1、中华人民共和国国家标准GB/T 15469-1995 反击式水轮机空蚀评定Cavitation pitting evaluation in reaction hydraulic turblnes 1 主题内容与适用范围本标准规定了水轮机空蚀的评定条件、测量和评定方法，给出了空蚀保证量。本标准适用于单机容量大于10MW.或混流式转轮公称直径大于或等于1m、辅流式转轮公称直径大于或等于2m的反击式水轮机。小于七述容量或直径的水轮机亦可参照使用。对于1昆流式转轮公称直径大于6m、辅流式转轮公称豆径大于8m的水轮机，空蚀保证量可参照本标准另行商定。水轮机因空化而引起对机组的功率、效率、振动和噪音等影响
2、，不包括在本评定范围之内。2 术语、符号和单位2. 1 空化(过去曾用气蚀)cavitation 空化是当流道中局部压力下降至临界压力(一般接近1气化压力)时，水中气核成长为气泡，气泡的聚积、流动、分裂、溃灭过程的总称。2.2 空蚀(过去曾用气蚀损坏)cavitation pitting 由于结化造成的过流部件材料损坏。2.3 空蚀保证期cavitation pitting guarantee duration of operation 供方对水轮机空蚀量保证的有效期限。2.4 基准运行时间reerence duration of operation (t,) 水轮机空蚀保证量的运行小时数，本
3、标准规定为8000 ho 2.5 实际运行时间actuai duration o operation (t,) 水轮机投入运行至检查其空蚀时，实际运行的小时数。2.6 水轮机正常运行的功率上限upper turbine power limit for normal continuous operation (1,) 水轮机在各个水头及其相应的允许尾水位下，允许连续运行的最大功率保证值。(单位，MW)2. 7 水轮机正常运行的功率下限lower turbine power limit or normal continuous operation (1,) 水轮机在各个水头及其相应的允许尾水位下，
4、允许连续运行的最小功率保证值。(单位，MW)2.8 水轮机非正常运行的功率k限upper turbine power limit for temporary abnormal operation (1,) 水轮机在正常运行的功率上限以t.在各个水头及其相应的允许尾水位下允许短时间运行的最大功率(单位，MW)。2.9 水轮机非E常运行的功率下限lower turbine power limit for temporary abnormal operation (1 ) 水轮机在正常运行的功率下限以下，在各个水头及其相应的允许尾水位下允许短时间运行的最小功率(单位，MW)。国家技术监督局1995-
5、01-27批准1995-09-01实施803 GB/T 15469-1995 2.10 水轮机正常运行区turbine normal operating range 水轮机正常运行的功率上限与正常运行的功率下限之间的运行区(见图1)02.11 水轮机超负荷非止常运行区high turbine load .abnormal opctating- range 水轮机正常运行的功率上限与最大可能功率之间的运行区cw，图1)。2.12 水轮机低负荷非正常运行|又low turbine load abnormal operating range 水轮机lE常运行的功率下限Lj字载之1汩的运行区(见图1)
6、。H 童咆帆酣宦功事擒，草的盘技术景仲规屯的水轮机功率保证值量电机最大允许功率掉，革的水轮幌功率Hmu p P p p、, 水轮肌1ft负荷水轮机正常压行5(J 水轮机届负荷一一一一非正常运行区水轮机最大可能功率线水轮机悍证功率辑Hm ,n P , I PC I p 国1;J.二年t村Li至ir凶尽意凶2. 13 旨I虫在t度depth of cavitation pitted area (h) 从母材原始表面量起而得到的空蚀深度(单位2mm)。2.14 空蚀面积area damaged by cavitation pitting (A) 按规定测得的空蚀丽积(单位zcmz)。p 2.15 苦
