水轮机的汽蚀与热处理工艺

摘 要：水轮机汽蚀的产生对于工业生产有严重的影响,所以要对汽蚀现象进行分析研究,从而制定出解决的措施,提高汽轮机的使用性能,保证工业生产的顺利进行.文章对于汽轮机汽蚀的产生机理进行了分析,说明了汽蚀对工业生产的影响,然后介绍了几种对汽蚀的处理方法,为提高汽轮机的使用性能提供了有利的条件.

关 键 词：水轮机；汽蚀；热处理；零汽蚀检修

前言

水轮机在工业生产中发挥着重要的作用,其运行效率的高低直接影响到工业生产的效益.由于水轮机的运行介质主要是水,而水在一定的温度下,就会产生汽蚀现象,这是一切液体都具有的气化现象.而对于水轮机来讲,在运行温度达到100摄氏度,水面压力降到0.24mH2O（2.354×10a）时,就会发生气化现象,由此在水轮机内部形成汽蚀.水轮机的汽蚀不仅会影响到运行效率,同时还会缩短水轮机的使用寿命,对于工业生产来讲具有很大的损失.所以说应该对水轮机的汽蚀现象进行充分的分析,然后有针对性的提出解决的对策,为水轮机的正常运行提供有利的基础.

1水轮机汽蚀的产生机理

在反击式水轮机运行的过程中,由于边界条件的变化极易出现汽蚀现象.在流道中由于局部的流速过高会导致压力下降,在转轮叶片的作用下,会对水流的动矩产生影响,从而在叶片的背面产生负压.因为在水中一般会含有百分之五的空气或者是汽核,当水中的压力低于一定的限制,超出空化的压力时,就会出现空化现象而导致气泡的产生,当汽泡形发溃裂时,就是汽蚀现象产生的过程.

在水轮机运行的过程中,水在水轮机的流道内流动,在空化作用后,汽泡随着水流进入到流道的高压区,在高压的作用下,汽泡外部的压力和汽泡内部的压力不平衡,在这种压力作用下,汽泡就会溃裂.在汽泡溃裂的过程中,由于压力的不同而产生极大的冲击力,形成较高的射流,这种瞬间的射流冲击力非常大.在高频率的射流水击下,过流表面需要承受很大的冲击载荷,长此以往,金属材料的韧性就会受到影响,转变为脆性状态.在此过程中,屈服点逐渐的降低,在屈服点达到一定的临界后,在射流的冲击力作用下,金属表面的颗粒就会脱落,直接产生塑性变形,对水轮机造成很大的破坏.

2汽蚀浸蚀造成的后果和影响

在水轮机运行时,产生汽蚀是比较常见的现象,其对水轮机部件产生了很大的损坏,直接影响到水轮机的运行效率.在汽蚀侵蚀中,对于水轮机损坏现象影响最大的是叶片,会导致叶片出现空孔、缺口,严重时甚至是脱落.汽蚀侵蚀会导致机组的强烈振动和较大的噪音,在汽蚀的作用下,加大了对水轮机的破坏力度,缩短了维修周期,提高了维修成本,对于水轮机的运行来讲浪费很多的资金.水轮机受到的损害直接影响到运行效率,从而影响到工业生产的经济效益,所以说对水轮机进行防汽蚀措施具有重要的意义.

3水轮机防汽蚀的热处理工艺

下面主要讲述一下热处理在防汽蚀方面的作用.水轮机是由金属材料制成,所以金属材料的抗蚀性能十分重要.例如金属材料的硬度、极限拉伸度、弹性及晶粒的性质.

金属材料的性能不仅与成份有关,而且与其组成元素间的相互结合方式、形态及分布即与其内部组织结构也有关.同一成份的金属材料也可以通过改变其内部组织结构以改变其机械性能.例如钢在热处理工艺后可改变其内部的组织结构来改变其机械性能.

钢的热处理是将钢在固体状态下,通过加热、保温、冷却的方法,改变其内部组织结构,从而获得所需机械性能的一种操作工艺.热处理可分为普通热处理和表面热处理两大类.普通热处理又分退火、正火、淬火、回火.

由于汽蚀浸蚀是一个疲劳的过程,金属材料逐渐由韧性状态转变到脆性状态,其持久极限值也逐渐下降.要使水轮机产生超过屈服点的塑性变形直至破坏,则水轮机遭受到水锤效应产生的水击压力必须超过其屈服点,否则即使水轮机过流部件遭受到无限多次汽泡溃裂产生水锤效应的打击作用,金属材料也不会产生机械破坏.以上说明汽蚀对水轮机过流部件的浸蚀是有潜伏期的,且潜伏期就是水轮机过流部件的疲劳过程,即金属材料持久极限屈服点降至水锤效应产生水击压力值以下的这段时间.如果在汽蚀浸蚀的潜伏期内对水轮机过流部件进行调质处理使金属材料重新获得抗汽蚀的机械性能,可使金属材料避免遭受塑性变形直至破坏.

尺寸大的转轮叶片难以进行整体加温,可采取局部热处理或表面热处理.在转轮叶片汽蚀浸蚀比较严重的部位进行淬火,利用氧气和乙炔火焰,或高频感应电流将汽蚀浸蚀严重的部位快速加热到淬火温度,不等热量传到内部就立即冷却.由于冷却速度不一致会产生内应力,所以要进行回火处理.这样使汽蚀侵蚀严重部位提高了抗蚀性能,也避免了整体热处理的大量工作.

热处理工艺不仅使用于此,在转轮叶片制造和对已经形成金属破坏的转轮叶片进行修补时也可得到广泛的应用.

在工厂制造转轮叶片时,将转轮与叶片分别铸造后再与转轮体进行焊接.在焊接过程中由于冷却速度不一致,导致产生热应力和奥氏体转变成马氏体过程中体积膨胀产生的组织应力.所以要对焊接后的转轮进行去应力退火,其目的是消除铸件、锻件及焊接的内应力,防止在以后的运行过程中产生变形和裂纹.在转轮的制造过程中,如有条件还可以进行表面化学热处理.表面化学热处理是将转轮叶片放在化学介质中,通过加热和保温,使介质中的某些元素渗入叶片金属表面,改变表面层材料的化学元素成份,从而改变表层性能的方法.对于含Cr、Mo、V等合金元素的中碳合金钢,进行渗氮处理.将氮原子渗入到零件的表层,氮原子渗入钢中能与合金元素形成高硬度的氮化物,从而提高表层的硬度、耐磨性、耐蚀性和疲劳强度.

4结束语

水轮机在工业生产中应用的比较广泛,促进了工业生产的进步,提高了企业的经济效益.为了保证经济的稳步发展,需要水轮机正常运行,以高质量、高效率的状态稳定运行.由于水轮机的运行需要以水为动力,所以汽蚀现象在所难免,汽蚀的产生严重的影响到水轮机零部件的质量,因而影响到运行性能和使用寿命,对于水轮机的运行效率有很大的影响.所以在科学技术不断发展的情况下,应该对水轮机汽蚀的原因进行详细的分析,然后采取有效的防治措施,降低汽蚀现象的发生,实现零汽蚀检修,降低生产维护成本,提高运行效率,为工业生产企业提高经济效益创造有利的基础.

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