1、第五章第五章 叶片式流体的空蚀、泥沙叶片式流体的空蚀、泥沙 磨损及水力振动磨损及水力振动 空化与空蚀是发生于液体作为介质的水力空化与空蚀是发生于液体作为介质的水力机械中的一种特有现象，而在固体和空气中一机械中的一种特有现象，而在固体和空气中一般不会发生空化和空蚀。般不会发生空化和空蚀。所以空化与空蚀同样也是反映水轮机、水所以空化与空蚀同样也是反映水轮机、水泵特性的一个重要指标，是设计、试验、运行泵特性的一个重要指标，是设计、试验、运行中必须考虑的问题，并且一直是国内外水力机中必须考虑的问题，并且一直是国内外水力机械领域中的重要研究课题。械领域中的重要研究课题。本章准备讨论本章准备讨论4个方面的
2、问题：个方面的问题：1、空化与空蚀机理、空化与空蚀机理 2、水力机械的空化参数、水力机械的空化参数 3、水力机械的泥沙磨损、水力机械的泥沙磨损 4、水力机械的水力振动、水力机械的水力振动第一节第一节 空化与空蚀机理空化与空蚀机理一、空化现象一、空化现象 这是一种流体力学现象。这是一种流体力学现象。临界压力临界压力把给定温度下，液体开始汽化的压把给定温度下，液体开始汽化的压力叫做力叫做临界临界压力。压力。（在不同温度下，液体的（在不同温度下，液体的临界临界压力是不同的）。压力是不同的）。注意：当液体温度一定，而压力降低到相应的临注意：当液体温度一定，而压力降低到相应的临界压力时，也会出现汽化现象
3、，同时溶解于液体界压力时，也会出现汽化现象，同时溶解于液体中的气体析出，形成空泡（空穴）。中的气体析出，形成空泡（空穴）。通过水力机械流道中的液流，如果某个地方的流速通过水力机械流道中的液流，如果某个地方的流速增高，必然会引起此处的局部压力下降，当压力降增高，必然会引起此处的局部压力下降，当压力降低到当时液流下的临界压力时，这个低压区的液流低到当时液流下的临界压力时，这个低压区的液流就会开始汽化就会开始汽化出现空泡（汽泡），空泡随液流出现空泡（汽泡），空泡随液流运动到较高压力区，由于运动到较高压力区，由于P，汽泡中的蒸气要重新，汽泡中的蒸气要重新凝结成水，汽泡溃灭。因为体积突然收缩，汽泡原凝结
4、成水，汽泡溃灭。因为体积突然收缩，汽泡原先占有的空间形成真空，于是周围的高压液流质点先占有的空间形成真空，于是周围的高压液流质点高速冲近来，将对过流表面产生非常大的瞬间脉冲高速冲近来，将对过流表面产生非常大的瞬间脉冲压力（水锤压力）。同时，在压力增高时，原来从压力（水锤压力）。同时，在压力增高时，原来从液流中分解出来的小汽泡，在水锤压力的作用下被液流中分解出来的小汽泡，在水锤压力的作用下被急剧压缩，直到汽泡的弹性力大雨水锤压力时，汽急剧压缩，直到汽泡的弹性力大雨水锤压力时，汽泡将停止压缩而瞬间膨胀，所以对过流表面又形成泡将停止压缩而瞬间膨胀，所以对过流表面又形成另一种水锤压力。另一种水锤压力。
5、空化：空化：随着压力变化，液流中出现空泡状态随着压力变化，液流中出现空泡状态（初生、发展、溃灭）及产生一系列物理化（初生、发展、溃灭）及产生一系列物理化学变化称作空化（空穴）。学变化称作空化（空穴）。空蚀：空蚀：指当空泡的溃灭过程发生于固壁表面指当空泡的溃灭过程发生于固壁表面，而使材料破坏，即由空化引起的材料破坏而使材料破坏，即由空化引起的材料破坏（侵蚀）。（侵蚀）。空泡的产生与发展取决于液体的状态空泡的产生与发展取决于液体的状态（温度和压力）以及液体本身的物理性质（温度和压力）以及液体本身的物理性质（所含杂质量及所溶解的气体等）。（所含杂质量及所溶解的气体等）。空泡的发展型式空泡的发展型式
