水轮机气蚀修复与防护

罗晓宇

(四川江口水力发电(集团)厂,四川达州 636150)

水轮机气蚀修复与防护

罗晓宇

(四川江口水力发电(集团)厂,四川达州 636150)

通过对四川江口水力发电厂的气蚀情况观察与处理,在分析原因的基础上,有针对性地使用新材料、新技术,并采用合理、有效的修复技术对气蚀破坏区进行修补和防护,达到避免或减轻气蚀的破坏和影响,提高机组效益及安全运行的目的。

水轮机气蚀 修复与防护

四川江口水力发电厂装设轴流转浆式水轮机三台,每台容量17MW,设计水头26米,控制集雨面积6364平方公里,年平均降雨量1220毫米,由于机组结构、性能、工艺,调节库容有限,机组处于非设计工况运行时间较多等原因,造成三台机组有不同程度的气蚀破坏产生,对机组的经济安全运行造成一定影响。

1 气蚀现状

根据气蚀发生的水轮机的部位的不同,可以分为翼型气蚀、间隙气蚀、空腔气蚀以及局部气蚀,根据20多年来的运行经验,水轮机气蚀形态主要以间隙蚀气和局部气蚀为主,翼型气蚀和空腔气蚀影响轻微。

(1)翼型气蚀是由轮叶的翼型形状所引起的,它主要发生在叶片背面靠近出水边的区域。江口电厂采用抗气蚀不锈钢叶片气蚀较小。

(2)间隙气蚀是水流通过间隙和较小的通道时,局部流速增大压力降低而产生的,主要发生在叶片外缘与转轮室内缘与轮毂边缘等区域。通过四川江口水力发电厂近十年来的观察处理,转轮叶片外缘有蜂窝状气蚀侵蚀现象,转轮室气蚀现象比较严重,在轮叶叶片外缘与转轮室壁上形成比较大的一周气蚀带,深度在5mm-10mm,有严重的地方已穿透转轮室钢板,看见混凝土。

(3)局部气蚀是在过流部件凹凸不平因脱流而产生气蚀。江口水力发电厂局部气蚀主要表现在转轮体不平滑地区和“入”字密封压板上的气蚀。

(4)空腔气蚀是在非最优工况下运行,水流在尾水管中发生旋转形成一种对称真空涡带引起尾水管中水流速度和压力脉动,在尾水管进口处产生气蚀破坏,造成尾水管振动。

2 气蚀原因分析

水轮机产生的气蚀的主要原因与水流流速、方向、金属材料的性能、检修工艺和运行小时等因素有关。从江口水力发电厂气蚀原因分析来看,重点表现在:

(1)由于库区容量积雨面积等原因,电厂机组经常处于非最优工况运行。(2)水轮机转轮一般都是用30号铸钢或矽锰铸钢制造,抗气蚀性能较差,在转轮部件和转轮室造成蜂窝状孔洞破坏。(3)常规检修工艺不能完全满足型线及表面波浪度、粗糙度的要求,尤其是经过多次气蚀补焊后,型线和光洁度已无法保证。气蚀产生是十分复杂的,气蚀破坏产生也不是单纯某一种作用所致的。

3 修复与防护措施

对于一台机组是否需要大修,水轮机的气蚀程度起着决定性作用,所以对水轮机的气蚀修复和防护十分重要。一是转轮体材料能尽量采用抗气蚀材料如不锈钢转轮体和叶片,二是运行方式,尽量避免低负荷、低水头运行,合理调度。

修复措施:

(1)补焊:对于转轮室的汽蚀处理。首先用气刨将气蚀部位的蜂窝状铲除,用砂轮机打磨平滑,然后用不锈钢焊条堆焊,堆焊应均匀,整齐平整,再用砂轮机打磨光滑,打磨后的部位光洁度对机组今后过程中气蚀破坏大小很关键,焊后将焊缝再进行行圆度测量,并利用样板进行控制。

对叶片的气蚀处理,在进行堆焊时,应考虑到叶片的变形,不能进行连续施焊,而应考虑间隔施焊,并应注意缓慢冷却,处理完后进行叶形校型,样板控制。

对于裂缝的处理,应先在裂缝两头钻10mm深的孔,然后用气刨刨掉、打磨,施焊,打磨光滑。

(2)使用修复和防护材料保护。在江口电厂实际检修使用中,采用了耐气蚀、耐腐蚀性能优良的贝尔左纳高分子修复材料在转轮室、轮毂、轮叶“入”字密封压板等易气蚀区,取得了较好效果,延长了水轮机大修周期。

1)基体表面粗糙化。对基体(气蚀部位)表面粗糙化处理,增大修补材料与基体的接触面积,增加粘合力。先用气刨刨出本体然后喷砂处理,要求彻底除锈和氧化皮漏出母体本色,表面粗糙度至少75微米。

2)基体清理。使用贝尔左纳9111或丙酮,用干净抹布或刷子用力清洗基体表面和附近区域。

3)调料。等表面干燥后配料、调料,调料时间尽量快,以留较多的操作时间,注意贝尔左纳1311配料比例和重量比、体积比之间的区别。

4)敷涂。先施一薄层,用力往下压,保证贝尔左纳材料与基体完全有效接触,然后再第二层第三层…,每层都要尽力压实,不要留有气泡和空隙。应尽量避免温度低于5℃,金属表面有湿气有烟气等环境下工作。

5)固化及后续处理。对修补材料表面不需要机加工,可在1311固化前用1341摸平表面以获得光滑表面,24小时后自然固化,表面不粘手可安装其它设备。

4 结语

江口电厂三台机组投运20年来,通过各机组的大修,对水轮机的气蚀处理和防护有了深刻的认识和比较好的处理手段,叶片采用不锈钢叶片,气蚀破坏轻微,基本不用处理,转轮体、转轮室及转轮体“入”字密封压板敷涂贝尔左纳高分子材料,敷涂面抗腐蚀耐磨损表面光滑,减缓了气蚀侵蚀破坏,起到很好的保护作用,从根本解决了水轮机气蚀严重的问题,缩短了检修工期,减轻了检修工工作强度,直接经济效益明显,对电厂的经济安全运行起到重要作用。

[1]郑海英,高凤霞,李冬艳.水泵汽蚀的成因分析及预防措施[J].内蒙古水利,2009(1).

[2]姜先军,柳薇.水轮发电机组汽蚀在线监测的应用[J].水电自动化与大坝监测,2009(1).

[3]张福彬.水轮机热喷涂抗磨防汽蚀技术的应用与探讨[J].中国科技财富,2009(4).

[4]汤立宏.浅谈水泵的汽蚀现象及防治措施[J].装备制造,2009(4).

[5]姜先军.水轮发电机组汽蚀在线监测的应用[J].水电厂自动化,2008(4).

罗晓宇(1968—),男,汉族,四川宣汉人,博士,高级人力资源管理师,高级政工师,工程师,研究方向:企业管理和水电站水轮发电机组。