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摘 要：水轮机作为水力发电站中一种重要的发电设备，其使用性能的好坏将会对电能质量有着关键性的影响，更是人们日常生活用电的基本保障。但是，在实际的水轮机组运行过程中，由于受到很多因素的影响，常常导致汽轮机发生了严重的气蚀，大大降低了水轮机组的运行效率，导致机组产生距离的振动和噪声，致使水轮机的耐久性遭到了较大的破坏。因此，加强对水轮机气蚀的预防控制是非常有必要的。为此，笔者就通过结合自身多年的工作经验，针对水轮机的气蚀形成的原因进行了研究阐释，同时总结出了一些相关有效的预防措施。
关键词：水轮机；气蚀；预防措施
在我国当前多数的水轮机组运行中，气蚀已经成为一种较为常见的故障问题，不仅严重影响了整个系统的可靠运行，还造成了大量电能的白白浪费。因此，各大水力发电站也开始逐渐意识到这一问题的重要性，并对气蚀产生的原因进行了深入的调查分析，从而采取了相应的解决对策，及时破坏了真空涡带的形成，将气蚀产生的振动降到最低，同时选择了最合理的运行工程方式，对汽轮机构造进行了优化设计，充分做好了汽轮机组日常维护管理工作，有效的防止气蚀危害的发生，以下本文重点对水轮机的气蚀及预防措施进行了简要的探讨，以供参考借鉴。
1 气蚀磨损产生的原因
水在一个标准大气压（10.33m水柱）下，当温度达到100℃时开始沸腾汽化，随着压力降低，水开始汽化的温度也随之降低。水在某一温度开始汽化的临界压力称为该温度下的汽化压力。
当水流在水轮机中流动通过压力低于汽化压力区界时，水汽化沸腾产生气泡，流到高压区界时气泡迅速溃灭，在溃灭瞬间产生极大的冲击力，对金属表而产生周期性的撞击。金属表而在这种反复的冲击荷载下，主要发生疲劳破坏，表而产生小凹坑，进而发展成海绵状，严重的可能在表而形成大片凹坑，深度达20mm。
除了由于冲击应力造成的表而疲劳破坏，水流的化学和电化腐蚀作用加速了气蚀破坏的进程。气泡溃灭时会放出一定的热量，同时水击压力对金属表而反复冲击也会产生局部高温，引起金属的氧化。山于金属表而局部高温（300℃以上），在材料之间形成热电祸，冷热端形成电位差，对金属表而产生电解作用。水流中挟带的泥沙对金属表而的磨削也促进了气蚀。实验表明，带有各种固体微粒的水流比纯水更容易产生气蚀，含沙水流产生的气蚀空泡压力比清水高10～15%，而气穴强烈脉动增加水流的紊动，也加速了泥沙对金属的磨损。
2 水轮机中常见的气蚀类型
2.1 翼型气蚀
通常情况下，这种气蚀问题大多是发生在轮叶片出口附近，其主要是因为轮叶翼型形状发生改变而导致，当水流绕流叶片的过程中，将会导致叶片背面速度不断加快，此时的压力正在快速降低，直到某一个点的压力到达该水温下的气化压力条件时，就会出现翼型气蚀，同时产生大量的气泡，致使水流无法正常流动，从而严重影响了水轮机组的运行效益。其次，若是存在轮叶制造材料质量较差，或是表面不平整等问题，翼型气蚀会使轮叶表面形成蜂窝状的孔洞，如果不对其进行及时的检查维修，势必会造成轮叶更严重的磨损。
2.2 空腔气蚀
由于水流在尾水管内发生了剧烈的旋转，导致中心空腔处产生了真空，我们一般将这种情况称为空气空腔气蚀。而引起这一现象的根本原因是当水轮机并没有在设计工况下进行运行，致使水轮机的法向出口受到破坏，发生了漩涡和脱流的情况。并且，因为转轮出口和转轮尾水管进口产生了涡带，同时在涡带中心有着较大的压降，一旦当其降至到气化压力时，就很容易出现空腔气蚀，这样不仅会对尾水管造成十分严重的损坏，还会引发水轮机组发生强烈的振动，发出刺耳的噪音，极大的威胁了水轮机系统的安全可靠运行。
2.3 间隙气蚀
间隙气蚀一般大多是因为水轮机组在非设计工况下运行时，当水流通过间隙处，或是较小通过时，部分局部流速将会迅速升高，导致压力下降而引起的。其主要发生在转轮叶片与转轮室之间的间隙处以及轮转的尾水管中，通常这种气蚀的破坏氛围较小，但在实际的水轮机组运行中的表現尤为突出。
2.4 局部气蚀
当过流部件的局部表面存在不平整的问题，水流围着不平整表面绕流时，就会导致局部压力降低，从而发生局部气蚀，而这一问题与水轮机的制造质量有着直接的关联。
3 防止水轮机气蚀的预防措施
