田湾河大型冲击水斗式转轮气蚀的防范与修复

何 念 民， 何 林， 卢 宝 胜

(四川川投田湾河开发有限责任公司，四川 成都 610213)

田湾河大型冲击水斗式转轮气蚀的防范与修复

何 念 民， 何 林， 卢 宝 胜

(四川川投田湾河开发有限责任公司，四川 成都 610213)

田湾河大型冲击式转轮气蚀防范与修复中型线修复法，是根本解决气蚀问题的最佳方法，其处理时间短，效率高，但要完全解决，还需要不断的研究与探索；焊接修复法为大面积磨损和气蚀面积大而严重的转轮所采用方法，进厂处理工序复杂，工艺应严格要求；金属修补剂修复法为小面积气蚀清水水质的转轮所采用方法，其处理时间短，难度小，可有效延长转轮使用寿命。

冲击水斗式转轮；气蚀情况；防范与修复；应用体会

1 概 述

田湾河是大渡河中游右岸的一条支流，发源于贡嘎山西侧。田湾河从巴王海至河口河道长48km，天然落差2 120m，河道平均比降44.2‰。全流域面积1 400km2，河口多年平均流量42.3m3/s。流域梯级串联布置为“一库三级”，龙头水库电站为仁宗海水电站(240MW)、依次是金窝水电站(280MW)、大发水电站(240MW)，每站均布置有两台立式、冲击水斗式水轮发电机组，其单机容量目前居国内同类型机组之首。

2 田湾河流域冲击水斗式转轮气蚀情况

田湾河流域梯级电站水斗式转轮由VATECHHYDRO设计制造，转轮强度高、耐磨性好。但在仁宗海和金窝电站投产一年后检查发现在图1所示位置均出现不同程度的气蚀现象，最初气蚀厉害部位在图1中a视1号位置，随着运行时间的推移，慢慢地在2号、3号位置也相继出现气蚀。随着气蚀的加剧，3号位置气蚀深度不断加深，甚至出现气蚀贯穿，在水流的不断冲击下产生断裂现象，如图2所示。大发电站由于泥砂磨损严重，水斗未发现可见气蚀情况。

3 田湾河流域梯级电站转轮气蚀防范与修复

水斗气蚀的加剧给转轮运行带来严重的安全隐患，同时影响转轮效率，减少出力。目前转轮气蚀的防范各水电厂和厂家通行做法一是根据技术的发展采用新的型线进行防范，二是采用新的防气蚀和耐磨材料进行高温喷涂以进行防范。在修复方面通用做法是采用焊接修复法。结合田湾河实际情况，现就转轮气蚀防范与修复主要工作论述如下。

图1 水斗气蚀区域示意图

图2 分水刃前尖端部气蚀部位断裂图

3.1 转轮过流型线修正法

针对田湾河转轮气蚀情况，我公司及时与设计生产厂商进行了咨询与沟通，在厂商进行技术回访时专门针对此问题做了充分的交流和探讨，鉴于目前生产厂商已有新的冲击式转轮新型线，并可提高转轮效率，公司决定在仁宗海备用转轮上对过流型线进行修改。

型线修正法主要是在图1中a视1号位置及其前尖端部进行修正，原有型线过厚，使两侧过流水分散弧度较大，根据厂商现有新技术是将其型线进行适当修薄，以减小过流水分散弧度。此工作量较小，现场进行打磨、修正、抛光即可，然后将此备用转轮更换到气蚀严重的1F机组上，将气蚀严重的转轮运回厂家进行焊接修复和型线修正。

3.2 气蚀与磨损严重转轮焊接修复法

针对金窝和大发转轮情况，由于大发转轮磨损严重，水斗叶已严重磨薄，超过其允许磨损量，需要进行修复处理，金窝转轮气蚀和磨损也较严重，部分水斗3号位置也已断裂，同样需要修复处理。