7、苦蚀体积volume of material removed by cavitation pitting (V) 被空蚀剥落的材料体积(单位:cm勺。2.16 空蚀质最mass of material removed by cavitation pitting (m) 被空蚀剥落的材料质量(单位:kg)。2.17 空蚀量amount of cavitation pitting (C) 实际测得的空蚀质量、深度或面积(单位:kg、mm、cm)。2.18 空蚀保证量guaranteed limit of the amount of cavitation pitting CC.) 按基准运行时间应保
8、证的空蚀质量、空蚀深度或空蚀面积(单位:kg、mm、cm)。2.19 换算的空蚀保证量corrected guaranteed amount of cavitation pitting CC.) 根据实际运行时间换算出的空蚀保证量(单位:kg、mm、cm勺。P 2.20 空蚀质量保证系数guaranteed coefficient of material mass loss by cavitation pitting (Krn) 均水轮机转轮公称直径为1m，运行8000h的空蚀质量。2. 21 空蚀深度保证系数guaranteed depth coefficient of cavitation
9、 pitting (Kh) 当水轮机转轮公称直径为1m，运行8000h的空蚀最大深度。2. 22 空蚀面积保证系数guaranteed area coefficient of cavitation pitting (KA) 当水轮机转轮公称直径为1m，逅行8000h的空蚀面积。2.23 转轮公称直径runner nominal diametcr () 创(l.1GB/T 15469-1995 对于1昆流式水轮机为转轮叶片出口直径p对于轴流式、斜流式和贯流式水轮机指与转轮叶片轴心相交处的转轮室内径(单位:m)。2.24 吸出高度Ruction head (H,) 在水轮机中所规定的空化基准面至尾
10、水位的高差(单位:m)。3 评定水轮机空蚀保证的基本要求、内容和条件3. 1 基本要求3. 1. 1 水轮机空蚀评定以一般水质为基础。水中含有少量泥沙或磨损强度不大时，可视为一般水质。若水中含有明显的化学腐蚀性物质或泥沙筝固体物质或含气量超过一般情况时，贝tl由合同双方另行协商。水中含有少量泥沙对空蚀影响的实例，见附录B(参考件)。3. 1. 2 水轮机在运行中，通流部件表面由于磨损或其它原因暴露出来的材料缺陷，不应算作空蚀。3. 2 内容水轮机空蚀保证的内容包括空蚀保证期和空蚀保证量。3. 2. 1飞空蚀保证期的期限指:水轮机最后一个部件交货后三年，或投入运行后两年，以先到期限为准。3.2.
11、2 空蚀保证量推荐采用空蚀质量来表示$如果需方要求，也可同时采用空蚀深度或空蚀面积;或同时取上述三个量来保证。3.3 条件水轮机空蚀保证的条件包括水轮机运行区、运行时间、水头范围和尾水位等。3. 3. 1 运行区上下限3.3.1. 水轮机正常运行的功率上限即为技术条件中规定的最大功率保证值。3. 3. 1. 2 水轮机正常运行的功率下限，随机型不同而异;混流式为各相应水头45%功率保证值;转桨式为各相应水头35%功率保证值;定桨式为得相应水头75%功率保证值。以上各种机型在大于额定水头运行时，其相陀的功率保证值均指额定功率。3. 3. 2运行时间3. 3. 2. 水轮机在基准运行时间8000h
12、时，其中在非正常运行区超负荷运行不超过100h，低负荷运行不超过800b 0 3. 3. 2. 2 若实际运行时间不足或超过基准运行时间时，可按5.1条中的公式(3)求得换算的空蚀保证量后，才可以进行空蚀量的评定。3. 3. 3 水头范围运行部门应在水轮机技术条件规定的最大水头与最小水头之间运行。3. 3. 4 尾水位水轮机无论是在正常运行区或是在非正常区内运行，都要保证达到设汁所要求的相应尾水位(即满足吸出高度要求)。在不影响机组能量与稳定性的情况下，尾水位不能满足吸出高度的累计运行时间不得起过400h。3. 3. 5 特殊情况3. 3. 5. 1 水轮机启动和停机的过程，以及空载运行的时间