6、（按存在形式和产生的原因来分）：（按存在形式和产生的原因来分）：、游动型（离散型）空泡。、游动型（离散型）空泡。、固定型空泡（空泡初生后形成附着于边界、固定型空泡（空泡初生后形成附着于边界上的空隙）。上的空隙）。、旋涡型空泡（液体受强烈扰动而形成）。、旋涡型空泡（液体受强烈扰动而形成）。、振动型空泡。、振动型空泡。二、空蚀机理二、空蚀机理 空蚀对过流部件造成的破坏，主要有四种空蚀对过流部件造成的破坏，主要有四种理论：机械作用、电化作用、化学作用和微理论：机械作用、电化作用、化学作用和微射流理论。射流理论。1）机械作用）机械作用 在过流表面的某处，随着液流不断流过，在过流表面的某处，随着液流不断
7、流过，空泡不断形成空泡不断形成溃灭溃灭压缩和膨胀，将产生压缩和膨胀，将产生很高的冲击压力。通过高速摄影的圆盘实验很高的冲击压力。通过高速摄影的圆盘实验观察到，汽泡凝结时间约万分之一秒，水锤观察到，汽泡凝结时间约万分之一秒，水锤压力可以达到几百个甚至几千个大气压，对压力可以达到几百个甚至几千个大气压，对边壁材料造成破坏。边壁材料造成破坏。1空泡在溃灭过程中产生冲击波，从空泡的空泡在溃灭过程中产生冲击波，从空泡的中心向外放射时具有和大的冲击力，对材料中心向外放射时具有和大的冲击力，对材料产生破坏。产生破坏。2大的空泡在溃灭过程中会变形，空泡分裂大的空泡在溃灭过程中会变形，空泡分裂成若干个小空泡的过
8、程中还会产生高速的微成若干个小空泡的过程中还会产生高速的微射流束，产生很强的冲击力。射流束，产生很强的冲击力。在过流边壁的某一个地方，随着液流的不在过流边壁的某一个地方，随着液流的不断流过，溃灭的空泡像尖刀一样反复锤打金断流过，溃灭的空泡像尖刀一样反复锤打金属边壁（疲劳破坏），金属表面在反复打击属边壁（疲劳破坏），金属表面在反复打击下，金属晶格开始破坏下，金属晶格开始破坏出现裂纹。当压力出现裂纹。当压力升高时，高压液流深进金属裂缝，压力突然升高时，高压液流深进金属裂缝，压力突然下降时，缝隙中的液流又吹出来，循环下去下降时，缝隙中的液流又吹出来，循环下去造成金属破坏，最终成块脱落造成金属破坏，最
9、终成块脱落剥蚀。剥蚀。2）化学作用）化学作用 当空泡被压缩时，由于体积突然缩小，温度要当空泡被压缩时，由于体积突然缩小，温度要升高放出热量；同时水锤压力对金属表面的冲击也升高放出热量；同时水锤压力对金属表面的冲击也要产生局部高温。当空泡凝结时，局部温度可达到要产生局部高温。当空泡凝结时，局部温度可达到300C左右，所以在这种高温、高压作用下，又促左右，所以在这种高温、高压作用下，又促使了空蚀对金属表面的氧化，这就是化学作用。使了空蚀对金属表面的氧化，这就是化学作用。3）电化作用）电化作用 气泡在高温高压作用下产生放电现象，这就是电气泡在高温高压作用下产生放电现象，这就是电化作用。因为金属表面被
10、高压液流反复冲击的部位化作用。因为金属表面被高压液流反复冲击的部位会产生很大热量，温度升高，形成热端，将会与邻会产生很大热量，温度升高，形成热端，将会与邻近点的非冲击部位近点的非冲击部位(冷端冷端)构成一个热电耦，在热电构成一个热电耦，在热电耦的回路中产生电势，使金属内部有电流通过，也耦的回路中产生电势，使金属内部有电流通过，也产生电化腐蚀产生电化腐蚀(电解作用电解作用)，致金属表面变暗变毛，致金属表面变暗变毛，加速机械破坏作用。加速机械破坏作用。4）微射流理论）微射流理论 空泡在溃灭过程中还会产生高速的微射流空泡在溃灭过程中还会产生高速的微射流束，产生很强的冲击力，对材料表面产生破束，产生很