3.1 选择最优化的运行方式
笔者通过多年来的实践工作观察发现，运行工况质量的好坏对于气蚀有着较大的影响。当水轮机在正常运行过程中，工作人员应该随时对水轮机尾水管真空表中的数值变化进行认真仔细的观察和记录，以此来选择出合理优秀的运行工况，尽量避免水轮机处于低负荷的运行状态，从而防止运行工况区域遭到气蚀的破坏。其次，一定要充分保障尾水管补气装置、顶盖处真空破坏阀等构件的完好无损。这样一来，就可以减少真空压力的产生，将气蚀带来的危害性教导最低，促使水轮机组能够持续稳定的运行。
3.2 用抗气蚀材料，提高加工工艺
目前这种措施见效快、适用广。叶片的主要材料有铸铁和铸钢，铸铁中由于石墨的存在，抗气蚀性能差。铸钢的抗气蚀性能与铁素体含量和钢的纯度有关，铁素体越多抗气蚀性能越差，钢的纯度越高抗气蚀性能越高。组织均匀对抗气蚀性能有利，具有低碳的铬镍不锈铸钢具有优良的抗气蚀能力。另外，加工过程中，保证金属表而光洁也可以提高抗气蚀性能。
3.3 改善水轮机的水力设计
改善叶片翼型设计可以改善气蚀条件。叶片进水边具有圆弧状、叶片背而应有均匀压力分布、叶片出水边较薄、翼型剖而为光滑流线型、绕流条件好等都是改善气蚀条件的有效措施。另外，通过改进尾水管及转轮上冠设计，能减缓空腔气蚀。
3.4 采用零气蚀检修工艺和方法
第一，缩短检修周期，采用以小修为主的检修方法，是实现零气蚀的有效途径。在气蚀初期及时检查处理，避免产生气蚀凹坑。第二，采用金属喷焊技术覆盖材料表面。第三，对于已破坏区，采用抗蚀材料（如D276高铬锰钢耐气蚀堆焊条）焊结合局部翼型修整，严格打磨至光滑平整。第四，采用抗气蚀材料作表而防护，如利用环氧金刚砂刷涂到金属表面。第五，改善间隙形态，减缓间隙气蚀。
结束语
综上所述，可以得知，气蚀对于水轮机组的破坏性是巨大的，而这些气蚀问题并不是完全无法避免的，只要及时采取相应的预防措施，尽可能采用抗蚀性能加强的材料，切实根据水轮机的运行特点和结构设计，选择出良好的运行工况，一旦水轮机组发生故障问题和气蚀，就要立即对其进行检查和维修，避免产生更严重的后果。
参考文献
[1]王小平.水轮机叶片局部气蚀原因分析和处理初探[J].新疆水利，2009（04）.
[2]周兆华.水轮机转轮及导水叶气蚀的维护[J].小水电，2004（05）.
[3]宋明波.水轮机转轮气蚀分析及处理[J].东北水利水电，2003（09）.
[4]林成法.水轮机导叶气蚀及处理方法[J].华电技术，2009（05）.
关键词：水轮机；气蚀；预防措施
在我国当前多数的水轮机组运行中，气蚀已经成为一种较为常见的故障问题，不仅严重影响了整个系统的可靠运行，还造成了大量电能的白白浪费。因此，各大水力发电站也开始逐渐意识到这一问题的重要性，并对气蚀产生的原因进行了深入的调查分析，从而采取了相应的解决对策，及时破坏了真空涡带的形成，将气蚀产生的振动降到最低，同时选择了最合理的运行工程方式，对汽轮机构造进行了优化设计，充分做好了汽轮机组日常维护管理工作，有效的防止气蚀危害的发生，以下本文重点对水轮机的气蚀及预防措施进行了简要的探讨，以供参考借鉴。
1 气蚀磨损产生的原因
水在一个标准大气压（10.33m水柱）下，当温度达到100℃时开始沸腾汽化，随着压力降低，水开始汽化的温度也随之降低。水在某一温度开始汽化的临界压力称为该温度下的汽化压力。
当水流在水轮机中流动通过压力低于汽化压力区界时，水汽化沸腾产生气泡，流到高压区界时气泡迅速溃灭，在溃灭瞬间产生极大的冲击力，对金属表而产生周期性的撞击。金属表而在这种反复的冲击荷载下，主要发生疲劳破坏，表而产生小凹坑，进而发展成海绵状，严重的可能在表而形成大片凹坑，深度达20mm。
除了由于冲击应力造成的表而疲劳破坏，水流的化学和电化腐蚀作用加速了气蚀破坏的进程。气泡溃灭时会放出一定的热量，同时水击压力对金属表而反复冲击也会产生局部高温，引起金属的氧化。山于金属表而局部高温（300℃以上），在材料之间形成热电祸，冷热端形成电位差，对金属表而产生电解作用。水流中挟带的泥沙对金属表而的磨削也促进了气蚀。实验表明，带有各种固体微粒的水流比纯水更容易产生气蚀，含沙水流产生的气蚀空泡压力比清水高10～15%，而气穴强烈脉动增加水流的紊动，也加速了泥沙对金属的磨损。