13、都应计入实际运行时间中。3. 3. 5.2 水轮机转轮在空气中旋转的时间不包括在实际运行时间中。3. 3. 5. 3 转桨式水轮机4般不允许脱离协联运行，若因设备缺陷等原因，只能按定桨运行，则运行时间应it入实际运行时间，并应尽快通知供方进行缺陷处理。4 空蚀的检查、预修和空蚀的测量、计算4. 1 检查空蚀的时间80fi GB/T 15469-1995 在水轮机空蚀保证期满之前，经合同双方协商确定空蚀检查的时间和方法，并共同对水轮机的空蚀进行测量和评定。4.2 空蚀的预修在保证期内，水轮机运行一段时间后，征得需方同意，在需方的协助下，供方对水轮机的空蚀进行必要的检查。若空蚀较为严重，供方负责对
14、空蚀部件进行元偿修理。经过修理后，空蚀保证期应从重新投运时间算起。如经合同双方同意，保证期也可不间断或适当延长。4.3 空蚀量的测量与计算4. 3. 1 空蚀深度的测量测量前，应将所有被视tl部位清扫干净。将样板(或其他适当的工具)安放在未被损坏的表面上，用测深尺或合同双方同意的其他方法测量，其误差不得超过最大深度的土10%或1mm(两者取大值)。4. 3. 2 空蚀面积的测量对被测部位清扫干净后，用油漆或其他方法将各个空蚀区的边界划出来(变色区不计算在内)，并l临摹在纸上，或用合同双方都同意的方法量出空蚀的丽积，测量误差不得超过土10%。4.3.3 空蚀体积的测量与计算4. 3. 3. 1
15、直接测量法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。当损坏面位于三度曲面时，其表面形状应用样板或其他适当工具校验，测量误差不得超过土15%。4.3. J 2 近似计算法空蚀体积可采用以下公式近似计算:V=ZVl=zhJ, ) -i ( 式中:V，一一第2个空蚀区的体积5himn. 第2个空蚀区的最大深度gA. 第z个空蚀区的面积。4. 3. 4 空蚀质量的确定m = Vp . C 2 ) 式中:卢钢材密度，一般可取7.85g/cm3, 5 空蚀量的评定5. 1 水轮机空蚀量的合格标准水轮机空蚀的检查，应在投入运行后6OOO10 ()OO h内进行，最长不超过12
16、000 h，如果在水轮机通流部件上测得的空蚀量C，没有超过按时间换算的空蚀保证量C，C即c，;c.)，则水轮机的空蚀量认为合恪。根据实际运行时间换算的空蚀保证量计算方法如下:C. = C, Ct.!t ,) C 3 ) 式中;Ca 换算得出的空蚀保证量;f二一空蚀保证量;t) l lIt. 实际运行时间pt，-基准运行时间pn 换算指数。G/T 15469- 1995 当实际运行时数t.小子或等于10000 h ，n二1.0; 实际运行时数t.大于10000 h，不锈钢:n=1.6i碳钢:n=2.O. 5.2 水轮机空蚀保证量水轮机空蚀保证量可按下式计算3最大深度zhm=khDZJ3.HH-H
17、U-HH-HH-HU-HH-HH-HH-. . . . . . . (4) 面积gA=KAIFJ3.HH-.(5) 质量:m=KmD2. . . . . . (6) 式中:hmx一一空蚀最大深度，mm;A一一空蚀面积，cm2;m tE蚀质量，kg;D 水轮机转轮公称直径，m;Kh、KA，Km一水轮机转轮空蚀深度、面积和质量保证系数，见下表L表l转轮形式材质K 不锈钢3 说流式碳钢5 辅流式不锈钢3 碳制5 注:(ljI白流式转轮包掐l二冠、下环、叶片、泄水锥。轴流式转轮包括转轮体、叶片。KA Km 300 O. 8 600 1.8 200 Q. 5 400 1. 2 由公式(4)、(5)、(6
18、)确定的空蚀保证量是一般正常条件的要求，在条件有利时，可以小些，相反则可大些。比确定?蚀保证量是苗要考虑的一个综合性经济问题，若需方要求较小的空蚀保证量，则允许的吸出高度需与供i协商确定。5. 3 转轮为碳纲、空蚀l丘采用不锈钢堆焊或其它方式保护g以及叶片用不锈钢，下环、上冠为碳钢等情况，则不锈钢保护区应按不锈钢进行计算与评定。水轮机的空蚀保证量可在不锈钢与碳钢之间选取，由介同双方协商确定。实际运行im得的空蚀量的计算和评定方法，见附录A(补充件)。5.4 单个叶片的宅蚀面积A、质量m不得大于全部叶片平均损坏量的两倍。5. 5 水轮机其他jl!流部件的空蚀保证量。5. 5. 1 转桨式或定桨式
