4.5.2.1 水力发电设备和主要建筑物面临的主要腐蚀问题

    水电站的金属结构和设备主要包括水轮机和各种钢闸门、引水压力钢管、拦污栅、启闭机、输变电塔架、桥机轨道梁、厂房钢结构等。它们分别处于大气、干湿交替、浸泡水下及高速水流等环境中，受到各种水质、气体、日光、温度等环境影响和泥沙、冰凌、漂浮物的冲击摩擦等化学、物理和电化学作用，以及水中生物附着和微生物的作用，不可避免地遭受腐蚀而损坏或性能下降。

    1.水力发电设备水轮机的腐蚀形态

    1）空化和空蚀现象

    当水流流经水轮机的过流通道时，某些部位的压强可能降低，一旦压强降低到低于当时水温下的汽化压强，水就发生空化，放出大量气泡，位原来溶解于水中的空气随水蒸气选出。当逸出的气泡被水流带到高于汽化压强的区域时，气泡中的水蒸气迅速凝结，体积突然收缩，四周水流质点便以极大的速度向气泡内冲击，引起压强的突然升高（有时可达几十甚至几百个大气压强），接着，被强烈冲击而压缩的物质由于反作用力向相反方向扩散，因而又使气泡内的压强急剧降低。于是，重复上述膨胀和压缩的过程，并伴随着极高的压力，反复冲击相关的过流通道中的金属表面，从而引起材料的疲劳和破坏。通常将液流在低压区形成气泡，然后气泡被水流带到高压区凝缩的全过程以及气泡产生和凝缩对材料表面引起的破坏，称为空化和空蚀。

    根据国内许多水电站水轮机的调查，轴流式水轮机的翼型空化和空蚀主要发生在叶背面的出水边和叶片与轮毅的连接处附近，如4-142（a）中所示。混流式水轮机的翼型空化和空蚀主要可能发生在图4-142（b）所示的A-D四个区域。A区为叶片背面下半部出水边；B区为叶片背面与下环靠近处；C区为下环立面内侧；D区为转轮叶片背面与上冠的交界处。

    （a）轴流式转轮翼型空蚀主要部位；（b）混流式转轮翼型空蚀主要部位

    2）间隙空化和空蚀

    间隙空化和空蚀是当水流通过狭小通道或间隙时引起局部流速升高，压强降低到一定程度时所发生的一种空化和空蚀形态，如图4-143所示。间隙空化和空蚀主要发生在混流式水轮机转轮上下迷宫环间隙处，轴流转桨式水轮机叶片外缘与转轮室的间隙处，叶片根部与轮毁间隙处以及导水叶端面间隙处。

    3）局部空化和空蚀

    局部空化和空蚀主要是由于铸造和加工缺陷形成表面不平整、砂眼、气孔等所引起的局部流态突然变化而造成的。例如，转桨式水轮机的局部空化和空蚀一般发生在转轮室连接的不光滑台阶处或局部凹坑处的后方；其局部空化和空蚀还可能发生在叶片固定螺钉及密封螺钉处，这是因螺钉的凹入或突出造成的。混流式水轮机转轮上冠泄水孔后的空化和空蚀破坏，也是一种局部空化和空蚀。