水轮机转轮空蚀量预估的一种近似算法 水轮机转轮空蚀量预估的一种近似算法 水轮机转轮空蚀量预估的一种近似算法
1、概述
水轮机空蚀是一个复杂的物理化学过程,目前对水轮机空蚀的检查,一般在水轮机投入运行后6000~10000h内进行,在空蚀部位用塑性物质填满到未损坏时的表面形状,然后直接测量塑性物质的体积或采用测量空蚀深度及面积近似计算空蚀体积。目前还没有一个很好的适用方法对空蚀量预估,本文根据国外水泵空蚀的经验公式,提出一种在模型试验阶段进行水轮机转轮空蚀量预估的一种近似算法,并结合国内某电站模型试验空化观测结果进行实例计算。
2、 经验公式及说明
以下的经验公式是基于水泵空蚀计算的经验公式,国外也有人曾用于水轮机空蚀计算,经实际检验表明也是适用的。具体公式如下:
式中:
ERP
:
空蚀最深处预计空蚀速度(m/s)
CL
: 叶片负压侧=2.2×10-12(m3/N/s=m/s/Pa)
Lcav
:
空化(脱流)长度(m)
Lcavref
:
Lcav参考值=0.01(m)
:
常数,叶片正压侧=2.83
叶片负压侧=2.6
p0
:
进口静压力(Pa)
pv
:
饱和大气压力(Pa)
Rm
:
(叶片)材料抗拉强度(Pa)
Fcor
:
浸蚀因数(饮用水=1.0)
Fmat
:
材料因数(奥氏体不锈钢=1.
7)
:
水中空气含量(ppm)
ref
:
标准条件下水中空气含量(=24ppm)
最大空蚀深度按以下公式计算:
式中:
MDP
:
(叶片表面)最大空蚀深度(mm)
ERP
:
空蚀最深处预计空蚀速度(m/s)
Top
:
水轮机工作时间
3、 计算实例
下面以国内某灯泡贯流式电站为例,预估水轮机叶片空蚀强度。
计算条件如下:
叶片材料抗拉强度
Rm=7.55×108(Pa)
水中空气含量
=24(ppm)
进口静压力
p0=有效水头(H)×ρ×g(Pa)
ρ:水的密度,该电站常年气温下=997.9(kg/cm
3)
g:重力加速度=9.789(m/s
2)
饱和大气压力
pv=2548(Pa)
水轮机运行时间
Top=水轮机基准运行时间8000(h)×Wi
Wi:合同各加权因子点权重
按此公式计算各种工况下的水轮机运行时间Top
空蚀深度和
∑MDP=∑(各种工况下的MDP)
叶片进水边空化(脱流)长度 图1:叶片进水边空化(脱流)长度Lcav示意图
最大空蚀深度计算表格如下:
表1 最大空蚀深度计算表格
水头
项目
额定出力的百分数
(m)
30
40
50
60
70
80
90
100
15.6
Wi
0.001
Top(hr)
8.0
Lcav(m)
0.386
MDP(mm)
0.0068
14.5
Wi
0.0229
0.0946
0.0749
0.0331
Top(hr)
183.2
756.8
599.2
264.8
Lcav(m)
0.257
0.257
0.321
0.321
MDP(mm)
0.0394 0.2417
0.1068
13
Wi
0.001
0.0501
0.1905
0.095
Top(hr)
8.0
400.8 760.0
Lcav(m)
0.107
0.107
0.107
0.107
MDP(mm)
0.0001
0.0052
0.0197
0.0098
11
Wi
0.0129
0.08
0.0577
Top(hr)
103.2
640.0
461.6
Lcav(m)
0.043
0.043
0.043
M