11、强的冲击力，对材料表面产生破坏作用。坏作用。三、空蚀破坏类型及对性能的影响三、空蚀破坏类型及对性能的影响 1、空化空蚀破坏类型、空化空蚀破坏类型 1）.翼型空化和空蚀翼型空化和空蚀 2）.间隙空化和空蚀间隙空化和空蚀 3）.空腔空化和空蚀空腔空化和空蚀 4）.局部空化和空蚀局部空化和空蚀 2、空化与空蚀对水力机械性能的影响、空化与空蚀对水力机械性能的影响 对性能产生影响，主要表现为四个方面：对性能产生影响，主要表现为四个方面：1）、破坏过流表面）、破坏过流表面 2）、机器能量特性发生变化）、机器能量特性发生变化 3）、引起振动和噪声）、引起振动和噪声 4）、使机组检修频繁）、使机组检修频繁第二
12、节第二节 水力机械的空化参数水力机械的空化参数 既然空化与空蚀是水力机械在能量转既然空化与空蚀是水力机械在能量转换中特有的现象，它对机器的性能造成直换中特有的现象，它对机器的性能造成直接影响，故水力机械的空化空蚀性能也是接影响，故水力机械的空化空蚀性能也是一项非常重要的特性指标。如何反映水力一项非常重要的特性指标。如何反映水力机械的空化空蚀性能，这对于预测、改善机械的空化空蚀性能，这对于预测、改善水力机械的空化空蚀性能是非常必要的。水力机械的空化空蚀性能是非常必要的。常用翼型空化空蚀来表征水力机械的常用翼型空化空蚀来表征水力机械的性能，它是反击式水力机械中最主要的空性能，它是反击式水力机械中最
13、主要的空化空蚀形式。化空蚀形式。翼型空化主要发生在叶片背面靠近出水边翼型空化主要发生在叶片背面靠近出水边（水轮机）或进水边（泵）的地方，我们设（水轮机）或进水边（泵）的地方，我们设叶片背面的叶片背面的K点为最低压力点，那么当点为最低压力点，那么当K点的点的压力低于或等于当时液体温度的汽化压力时压力低于或等于当时液体温度的汽化压力时（pk/pv/）就发生空化。）就发生空化。空化空化(或空蚀或空蚀)系数系数 泵：泵：=称装置空化系数称装置空化系数 水轮机：水轮机：=称称电站空化 系数系数 aaSHhsvaasvaag水力机械的空化系数水力机械的空化系数 =rrShgHPva-Pkvak，称为外空化
14、指标（安装机组时控制）称为外空化指标（安装机组时控制）称内空化指标（设计时控制）称内空化指标（设计时控制）因为因为 是无因次的，它是水力机械空化现是无因次的，它是水力机械空化现象的相似准则，对几何相似，工作在相似工象的相似准则，对几何相似，工作在相似工况的机器况的机器 =const。空化空化(或空蚀或空蚀)比转速比转速 C=5.62nqv1/2/hr3/4 第三节第三节 水力机械的泥沙磨损水力机械的泥沙磨损 河流中普遍夹带有大量的泥沙，尤其是河流中普遍夹带有大量的泥沙，尤其是黄河的含沙量居世界首位。那么当大量泥沙黄河的含沙量居世界首位。那么当大量泥沙经过水轮机，会对电站的运行，对水轮机造经过水
