那吉水电站水轮机转轮室汽蚀处理

黄树华

【摘要】本文介绍了那吉水电站#2、#3水輪机转轮室的汽蚀状况，以及针对汽蚀的产生原因所采取改善水轮机转轮室的水力性能，并制定了有效的处理方法，从而能有效地提高机组的稳定性与经济效益。

【关键词】转轮室；汽蚀；修复处理；经济效益

1、工程概况

那吉水电站为河床式低水头电站，安装3台22MW灯炮贯流式水轮发电机组，总装机容量66MW，年发电量2.53亿kwh，年利用小时3837h，是国务院批准的《珠江流域西江水系郁江综合利用规划报告》10个梯级中的第4级，位于右江上游的广西田阳县那坡镇那吉村附近。枢纽坝址在田阳县城上游22.5km，上距百色水利枢纽61.8km，距百色市区41.4km，下距鱼梁梯级84km，坝址控制集雨面积23573km2，正常蓄水位115.00m，相应总库容1.03亿m3，调节库容0.09亿m3，多年平均流量323m3/s。

电站水轮机参数如下：

2、转轮室汽蚀概述

2.1轮轮室汽蚀现象

那吉水电站#2、#3转轮室汽蚀发生在转轮室上半部分，主要位于转轮中心线上、下游250mm地方，宽度约500mm，长约8000mm，也就是转轮叶片进水与出水边缘位置，汽蚀深度4mm～8mm，汽蚀最严重的部位为转轮室的顶部，浓度约为8mm。

2.2轮轮室汽蚀主要原因

那吉水电站转轮和桨叶为不锈钢材料，转轮室上半部份主要材料为Q235，其韧性和防汽蚀性能不佳。由于2009年～2013年，百色地区偏干旱，那吉水电站枯水节大多时间入库流量在70m3/S左右，尾水位在99.8m左右，处于超高设计水头运行，尾水出现大量的汽泡，运行过程中水流在水轮机中流动通过压力低于汽化压力区，从桨叶间隙过水部份水汽化沸腾产生汽泡，产生局部冲击压力，产生对金属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，导致金属晶体汽蚀脱落，汽蚀反复发生在同桨叶进、出水边的转轮室上，故在长时间超高水头运行下，逐渐发生汽蚀，并不断加深。

2.3转轮室汽蚀的破坏作用

汽蚀会不断地破坏转轮室的金属材料，长期日积月积，就有可能侵蚀穿轮轮室，严重时会造成转轮室变形，甚至会造成水淹厂房事故的发生。

3、转轮室汽蚀的修复处理

那吉水电站转轮室汽蚀修复处理时间工期短，一台机组的处理时间仅为22天，同时要节约检修成本，如果把转轮室拆除送原厂家修复，估算一台机组的施工工期不少于35天，而且工程费用会翻倍。所以只能在不拆除转轮室的前提下，进行现场修复处理。

3.1准备工作

3.1.1落下机组前、后流道的检修闸门，抽干机组流道水，把桨叶打至全开位置，搭上合适的检修平台，在后流道进人孔以及尾水平压排气管装上排风机，保持汽蚀处理作业环境的空气流通。

3.1.2分别在转轮室汽蚀部位的外部顶部立面、侧面各安装一个百分表，左右岸立面、侧面各安装一个百分表，共4个表，进行实时监视转轮室气蚀修复处理时的变形量，以保证转轮室的变形量在控制范围内，确保工程施工质量。

3.2转轮室汽蚀处理技术要求和施工方法

3.2.1转轮室汽蚀修复焊材的选择

那吉电站转轮室汽蚀处理是在不拆除转轮室的前提下进行，转轮室上半部转轮室母材是Q235，汽蚀处理修复必须考虑到焊材与母材的良好熔合性以及焊材应具有良好的抗汽蚀性能，经过分析研究，决定使用2mm309不锈钢焊丝作为焊材。

3.2.2转轮室汽蚀修复处理方法

在汽蚀修复前，先用碳弧气刨把汽蚀层刨掉，然后用高频砂轮机打磨清根，直至见到金属光泽为止，再用309不锈钢气保焊丝进行补焊，焊接时采用分段退步焊接方法，每段焊接长度为150mm，焊接应密实、平整、无砂眼及裂纹，补焊部分与本体部分应接触严密，平整、无咬边现象，补焊时通过监视设在转轮室外的百分表观察转轮室的变化值来控制焊接的进度，补焊完全后，再把焊缝表面打磨光滑，叶型应与原转轮室叶型相符。经过清气蚀层→焊接→打磨→修复成形后，进行色探伤检测，要求焊缝达到2类焊缝的要求。

3.2.3转轮室汽蚀修复转轮室的变形控制

那吉#2、#3转轮室汽蚀修复处理过程中，由于汽蚀清根是采用碳弧刨进行清除，刨除的速很快，散热量得到比较好的控制，再加上焊接时是采用气保焊，所以比较好控制转轮室的变形，转轮室的变形量基本控制在0.5mm范围内，主要数据如下；

1、#2转轮室上半部分汽蚀处理监视数据

#2转轮室分三个方向监视，共安装有7个压力表，主要数据如下：

3.2.4转轮室汽蚀补焊后修复成形

由于那吉水电站转轮室下部是水电不锈钢，未产生汽蚀，在施工前先把下部转轮室相应的部位加工一弧形转轮室样板，以方便转轮室修复时测量。

在用309不锈钢焊丝通过气保补焊转轮室后，采用高频沙轮机现场打磨成形后再用抛光片进行抛光，在打磨得差不多成形的时候再用转轮室样板进行测量，测量出哪个部位需还要打磨的地方，用记号笔涂画好记号，以方便打磨时控制好加工精度。本项目打磨一台机转轮室的时间大约需用到7天的时间。

4.现场处理转轮室的经济效益

那吉水电站修复处理2号转轮室的实际工期为20天，3号转轮室的修复处理实际工期为19天，处理二台转轮室的工程费用约30万，工期范围在项目预算时间内。如果把二台转轮室拆卸送至水电设备制造厂进行修复，工期将在35～40天/台，处理2台转轮室的项目总费用约70万。所以，通过现场处理，直接节省了约40万经费，工期也缩短了一半。

5.结论

通过对那吉水电站转轮室处理分析对比，可得出如下的结论和建议：项目施工方案的选择分析，对提高经济效益是有着很大的帮助。本文通过介绍那吉水电站转轮室的处理方法，可以为相似的水电站进行汽蚀修复处理提供了一个比较好的技术处理方案，具有很强的实用价值和很高的经济效益。