19、水轮机导水机构、转轮窒和尾水管全部空蚀量之和(质量或面积)取转轮空蚀保证最的一半，深度保证量与转轮相同。5. 5. 2 i昆流式水轮机导水机构与尾水管全部空蚀量之和(质量或面积)取转轮空蚀保证量的二分之一。,R n7 Al 评定方法GB/T 1 5469 - 1 995 附录A组合材料转轮的空蚀计算和评定方法(补充件)转轮采用组合材料，按公式(Al)、(AZ)、(A3)将不同材料实际测出的空蚀量，分别计算出相应基准运行时间的实际空蚀系数K，然后相加。若其和小于合同规定的空蚀保证系数K，则转轮的空蚀量认为合格。若已拥出水轮机实际空蚀量，则可按下式分别求换算的水轮机转轮的实际空蚀系数，即:Km =
20、刑(f)n/DZ(Al) K A A( : )/D5/3 . (AZ) Kh =叫f)n/D的(A3) 式中:Km换算的水轮机实际空蚀质量系数;K A 换算的水轮机实际空蚀面积系数;K一一换算的水轮机实际空蚀最大深度系数。A2 实例某水电站l号机为:昆流式水轮机，转轮公称直径为5m，叶片为不锈钢，上冠和下环为碳钢，机组运行12000 h，测得叶片空蚀质量为29阳，空蚀面积为4500cm，最大空蚀深度为15mm;上冠和F环空蚀质量为16峙，空蚀面积为3000cm，最大空蚀深度为20mm，评定此转轮的空蚀量是否合格。A2.1 计算步骤第步2选定空蚀保证系数K，对以上组合材料的转轮，合同双方参照本标
21、准5.2中的表1选定:第二步:计算实际空蚀系数K值。不锈钢转轮叶片实际空蚀系数的换算:Km1.0; KA二400;不锈钢:Kh=3;碳钢:Kb25。( 8 000 1.6 Kl 291一一I /5 0.606: Ai 12000j 咐G/T 15469-1995 i 8 000 1.6 KKI=4500l i/55/3二16U.89， 12 0001 K hl二15i立旦旦q!16/52/3=268。1, 12000! 4提纲上冠和下环实际空蚀系数的换算z( 8 000 I 2 K m2 = 161 ，:一一1 /52 = 0.284, 1120001 , _ _ _ _ I 8 000 2
22、KA2 =3 0001一一一1 /5凡=91.19, 12 0001 ,- - - , , I 8000 2 ,_ KFh2=20|/52, 3=3.040 12 OOO! 故组合转轮实际空蚀质量系数为:K m = K ml十Km2 = O. 606 + O. 284 = 0.89; 实际空蚀面积系数为K A = K Ai + K = 160. 89 + 91. 19 = 252.08; 实际空蚀最大深度系数为:A2.2 对比评定Kl = 2. 68(不锈钢hK, = 3.04(碳钢)。Km 水轮机Jti门中心处所拍!IJ忱的压强e3. 12 水的资Jfspecific weight of w
23、atcr Y 吁.1v.体驯的水j二空气中的重量(附录B哀B1、去B2)。3. 13位rl/j(头potentialh , 平均海平面或指定的基准面与测点的高程差。3. 14 压力水头pressure head hr 用水性高度表示的系统中任意点斥强。3. 15 JJ11ltJJll o. 05 b 0.1 t O. 08工;-c_O.05d 去也O.5 4月。.0日，0.035f 5按加工图检查电P士O.25 表6水斗式水轮机转轮模型检查部位及允许偏差项目允许偏差(%l 备注l!, 士lT 士10对设计最大厚度的比值l., +1 相对矶的比值lh 士O.5 相对问的比值IJ +0.5 l 士
24、2kl9 G/T 15613-1995 续表6,m H 允许偏差(%) 备注。)0 Eh +0.5 对矶的比值，分水刃错位l + ) a 士1。t= V, 王山奇, 问V, a. Hn = (ZW1 Z.,) I (气吗飞吉JT8 t 同V, v h. Ho (2，十a-22)斗)0号+( V12Vz 2) -1飞2gI 图l水头定义t; LO G/T 15613-1995 1SET 。V, 时V, N C. I Pn1 - Pn? H , - (Z, + a -Z时)十101-了-)十(丘哥) Elr I :I V, 盈N d Hn= U + Z W Z ( 口均吃吃。归。问e.申喷嘴，H,
25、 (Z , V _. 2 ， +a-Zl)十10二-E+Y , 2g 双啧啧，H川=专，+ a - Z21) j rl l 亏(Z，十a- Z,) + 10 ZLK U9 十续图181 达二tG/T 15613-1995 、b.c、d、f正吸出高程e 一负吸出高程号一尾制一-一一1 因2吸山高度定义c M - 4 巳罔L H L, G/T 15613-1995 D 1) I Dt, D V, D 图3反击式水轮机主要尺寸ci 咱 823 X2.1 a c GO/T 15613-1995 啧啧，!，I钱。K D H 因4冲击式、斜流式水轮机主要尺寸GB/T 15613 1995 二。 G 4己,
