电站装置空化系数的定义及影响分析
在水轮机的模型验收试验中，无论是效率、出力，还是空化及压力脉动等性能，都要求在电站装置空化系数下进行。因此，给其以明确无误的定义，弄清不同的确定方法对相似性及各种性能的影响则显得尤为重要。
对于贯流式水轮机而言，电站的基准安装高程点是机组旋转中心线，也就是机组轴线高程。但是，对于电站装置空化系数究竟如何定义，IEC60193也没有给出明确的定义，只是说如果模型试验和真机的弗汝德数不相似，原模型间各高程压力不可能都保持相似，只有定义的基准参考点一个高程压力相似。本次模型验收试验的技术协议将确定电站装置空化系数的参考基准点定义在机组轴线高程，该高程可称为Zr，相应的电站装置空化系数可称为σP。出于电站运行安全的考虑，希望将真机转轮最容易产生空蚀的转轮叶片顶端定义为基准参考面，确定尾水吸出高程和装置空化系数，该高程称为ZT，相应的空化系数称为σPT。在验收试验中，究竟采用哪一个基准参考面、哪一个空化系数更能反映电站实际以及采用不同的装置空化系数对测试结果又会有什么影响等一系列问题，值得思考和探讨。
由于空化系数是一个无量纲量，人们可能会认为它无论在什么样的情况下都能保持原模型的相似，其实不然，空化系数的相似有很大的局限性，受到种种因素的限制。本文只针对几何高程对空化系数相似性的影响进行一些初步的分析讨论，以说明此问题。水轮机空化系数的定义为：
式中，Hb为绝对压力水头，m；Hv为绝对汽化压力水头，m；Hs为尾水吸出高程。对于真机，Hs=Zr-Zs，即基准参考点高程Zr与尾水位高程之差，m。
为了讨论方便，将空化系数分解成两部分：一部分是压力差Hb-Hv与水头的比值，将其定义为σ1，σ1=（Hb-Hv）/H；另一部分则定义为σ2，σ2=-Hs/H，反映几何高程的影响。如此，空化系数可表示为：
由于Hs不仅和尾水位Zs有关，还和计算Hs的机组参考高程Zr密切相关，即：Hs=Zr-Zs，有不同的Zr值，就有不同的Hs值，也就有不同的装置空化系数。
众所周知，对于大型机组来说，在模型试验中很难做到弗汝德相似，即DP/Dm≠HP/Hm，常规的模型试验也不要求必须满足弗汝德相似这一条件。但是，在空化试验和要求在电站装置空化系数条件下进行的其他试验时，如果随意确定Zr，就会产生荒谬的结果。
以本次模型验收试验为例，DP/Dm=22.059，而模型试验水头基本和真机水头保持一致，即HP/Hm=1，显然不等于DP/Dm；对应于机组中心线的参考高程Zr=22.15m，而相对于转轮叶片最高点的参考高程ZT=Zr+DP/2=25.9m，尾水位高程Zs=33.328m，电站大气压力水头Hb=10.338m，汽化压力水头Hv=0.23m。在电站额定水头Hr=6.7m，采用两个不同的参考高程，可分别计算出两个不同的装置空化系数σP和σPT，对应机组中心线的电站装置空化系数σP=3.177，对应叶片顶端的电站装置空化系数σPT=2.617。此时，两个空化系数之差ΔσP=0.56，参考高程之差ΔZP=3.75m。
将其应用于模型试验，ΔZm=0.17m，两个空化系数的几何参数部分之差σM2-σMT2=ΔZm/Hm=0.0254，远小于ΔσP，使第一部分σ1之差Δσ1=σM1-σMT1=0.5346，并非零值，表明采用σP做模型试验时比采用σPT作为装置空化系数时转轮内压力高了3.58m（0.5346×6.7m）。采用两个不同的计算高程，模型试验的压力差别如此之大，不仅充分说明了空化系数不是在任何条件下都相似，更说明了参考高程不能随意选取。
更确切地说，空化系数定义及计算公式的局限性限制了其相似性，将高程参考点定义在任何位置，也只能保证同高程点的原模型相似性，而不能保证其他不同高程点的压力相似，除非满足弗汝德相似这一条件。
既然采用不同的基准参考高程，不仅会有不同的装置空化系数，在模型试验时还会有不同的空化条件和压力，在空化观测和性能保证试验中就不能随便定义该高程，而应当选择确定一最能反映相似要求的基准参考高程来计算电站装置空化系数，并进行相应的模型试验。那么究竟采用什么基准参考高程，验收部门认为：转轮内压力最低点最早产生空化，将其定义在该点最合适。理由有以下几方面：
（1）将基准参考高程定义在叶片顶端的压力最低点，显然能保证该高程压力的原模型相似。尽管该方法也不能保证其他高程的相似性，但由于该点是整个转轮内可能的压力最低点，也是最早产生空化的点，是研究空化性能关注的焦点所在，将参考点定义在此处最能代表转轮的性能。
（2）如将基准参考高程定义为机组中心线高程，在该高程处模型转轮内压力虽然也能与真机保持相似，在本次试验中和真机压力相等，但转轮叶片顶端的压力比真机顶端高3.58m，空化状况比真机好得多，不能反映电站的真实空化状况。
ASTRö研究所基本赞同验收部门的上述观点。因此，在验收试验中除按合同要求进行了σP条件下的试验观测外，还增加了σPT条件下的试验和观测内容。