15、轮机，会对电站的运行，对水轮机造成什么影响呢？成什么影响呢？对多泥沙河流上水电站的水轮机泥沙磨对多泥沙河流上水电站的水轮机泥沙磨损是一个普遍存在的问题。损是一个普遍存在的问题。一、泥沙磨损的定义一、泥沙磨损的定义 水力机械的工作水流中，具有一定对内的水力机械的工作水流中，具有一定对内的坚硬沙粒冲撞过流表面，而将造成材料的坚硬沙粒冲撞过流表面，而将造成材料的微体积剥落，这一过程称为泥沙磨损。微体积剥落，这一过程称为泥沙磨损。二、泥沙磨损的危害二、泥沙磨损的危害 磨损过流部件磨损过流部件v，p，引起机，引起机组振动组振动。举例说明：举例说明：1、白金电站（白金电站（ZL）：因过机水流中含有大量铁沙
16、，）：因过机水流中含有大量铁沙，运行时间小于三年，转轮叶片普遍磨薄，边缘已严运行时间小于三年，转轮叶片普遍磨薄，边缘已严重损坏，转轮室中部分已完全磨掉，露出了混凝土。重损坏，转轮室中部分已完全磨掉，露出了混凝土。2、关江电站（关江电站（HL）：运行时间小于）：运行时间小于2300小时，叶片小时，叶片已穿孔。已穿孔。3、甘肃家嘴电站，甘肃家嘴电站，H=32米，转轮为米，转轮为30#铸钢，运行铸钢，运行45天后，转轮出水边磨成鱼鳞坑，下环处磨成刀刃天后，转轮出水边磨成鱼鳞坑，下环处磨成刀刃状，出现缺口，下迷宫环全已磨损，运行一年后，状，出现缺口，下迷宫环全已磨损，运行一年后，功率由功率由3000K
17、W下降到下降到2400KW，注：注：ZL机主要磨损部件为转轮及转轮室。机主要磨损部件为转轮及转轮室。4、河南某电站水轮机的转轮室与叶片间隙由、河南某电站水轮机的转轮室与叶片间隙由68毫米磨损到毫米磨损到70100毫米。中高水头电毫米。中高水头电站，有时导水机构磨损比较严重。站，有时导水机构磨损比较严重。5、甘肃某电站；、甘肃某电站；H=100米，经过一个汛期运米，经过一个汛期运行，导叶出现缺口，造成导叶严重漏水，开行，导叶出现缺口，造成导叶严重漏水，开停机困难。停机困难。6、渔子溪电站：、渔子溪电站：H=270米，运行米，运行11000小时小时后，不锈钢转轮完好，但导叶和底环抗磨板后，不锈钢转
18、轮完好，但导叶和底环抗磨板严重损坏。严重损坏。三、磨损机理三、磨损机理 水力机械的泥沙磨损是一个很复杂的问题，水力机械的泥沙磨损是一个很复杂的问题，一般认为是由于机械和化学作用的结果，当一般认为是由于机械和化学作用的结果，当然主要是由于机械的作用。然主要是由于机械的作用。当水流中的泥沙冲撞过流表面瞬间，可能当水流中的泥沙冲撞过流表面瞬间，可能产生高温高压，那么在高温高压作用下，因产生高温高压，那么在高温高压作用下，因为水中含有气体，就很易使金属表面氧化，为水中含有气体，就很易使金属表面氧化，使金属表面的保护膜被破坏使金属表面的保护膜被破坏产生局部腐产生局部腐蚀。再加上泥沙不断冲击金属表面，就更
19、加蚀。再加上泥沙不断冲击金属表面，就更加速金属保护层的破坏。速金属保护层的破坏。另外，由于坚硬的泥沙硬度一般高于金另外，由于坚硬的泥沙硬度一般高于金属材料的硬度，而且砂粒形状各异，有尖锐属材料的硬度，而且砂粒形状各异，有尖锐的菱角形的菱角形 圆形等，都以很高的速度处境在材圆形等，都以很高的速度处境在材料表面上。当尖角砂粒以平行材料的表面移料表面上。当尖角砂粒以平行材料的表面移动，使接触点产生横向塑性流动，切下一定动，使接触点产生横向塑性流动，切下一定数量的微体积材料，这相当于微切削过程。数量的微体积材料，这相当于微切削过程。在垂直冲击下，尖角砂粒同材料接触时，在垂直冲击下，尖角砂粒同材料接触时
