混流式水轮发电机组补气技术研究

常规机组常用的一种补气方式采用主轴中心孔补气，补气装置与主轴装在一起，同为旋转部件，因此可靠性要求高。空气压缩式缓冲补气阀在多个大型电站均有成功应用，具有补气速开、速回及到位缓关的功能，噪音小，可防止阀盘在回弹时产生的动量对补气阀的损坏。缓冲式浮球盘型逆止阀可以作为防返水的安全装置及高水位情况下补气阀检修的隔断措施。

补气装置的作用：就是机组在出现不稳定工况时补入空气，可增加水的弹性，改善机组的运行条件，同时，补气破坏了真空，还能防止突然甩负荷导叶紧急关闭时，由于尾水管内产生的负压，下游尾水反冲产生的强大冲击力或抬机现象。如果水里边有气的话，含气体水的压缩性发生改变，那转轮和顶盖的湿态模态变化可能比较大，固体模态变化，振动就会发改变。

1. 水电站水轮机补气对振动的影响：
   

混流式水轮机在偏离最优工况运行时(一般在40%~60%额定负荷),转轮出口水流切向分速度增大， 水流中所具有的环量使尾水管中心产生低压并形成涡带，此涡带呈螺旋形摆动并引起尾水管压力脉动。尾水涡带通常引起机组的部件振动、轴系摆动、蜗壳及引水钢管内压力脉动，以及负荷波动等现象。水轮机补气的首要目的就是在上述工况下， 通过向尾水锥管内补入空气，削弱涡带真空，降低旋涡强度，借以吸振改善运行状态。

2. 补气对空蚀的影响：

向空蚀区域补气可以防止或减轻空蚀破坏。一般从两方面解释，一是由于水流中环境压力提高，使部分空泡不可能膨胀至其临界半径以上， 从而失去形成空蚀汽泡的机会。二是空气的补入，改变了水流的密度、可缩性等特性， 降低了汽泡闭合过程中高速射流的冲击力。

3. 补气对效率的影响：

一般来讲低负荷区补气会使机组效率有所提高，负荷在70%左右时， 补气对效率无明显影响， 在高负荷区补气会使效率下降。

总结通常的补气方式有3种：

1. 尾水管短管补气；2.主轴中心孔补气；3.顶盖强迫补气；还有其他一些类似于这三种的补气方式 , 如转轮中心补气 , 从转轮连轴螺栓中心孔进气 , 由于补气面积较小和受止漏环水流干扰 , 现已较少采用 。还有一种主轴中心孔补气 , 在水轮机主轴与发电机主轴连接法兰处设置为进气孔 , 由于在高水位上存在尾水倒灌 现象 , 也不方便采用。

很多混流式水轮发电机组，都需要对水轮机进行补气，特别是像三峡、白鹤滩这样的巨型机组，对水轮机补气有着更加重要的意义。补气对减振作用明显，对空蚀区域补气则可防止或减轻空蚀破坏，低负荷时补气还可提高机组效率。也有个别抽水蓄能机组采用强迫补气，也取得满意效果。

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