水轮机转轮汽蚀的危害及处理

王　晶

摘要:文章对水轮机在发电运行中出现的强烈震动和强烈的噪音以及轴承温度过高、机组摆动过大等不良现象造成的水轮机的汽蚀危害进行了科学分析,并制定了有效措施与处理方法,从而能有效地提高机组的稳定性与经济效益。

关键词:水轮机;汽蚀危害;强烈震动

中图分类号:TV734文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)20-0103-01

水轮机在发电运行中,往往会出现强烈震动和强烈的噪音以及轴承温度过高、机组摆动过大等不良现象。这种现象往往是由水轮机的汽蚀造成。

汽蚀的形成原因:

造成水轮机汽蚀破坏的原因是多种多样的。除水轮机本身外,还与通流部件的材料性能、制造工艺水平、河

流水质、运行情况、检修质量等因素有关;另外对水轮机的吸出高度也必须加以考虑。

一、运行工况的影响及处理措施

水轮机在设计水头和最优工况区运行,一般没有什么汽蚀现象,而在偏离最优工况很远的低水头运行时,汽蚀的破坏较大,容易造成强烈的噪音,金属打击声、雷鸣声,严重时产生汽蚀共振,引起机组强烈振动,影响水轮机的稳定运行。在这种情况下,可采取十字架或顶盖下和转轮出口的涡带补气或避开这一运行区域,避免水轮机在低水头和低负荷下运行,这样可以降低空腔汽蚀和翼型汽蚀的强度。

二、水轮机的汽蚀与其吸出高度有着密切的关系

水轮机的吸出高度是影响水轮机汽蚀的基本参数,它直接影响到机组的稳定性。一般规律是吸出高度大,汽蚀就比较严重。所以在设计和安装机组时,应对水轮机的吸出高度进行合理选择,从而保证水轮机的安全运行和使用寿命。

三、水的理化性能影响及预防

在流经发电机的水流中含有空气。二氧化碳或泥沙量较大,导致小的汽化压力提高,使水轮机汽蚀强度增大。如:阜平的陡岭台、涞源的泉水背及北城子、曲阳的芦庄子等电站就是因为渠道的水含泥沙太多,致使转轮边沿汽蚀磨损很大,迷宫环间隙由原来的0.5毫米增大到10毫米左右,因而降低了水轮机的效率。

对于泥沙含量较大河流上的电站一般应设置沉沙和除沙的水工建筑,以减缓和消除泥沙对水轮机过流部件的磨损。如适当抬高进水口的高程,设置沉沙池及排沙,冲沙等设施。

四、汽蚀的机械破坏作用及处理

(一)汽蚀对水轮机的破坏作用

水流在水轮机中流动通过压力低于汽化压力区界,水汽化沸腾产生气泡,流到高压区界气泡迅速溃灭,气泡周围的水体高速占据此空间,产生局部冲击压力升高,于是使水挤入金属表面的细缝中,当压力突降时,挤入的水又要从金属缝中快速拉出,这样就会对金属产生周期性的撞击并产生水击压力,使金属表面受到反复的冲击载荷,造成材料的破坏,导致金属晶粒脱落,当汽蚀反复发生在同一个部位时,就会使金属表面变暗、粗糙、出现蜂窝以致穿孔或断裂现象,最终成块脱落。总之汽蚀时对水轮机的机械破坏,使机组大修周期缩短,延长了检修工期,增加了检修费用,减少了机组的运行时间,降低了发电量,影响了水电站的经济效益和社会效益。

(二)对转轮汽蚀破坏部位的处理方法

1.对转轮汽蚀破坏的部位,首先要测定面积、深度及失重量。对破坏部位的清理,一般用电弧气刨或偏铲将汽蚀部位的破坏层处理掉,使之露出母材为宜。

2.对于轻度的汽蚀破坏,可采用金属喷镀法。喷镀材料为自熔性合金。喷镀时使自熔性合金与母材相结合,使之对母材料起到修补和保护作用。

3.对于水轮机较严重的汽蚀破坏,可采取补焊法。当汽蚀破坏部位浸蚀深度小于8毫米时,可直接在清理好的汽蚀部位堆焊抗腐蚀耐磨及干燥的焊条。

西大洋发电厂3#机组转轮是混流式的,因运行年限较长,15个叶片与下环连接处的背面均发生了汽蚀破坏,其每个叶片的汽蚀面积约为70～80平方厘米,深度1.5毫米左右,对这样严重的浸蚀深度,首先用低碳钢焊条打底,当距底面6毫米时,再用抗汽蚀耐磨损的焊条堆焊。为了消除焊接应力,每焊完一道焊波,须马上进行锤击,锤击到焊波波纹模糊不清为止。补焊时,应采用小电流短弧施焊方法,防止因大电流将叶片熔化较深,热影响区域扩大,母材中的碳渗入焊缝形成碳化铬而降低补焊层的含铬量,降低了抗汽蚀性能。

施焊中运条速度应均匀,电弧应稳定。补焊完应高出原型2毫米左右,以作为打磨的余量,打磨应光滑平整,表面形状应符合母材的原型。转轮在补焊处理完毕之后,应做静动平衡试验和转轮的测圆工作,使之符合规程要求,并且在补焊前做好防止母材变形的技术措施。

综以上所述,水轮机的汽蚀是一种复杂的物理与化学现象,它直接影响到机组的稳定性、机组的检修及经济效益,它使水轮机效率降低,材料破坏,它威胁水轮机的安全运行,所以防止和减轻汽蚀是一个重要的课题,只要我们不断进取,大胆探索勇于实践,一定会在防止和减轻水轮机的汽蚀方面取得满意的效果,使机组达到安全稳定经济的运行。

作者简介:王晶(1976-),保定市西大洋水电站生产科助理工程师,研究方向:发供电。