20、，尖角会转动，这也存在微切削效果，但切削尖角会转动，这也存在微切削效果，但切削能力不如小冲角。圆形砂粒垂直冲击在材料能力不如小冲角。圆形砂粒垂直冲击在材料表面会产生反复的塑性变形形成凹坑。这些表面会产生反复的塑性变形形成凹坑。这些塑性降低，脆性增加的堆积物将重新受压移塑性降低，脆性增加的堆积物将重新受压移位。同时在合适的砂粒冲角下位。同时在合适的砂粒冲角下，易被直接剪，易被直接剪断断属变形磨损。属变形磨损。泥沙对过流表面的磨损过泥沙对过流表面的磨损过程，相当于变形磨损和微切削程，相当于变形磨损和微切削磨损的复合作用。磨损的复合作用。空蚀破坏特征：空蚀破坏特征：空蚀破坏是有潜伏期的，金属变色（表
21、面空蚀破坏是有潜伏期的，金属变色（表面灰暗）灰暗）麻点（真孔状）麻点（真孔状）海绵状（表面十海绵状（表面十分疏松），鱼鳞坑分疏松），鱼鳞坑孔洞、沟槽、裂纹等。孔洞、沟槽、裂纹等。破坏表面无金属光泽。破坏表面无金属光泽。泥沙磨损破坏特征：泥沙磨损破坏特征：泥沙磨损破坏是无潜伏期的，具有擦痕泥沙磨损破坏是无潜伏期的，具有擦痕沟槽沟槽鱼鳞坑的破坏特征，破坏表面呈金属鱼鳞坑的破坏特征，破坏表面呈金属光泽。光泽。四、影响泥沙磨损的因素四、影响泥沙磨损的因素 1.砂粒破度，形状，尺寸，含砂量等。砂粒破度，形状，尺寸，含砂量等。（砂成分：石英，长石，花岗石硬度（砂成分：石英，长石，花岗石硬度；形状：；形状：
22、棱角形，尖角形，圆形等。棱角形，尖角形，圆形等。粒径粒径0.25mm不允许通过水轮机，建议不允许通过水轮机，建议0.05或或0.050.1mm）2.材料的抗磨性能（如金属表面渗碳，涂料，材料的抗磨性能（如金属表面渗碳，涂料，环氧金刚砂，抗磨橡胶等）。环氧金刚砂，抗磨橡胶等）。3.水流状态（水流速度及冲击方向）。水流状态（水流速度及冲击方向）。一般认为磨损量与流速成三次方关系一般认为磨损量与流速成三次方关系。五、主要的抗磨措施五、主要的抗磨措施1.结构设计上改善水流流态结构设计上改善水流流态 在结构设计上尽量使过流表面平滑，没在结构设计上尽量使过流表面平滑，没有凹凸不平，窄缝等造成局部旋涡产生。
23、有凹凸不平，窄缝等造成局部旋涡产生。设耐磨系数表征设耐磨系数表征 ZG30 定为定为“1”堆堆6424焊条焊条“4.0”20Cr5Cu板材板材“2.03.0”1Cr18Ni9Ti板材板材“1.21.8”2.采用耐磨材料几涂层，对易磨部位铺抗磨板。采用耐磨材料几涂层，对易磨部位铺抗磨板。如对顶盖和底环部分铺抗磨板，来加强过流部件如对顶盖和底环部分铺抗磨板，来加强过流部件的耐磨性能。的耐磨性能。3.合理选择机型和工作参数合理选择机型和工作参数 机型：机型：中高水头（中高水头（H=3001700m）和）和HL（H=30700m）中选择时：）中选择时：水斗式的喷针，喷嘴易遭泥沙磨损，造成水斗式的喷针，
24、喷嘴易遭泥沙磨损，造成，但易更，但易更换，换，水斗式总的耐磨，适宜多泥沙电站。水斗式总的耐磨，适宜多泥沙电站。HL的主要磨损部位是导叶，而且的主要磨损部位是导叶，而且HL的磨损对的磨损对影响比水斗式小，寿命长，但检修较难，从减少磨损影响比水斗式小，寿命长，但检修较难，从减少磨损观点应选观点应选HL。机型：机型：低水头低水头ZL和和HL中选择时：中选择时：ZL转轮出口处转轮出口处W2较大，易遭磨损，但检修较大，易遭磨损，但检修比比HL容易。容易。从磨损观点看，宜选从磨损观点看，宜选HL机组。机组。工作参数：工作参数：（1）多泥沙电站多泥沙电站Hs允应取小一点。允应取小一点。（2）选择较大的转轮直