2 水轮机中常见的气蚀类型
2.1 翼型气蚀
通常情况下，这种气蚀问题大多是发生在轮叶片出口附近，其主要是因为轮叶翼型形状发生改变而导致，当水流绕流叶片的过程中，将会导致叶片背面速度不断加快，此时的压力正在快速降低，直到某一个点的压力到达该水温下的气化压力条件时，就会出现翼型气蚀，同时产生大量的气泡，致使水流无法正常流动，从而严重影响了水轮机组的运行效益。其次，若是存在轮叶制造材料质量较差，或是表面不平整等问题，翼型气蚀会使轮叶表面形成蜂窝状的孔洞，如果不对其进行及时的检查维修，势必会造成轮叶更严重的磨损。
2.2 空腔气蚀
由于水流在尾水管内发生了剧烈的旋转，导致中心空腔处产生了真空，我们一般将这种情况称为空气空腔气蚀。而引起这一现象的根本原因是当水轮机并没有在设计工况下进行运行，致使水轮机的法向出口受到破坏，发生了漩涡和脱流的情况。并且，因为转轮出口和转轮尾水管进口产生了涡带，同时在涡带中心有着较大的压降，一旦当其降至到气化压力时，就很容易出现空腔气蚀，这样不仅会对尾水管造成十分严重的损坏，还会引发水轮机组发生强烈的振动，发出刺耳的噪音，极大的威胁了水轮机系统的安全可靠运行。
2.3 间隙气蚀
间隙气蚀一般大多是因为水轮机组在非设计工况下运行时，当水流通过间隙处，或是较小通过时，部分局部流速将会迅速升高，导致压力下降而引起的。其主要发生在转轮叶片与转轮室之间的间隙处以及轮转的尾水管中，通常这种气蚀的破坏氛围较小，但在实际的水轮机组运行中的表現尤为突出。
2.4 局部气蚀
当过流部件的局部表面存在不平整的问题，水流围着不平整表面绕流时，就会导致局部压力降低，从而发生局部气蚀，而这一问题与水轮机的制造质量有着直接的关联。
3 防止水轮机气蚀的预防措施
3.1 选择最优化的运行方式
笔者通过多年来的实践工作观察发现，运行工况质量的好坏对于气蚀有着较大的影响。当水轮机在正常运行过程中，工作人员应该随时对水轮机尾水管真空表中的数值变化进行认真仔细的观察和记录，以此来选择出合理优秀的运行工况，尽量避免水轮机处于低负荷的运行状态，从而防止运行工况区域遭到气蚀的破坏。其次，一定要充分保障尾水管补气装置、顶盖处真空破坏阀等构件的完好无损。这样一来，就可以减少真空压力的产生，将气蚀带来的危害性教导最低，促使水轮机组能够持续稳定的运行。
3.2 用抗气蚀材料，提高加工工艺
目前这种措施见效快、适用广。叶片的主要材料有铸铁和铸钢，铸铁中由于石墨的存在，抗气蚀性能差。铸钢的抗气蚀性能与铁素体含量和钢的纯度有关，铁素体越多抗气蚀性能越差，钢的纯度越高抗气蚀性能越高。组织均匀对抗气蚀性能有利，具有低碳的铬镍不锈铸钢具有优良的抗气蚀能力。另外，加工过程中，保证金属表而光洁也可以提高抗气蚀性能。
3.3 改善水轮机的水力设计
改善叶片翼型设计可以改善气蚀条件。叶片进水边具有圆弧状、叶片背而应有均匀压力分布、叶片出水边较薄、翼型剖而为光滑流线型、绕流条件好等都是改善气蚀条件的有效措施。另外，通过改进尾水管及转轮上冠设计，能减缓空腔气蚀。
3.4 采用零气蚀检修工艺和方法
第一，缩短检修周期，采用以小修为主的检修方法，是实现零气蚀的有效途径。在气蚀初期及时检查处理，避免产生气蚀凹坑。第二，采用金属喷焊技术覆盖材料表面。第三，对于已破坏区，采用抗蚀材料（如D276高铬锰钢耐气蚀堆焊条）焊结合局部翼型修整，严格打磨至光滑平整。第四，采用抗气蚀材料作表而防护，如利用环氧金刚砂刷涂到金属表面。第五，改善间隙形态，减缓间隙气蚀。
结束语
综上所述，可以得知，气蚀对于水轮机组的破坏性是巨大的，而这些气蚀问题并不是完全无法避免的，只要及时采取相应的预防措施，尽可能采用抗蚀性能加强的材料，切实根据水轮机的运行特点和结构设计，选择出良好的运行工况，一旦水轮机组发生故障问题和气蚀，就要立即对其进行检查和维修，避免产生更严重的后果。
参考文献
[1]王小平.水轮机叶片局部气蚀原因分析和处理初探[J].新疆水利，2009（04）.
[2]周兆华.水轮机转轮及导水叶气蚀的维护[J].小水电，2004（05）.
[3]宋明波.水轮机转轮气蚀分析及处理[J].东北水利水电，2003（09）.
[4]林成法.水轮机导叶气蚀及处理方法[J].华电技术，2009（05）.