5　装置空化系数

水轮机空化性能的优劣，也是衡量水轮机综合性能的一个重要指标。电站装置空化系数σP的大小，直接影响电站开挖深度和水轮机运行寿命。水轮机研究工作的重点之一，就是在提高水轮机能量指标的同时，降低水轮机的空化系数，改善空化性能。但是，水轮机的能量性能与空化性能常常相悖。一般地，σm与ns正相关，即随着ns的提高，σm也呈上升趋势。也就是说，如果追求过高的能量指标，免不了牺牲空化性能，因此在选择能量指标时，不能片面追求过高的能量指标。

对水轮机装置空化系数σP的选择，国内外一直有两种观点：一种认为选取较大值，即降低安装高程，虽增加了电站深挖的土建投资，但可减轻空蚀损坏，对机组运行稳定性也有利，降低机组检修和维护费用；另一种认为选取较小值，可减少电站一次性深挖所需投资，只要选用较好的材料，机组检修和维护费用也不会有较多的增加。基于上述两种观点，用不同的统计公式计算得出的装置空化系数值差别很大，国内、外各公司提出的装置空蚀系数的统计或经验公式有很大差异。图1为比转速与装置空化系数的统计曲线，表2为按经验公式计算的向家坝电站的空化系数表。

图1　装置空化系数σP随比转速ns的变化曲线

从统计曲线中可以看出，当比转速ns=221～236m·kW时，水轮机的装置空化系数σP可在0.15～0.19之间选取；从表2可以看出，当比转速ns=220.5m·kW时，向家坝水电站装置空化系数σP约为0.142～0.209，模型空化系数σm约0.09。

表2　向家坝水电站空化系数计算表

向家坝水电站为高坝大库，预计机组投运后，虽有部分泥沙过机，但泥沙磨损和空蚀的问题不会突出。然而，由于向家坝水电站水轮机尺寸巨大及其在系统中的重要作用，从有利于机组运行稳定和转轮抗空蚀的角度出发，装置空化系数的选取不宜过小。

根据向家坝水电站水轮机尺寸巨大的特点，向家坝水电站σp=0.17～0.178，对应水轮机吸出高度-7.00m。地下厂房为满足过渡过程计算的要求，安装高程下移6m，吸出高度为-13m。