25、径选择较大的转轮直径D1，减少转轮中，减少转轮中相对流速，减少转轮磨损。相对流速，减少转轮磨损。4.对机组运行运行工况的限制对机组运行运行工况的限制 这主要是指规定合理的运行工况，当偏这主要是指规定合理的运行工况，当偏离设计工况时，水流条件恶化，局部流速增离设计工况时，水流条件恶化，局部流速增加，会加剧磨损破坏。所以必须控制机组的加，会加剧磨损破坏。所以必须控制机组的运行工况。对多泥沙电站，水轮机作调相运运行工况。对多泥沙电站，水轮机作调相运行和停机时，由于导叶关闭不严，在导叶间行和停机时，由于导叶关闭不严，在导叶间会产生高速射流，使导叶磨损加剧。那么为会产生高速射流，使导叶磨损加剧。那么为减
26、少导叶磨损，停机时先不关闭导叶，而是减少导叶磨损，停机时先不关闭导叶，而是利用主阀的关闭来避免发生导叶的间隙泄漏。利用主阀的关闭来避免发生导叶的间隙泄漏。5.设沉沙池，排砂建筑物设沉沙池，排砂建筑物 在电站设沉沙池或排砂闸，来减少过机泥在电站设沉沙池或排砂闸，来减少过机泥沙。沙。衡量水力机组性能的好坏，除了用能衡量水力机组性能的好坏，除了用能量指标和空蚀性能好坏来判断外，还应量指标和空蚀性能好坏来判断外，还应该有一个反映工作稳定性的指标，因为该有一个反映工作稳定性的指标，因为机组的振动除了直接影响到运行的稳定机组的振动除了直接影响到运行的稳定性外，而且剧烈振动还会造成设备和厂性外，而且剧烈振动
27、还会造成设备和厂房的破坏，所以振动问题目前已作为一房的破坏，所以振动问题目前已作为一项重要的科研课题。项重要的科研课题。第四节第四节 水力水力机械机械的水力振动的水力振动 引起水轮发电机组振动可分成三大类引起水轮发电机组振动可分成三大类：机械振动：机械振动：由转动部分质量不平衡以及工况由转动部分质量不平衡以及工况及安装等原因造成。及安装等原因造成。电磁振动：电磁振动：由发电机电气部分的电磁力不平由发电机电气部分的电磁力不平衡而引起。衡而引起。水力振动：水力振动：由水轮机尾水管涡带、导叶或叶由水轮机尾水管涡带、导叶或叶片尾部的涡列、转轮止漏环中的压力脉动或片尾部的涡列、转轮止漏环中的压力脉动或者
28、引水钢管的振动等因数造成。者引水钢管的振动等因数造成。一、尾水管涡带及其引起的水力振动一、尾水管涡带及其引起的水力振动 尾水管涡带是尾水管涡带是HL和和ZD式水轮机在部分式水轮机在部分负荷时，尾水管中出现的一种不稳定流动，负荷时，尾水管中出现的一种不稳定流动，这种不稳定流动产生的压力脉动是造成水这种不稳定流动产生的压力脉动是造成水轮机组振动和出力摆动的主要根源。轮机组振动和出力摆动的主要根源。各种工况下尾水管涡带的形状及特点各种工况下尾水管涡带的形状及特点 (a)（b）(c)(d)(e)(f)a)空载或负荷很小：尾水管成固稳型死水区且与尾空载或负荷很小：尾水管成固稳型死水区且与尾水管同心，这时
29、压力脉动的值很小。水管同心，这时压力脉动的值很小。b)（30-40）N：出现偏心涡带，并稍有扭曲，水压：出现偏心涡带，并稍有扭曲，水压脉动大，是危险区域。脉动大，是危险区域。c)（40-55）N：涡带严重偏心水力脉动更大，是最：涡带严重偏心水力脉动更大，是最危险的区域。危险的区域。d)（70-75）N：涡带同心水压脉动很小；对运行无：涡带同心水压脉动很小；对运行无扰动。扰动。e)（75-85）N：无涡带，没有水压脉动，运行稳定。：无涡带，没有水压脉动，运行稳定。f)满负荷到超负荷：基本是管状涡带（在转轮出口满负荷到超负荷：基本是管状涡带（在转轮出口约有收缩），有很小的压力脉动。约有收缩），有很