26、 图5反击式水轮机安装尺寸D, D. D, D、V, i 。i_ D, V, 民161ft对bU(轮机转轮尺.ra25 GB!T 15613-1995 白Hi、图7翼型检查位置及进出口样板 826 GB/T 15613-1995 E D, D, D. D, ), 图8轴流式、斜流式放忡击式转轮尺寸I主a 4 827 GB/T 15613-1995 附录A临界气蚀系数的确定(补充件)I臼界气蚀系数(, )的确定可参考以下方法，在合同中应明确规定。A1 与元气蚀工况效率相比，效率开始变化时的气蚀系数。 . A2 与尼气蚀r况效率相比，效率降低1%时的气蚀系数。 A布1自a, A3 无气蚀工况的效率
27、线与效率急剧下降线交点处的气蚀系数。该下降线系由至少三个测点联成的线。 a. 的工同温度(C) 。4 10 20 30 40 纬度(0) 。10 20 30 40 50 60 70 温度.C。5 10 15 20 GB!T 15613-1995 附录B水的密度、重力加速度、水银密度、汽化压力(参考件)表Bl水的密度随温度及压力的变化压力，Xl05Pa 。10 20 999. 8 1 000. 3 1 000. 8 999. 9 1 000. 4 1 000. 9 999. 7 1 000. 1 1 000.6 998. 2 998.6 999. 1 995. 6 996. 1 996. 5 9
28、92.2 992.6 993. 1 表R2重力加速度随纬度及海拔高度的变化平均海平面以上的高度.m。1 000 2 000 9. 780 9.777 9. 774 9. 782 9.779 9. 776 9. 786 9. 783 9. 780 9.793 9. 790 9.787 9.802 9. 799 O. 796 9. 811 9.808 9. 804 9.819 9.816 9. 813 9. 826 9.823 9. 820 表B3水银密度随温度的变化密度，kg/m3 温度，C13 595 25 13 582 30 13 570 15 13 558 40 13 546 45 kg/
29、m 30 40 1 001.3 1 00 , 8 1 00 , 4 1 00. 9 1 00, 1 1 00 1. 6 999.5 1 000. 0 996. 9 997.4 993. 5 993. 9 m/s2 3 000 4 000 9. 771 9.768 9. 773 9. 770 9. 777 9. 774 9.784 9. 781 9.792 9. 789 9.801 9. 798 9. 810 9.807 9. 817 9. 811 密度，kg/m，l13 533 13 521 13 509 13 497 13 485 82) GB/T 15613-1995 表B4水的汽化压力随
30、温度的变化温度.( , 汽化压力.Pa温度，-C 。611 l 657 21 2 706 22 3 758 23 1 811 24 5 873 25 6 935 26 7 1 002 27 8 1 037 28 9 1 148 29 10 1 228 30 11 1 313 31 12 1 403 32 13 1 498 33 14 1 599 34 15 1 706 35 16 1 819 36 17 1 938 37 18 2 064 38 19 2 198 39 20 2 339 40 附加说明:本标准出中华人民共和国机械工业部提出。本标准由全国水轮机标准化技术委员会归口。汽化)1;力.Pa2 488 2 645 2 810 2 985 3 169 3 363 3 567 3 782 4 008 4 246 4 495 4 758 5 034 5 323 5 627 5 945 6 280 6 630 6 997 7 381 本标准由哈尔滨大电机研究所和中国水利水电科学研究院水力机电研究所负责起草。本标准主要起草人殷士光、王钟兰、沈祝平、X1J诗琪、徐洪泉。t:W
