4.5.2.1 水力發電設備和主要建筑物面臨的主要腐蝕問題

    水電站的金屬結構和設備主要包括水輪機和各種鋼閘門、引水壓力鋼管、攔污柵、啟閉機、輸變電塔架、橋機軌道梁、廠房鋼結構等。它們分別處于大氣、干濕交替、浸泡水下及高速水流等環境中，受到各種水質、氣體、日光、溫度等環境影響和泥沙、冰凌、漂浮物的沖擊摩擦等化學、物理和電化學作用，以及水中生物附著和微生物的作用，不可避免地遭受腐蝕而損壞或性能下降。

    1.水力發電設備水輪機的腐蝕形態

    1）空化和空蝕現象

    當水流流經水輪機的過流通道時，某些部位的壓強可能降低，一旦壓強降低到低于當時水溫下的汽化壓強，水就發生空化，放出大量氣泡，位原來溶解于水中的空氣隨水蒸氣選出。當逸出的氣泡被水流帶到高于汽化壓強的區域時，氣泡中的水蒸氣迅速凝結，體積突然收縮，四周水流質點便以極大的速度向氣泡內沖擊，引起壓強的突然升高（有時可達幾十甚至幾百個大氣壓強），接著，被強烈沖擊而壓縮的物質由于反作用力向相反方向擴散，因而又使氣泡內的壓強急劇降低。于是，重復上述膨脹和壓縮的過程，并伴隨著極高的壓力，反復沖擊相關的過流通道中的金屬表面，從而引起材料的疲勞和破壞。通常將液流在低壓區形成氣泡，然后氣泡被水流帶到高壓區凝縮的全過程以及氣泡產生和凝縮對材料表面引起的破壞，稱為空化和空蝕。

    根據國內許多水電站水輪機的調查，軸流式水輪機的翼型空化和空蝕主要發生在葉背面的出水邊和葉片與輪毅的連接處附近，如4-142（a）中所示。混流式水輪機的翼型空化和空蝕主要可能發生在圖4-142（b）所示的A-D四個區域。A區為葉片背面下半部出水邊；B區為葉片背面與下環靠近處；C區為下環立面內側；D區為轉輪葉片背面與上冠的交界處。

    （a）軸流式轉輪翼型空蝕主要部位；（b）混流式轉輪翼型空蝕主要部位

    2）間隙空化和空蝕

    間隙空化和空蝕是當水流通過狹小通道或間隙時引起局部流速升高，壓強降低到一定程度時所發生的一種空化和空蝕形態，如圖4-143所示。間隙空化和空蝕主要發生在混流式水輪機轉輪上下迷宮環間隙處，軸流轉槳式水輪機葉片外緣與轉輪室的間隙處，葉片根部與輪毀間隙處以及導水葉端面間隙處。

    3）局部空化和空蝕

    局部空化和空蝕主要是由于鑄造和加工缺陷形成表面不平整、砂眼、氣孔等所引起的局部流態突然變化而造成的。例如，轉槳式水輪機的局部空化和空蝕一般發生在轉輪室連接的不光滑臺階處或局部凹坑處的后方；其局部空化和空蝕還可能發生在葉片固定螺釘及密封螺釘處，這是因螺釘的凹入或突出造成的。混流式水輪機轉輪上冠泄水孔后的空化和空蝕破壞，也是一種局部空化和空蝕。