30、小的压力脉动。危险区域：危险区域：从图上可以看出：（从图上可以看出：（30-55）N范围类涡范围类涡 带带都出现偏心；水压脉动很大，一般要认为这两种都出现偏心；水压脉动很大，一般要认为这两种涡带皆是造成尾水管压力脉动的主要原因。涡带皆是造成尾水管压力脉动的主要原因。由尾水管涡带造成的压力脉动属于低频压力脉由尾水管涡带造成的压力脉动属于低频压力脉动，即涡带的频率是低于水轮机转动频率的，动，即涡带的频率是低于水轮机转动频率的，一旦空腔外边形成了局部空蚀并引起水击作用一旦空腔外边形成了局部空蚀并引起水击作用时就会产生不规则的强压力冲击，所以在这种时就会产生不规则的强压力冲击，所以在这种低频的压力脉动
31、作用下就会引起水轮机组的振低频的压力脉动作用下就会引起水轮机组的振动。动。主要表现的特点是：主要表现的特点是：1）引起尾水管振动，严重时将破坏尾水管里衬）引起尾水管振动，严重时将破坏尾水管里衬2）引起水轮机顶盖的推力轴承的垂直振动）引起水轮机顶盖的推力轴承的垂直振动3）可能引起压力水管振动）可能引起压力水管振动4)引起厂方振动引起厂方振动 二、消除或减小尾水管压力脉动的措施二、消除或减小尾水管压力脉动的措施 1.尾水管补气尾水管补气 2.布置阻水栅布置阻水栅 3.导水栅导水栅 4.改变尾水管结构形状，加长尾水管改变尾水管结构形状，加长尾水管 锥段及选择其适当的锥角锥段及选择其适当的锥角 三、涡
32、列引起的叶片振动三、涡列引起的叶片振动 卡门涡列：卡门涡列：水流绕过圆柱体或翼型时，在尾部会产生水流绕过圆柱体或翼型时，在尾部会产生两列交错的漩涡，这就是卡门涡列。两列交错的漩涡，这就是卡门涡列。卡门涡的后果是使速度场发生变化，当这种卡门涡的后果是使速度场发生变化，当这种漩涡交替脱落时，就会对绕流过流部件形成漩涡交替脱落时，就会对绕流过流部件形成周期性振动。周期性振动。叶片振动：叶片振动：由于叶片出水边总是具有一定厚度的由于叶片出水边总是具有一定厚度的（并不是理想中的尖翼形），尤其是在偏离（并不是理想中的尖翼形），尤其是在偏离最优工况运行时，当水流从叶片流过时，在最优工况运行时，当水流从叶片流
33、过时，在出水边不可避免的会产生漩涡（属于卡门涡出水边不可避免的会产生漩涡（属于卡门涡列），注意到，当这些单涡交替地从叶片脱列），注意到，当这些单涡交替地从叶片脱落出来的同时，将对具有弹性的叶片产生交落出来的同时，将对具有弹性的叶片产生交替变化的侧向作用力，激起叶片振荡；同时，替变化的侧向作用力，激起叶片振荡；同时，由于叶片的反馈作用，使叶片附近的水流也由于叶片的反馈作用，使叶片附近的水流也受到激发和扰动，又会产生作用在叶片上的受到激发和扰动，又会产生作用在叶片上的周期性的脉动压力。周期性的脉动压力。卡门涡引起涡振的主要外部特征：卡门涡引起涡振的主要外部特征：（1）产生金属共鸣声；）产生金属共鸣声；（2）叶片根部出现裂纹；）叶片根部出现裂纹；（3）机组振动。）机组振动。发生部件：涡列引起的叶片振动主要发生在发生部件：涡列引起的叶片振动主要发生在转轮叶片和固定导叶，以及活动导叶出水边。转轮叶片和固定导叶，以及活动导叶出水边。涡振消除办法：涡振消除办法：（1）改变叶片自振频率（叶片中间加支）改变叶片自振频率（叶片中间加支撑）。这样可以增加钢度提高自振频率。撑）。这样可以增加钢度提高自振频率。（2）减薄叶片出口边（倒角）减薄叶片出口边（倒角3040）
