水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空蝕量預(yù)估的一種近似算法

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空蝕量預(yù)估的一種近似算法

    1、概述
    水輪機(jī)空蝕是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程,目前對(duì)水輪機(jī)空蝕的檢查,一般在水輪機(jī)投入運(yùn)行后6000~10000h內(nèi)進(jìn)行,在空蝕部位用塑性物質(zhì)填滿到未損壞時(shí)的表面形狀,然后直接測(cè)量塑性物質(zhì)的體積或采用測(cè)量空蝕深度及面積近似計(jì)算空蝕體積。目前還沒有一個(gè)很好的適用方法對(duì)空蝕量預(yù)估,本文根據(jù)國(guó)外水泵空蝕的經(jīng)驗(yàn)公式,提出一種在模型試驗(yàn)階段進(jìn)行水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空蝕量預(yù)估的一種近似算法,并結(jié)合國(guó)內(nèi)某電站模型試驗(yàn)空化觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行實(shí)例計(jì)算。
    2、 經(jīng)驗(yàn)公式及說明
    以下的經(jīng)驗(yàn)公式是基于水泵空蝕計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式,國(guó)外也有人曾用于水輪機(jī)空蝕計(jì)算,經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)表明也是適用的。具體公式如下:
    式中:
    ERP
    :
    空蝕最深處預(yù)計(jì)空蝕速度(m/s)
    CL
    :
    常數(shù),葉片正壓側(cè)=2.2×10-12(m3/N/s=m/s/Pa)
    葉片負(fù)壓側(cè)=2.2×10-12(m3/N/s=m/s/Pa)
    Lcav
    :
    空化(脫流)長(zhǎng)度(m)
    Lcavref
    :
    Lcav參考值=0.01(m)
    :
    常數(shù),葉片正壓側(cè)=2.83
    葉片負(fù)壓側(cè)=2.6
    p0
    :
    進(jìn)口靜壓力(Pa)
    pv
    :
    飽和大氣壓力(Pa)
    Rm
    :
    (葉片)材料抗拉強(qiáng)度(Pa)
    Fcor
    :
    浸蝕因數(shù)(飲用水=1.0)
    Fmat
    :
    材料因數(shù)(奧氏體不銹鋼=1.7)
    :
    水中空氣含量(ppm)
    ref
    :
    標(biāo)準(zhǔn)條件下水中空氣含量(=24ppm)
    最大空蝕深度按以下公式計(jì)算:
    式中:
    MDP
    :
    (葉片表面)最大空蝕深度(mm)
    ERP
    :
    空蝕最深處預(yù)計(jì)空蝕速度(m/s)
    Top
    :
    水輪機(jī)工作時(shí)間
    3、 計(jì)算實(shí)例
    下面以國(guó)內(nèi)某燈泡貫流式電站為例,預(yù)估水輪機(jī)葉片空蝕強(qiáng)度。
    計(jì)算條件如下:
    葉片材料抗拉強(qiáng)度
    Rm=7.55×108(Pa)
    水中空氣含量
    =24(ppm)
    進(jìn)口靜壓力
    p0=有效水頭(H)×ρ×g(Pa)
    ρ:水的密度,該電站常年氣溫下=997.9(kg/cm3)
    g:重力加速度=9.789(m/s2)
    飽和大氣壓力
    pv=2548(Pa)
    水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間
    Top=水輪機(jī)基準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間8000(h)×Wi
    Wi:合同各加權(quán)因子點(diǎn)權(quán)重
    按此公式計(jì)算各種工況下的水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間Top
    空蝕深度和
    ∑MDP=∑(各種工況下的MDP)
    葉片進(jìn)水邊空化(脫流)長(zhǎng)度
    Lcav =模型水輪機(jī)Lcav×模型比21.4286
    圖1:葉片進(jìn)水邊空化(脫流)長(zhǎng)度Lcav示意圖
    最大空蝕深度計(jì)算表格如下:
    表1 最大空蝕深度計(jì)算表格
    水頭
    項(xiàng)目
    額定出力的百分?jǐn)?shù)
    (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
    0.1627
    0.2417
    0.1068
    13
    Wi
    0.001
    0.0501
    0.1905
    0.095
    Top(hr)
    8.0
    400.8
    1524.0
    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

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