮机水头；

——水轮机的空化安全系数.4.3水轮机的安装高程4.3.4水轮机的安装高程4.3.4.1安装高程的规定工程上对安装高程

做了统一规定：对于

立轴反击式水轮机安

装高程是指导叶中心

面高程，如图(a)所示；

对于卧式水轮机是指

主轴中心高程，如图

（b）所示。4.3水轮机的安装高程4.3.4水轮机的安装高程4.3.4.2安装高程的计算⑴立轴混流式水轮机式中