两台转轮按照招投标流程，根据修复厂家情况先后分别由两家厂商进行焊接修复处理。各厂家根据自己的技术实力和经验，按照转轮原有型线样板进行了修复处理，并按照相应规范做了探伤与试验，先后运至现场进行安装更换，以做最终的运行检验。

3.3 气蚀转轮金属修补剂修复法

由于田湾河转轮气蚀面积并不大，在气蚀前期可采用金属修补剂进行气蚀修复，此方法简单易行，可避免焊接修复法方面的不利影响。根据目前国内外新型材料工艺情况，决定采用天山可赛新TS2111超级金属?修补剂进行修复处理。

TS2111超级金属?修补剂为双组分，胶泥状，高强度型，综合机械性能好，施工工艺性好，固化速度快、无收缩，适用材质广泛，其低温固化性能好，与金属粘合强度高，可在不同气候条件下操作。广泛适用于修补和密封铸铁、铸钢、铜、铝等合金的铸件的气孔、砂眼、裂纹等缺陷。修复后耐磨损、耐腐蚀。其主要物理机械性能如表1：

表1 TS2111修补剂主要物理机械性能

(表中数据为典型值，为说明书数据)。

转轮采用X3CrNi13-4不锈钢制作，其主要物理机械性能为：

表2 转轮采用X3CrNi13-4不锈钢制作物理机械性能表

将金属修补剂的物理机械性能参数与转轮材质性能参数进行对比，金属修补剂硬度满足转轮材质硬度要求，即不低于HB260～300(表面85ShoreD硬度相当于HB730)；其小面积抗压强度，弯曲强度符合要求，主要需要验证项目是金属修补剂与气蚀部位金属的结合力情况。如结合力较差，则金属修补剂将很容易被冲刷掉，对转轮气蚀就起不到防护作用，如结合力较好则可满足要求。

2013年4月26日，仁宗海电站2F机组进行A级检修，我部对仁宗海2F机组转轮水斗的气蚀部位采用天山可赛新TS2111超级金属?修补剂进行了填补、压紧、打磨等修复处理，同时对金窝电站1F机组转轮也进行了同样处理。

4 转轮气蚀修复后运行情况

4.1 转轮过流型线修正法后运行情况

2014年4月23日，将仁宗海经过型线修正的备用转轮更换到1F机组上进行运行检验。经过半年时间的运行，在2014年11月17日的1F机组D级检修检查中发现，转轮原有气蚀部位不再有气蚀痕迹，但在分水刃前段凹形背部又出现气蚀痕迹(如图1中4号位置)，在2015年及2016年的机组检修中发现，斗叶内部已无气蚀现象，分水刃前段凹形背部气蚀痕迹变化不大。

4.2 转轮焊接修复法运行情况

2012年5月，大发2F水轮发电机组A修时将经过焊接修复的转轮更换至2F机组上进行运行检验，在2013年8月的例行检查中发现此转轮有3个斗叶根部存在贯穿性的裂纹，最长长度达580mm。

2014年5月19日，金窝将经过焊接修复的转轮更换至1F水轮发电机组上进行运行检验，在2014年10月18日的例行检查中发现有一水斗上半部存在310mm左右的贯穿性裂纹。

4.3 转轮金属修补剂修复法运行情况

2013年11月10日，在仁宗海2F机组D级检修时对转轮水斗情况进行检查，发现有13个水斗气蚀部位的金属修补剂已被全部冲刷掉(如图3所示)，有9个水斗的金属修补剂还存留部分在上面(如图4所示)，有一个水斗分水刃前端已断裂。金属修补剂已被冲刷掉的水斗气蚀情况在扩大、加深。仁宗海1F机组转轮水斗气蚀部位未采用金属修补剂进行修复，在2013年10月30日的例行检查中发现，气蚀部位面积在缓慢扩大，深度在不断地加深，情况严重的是分水刃前尖端已断脱，如图5所示，1F机组像此情况的水斗有5个(每个转轮水斗数为21个)。对比同期仁宗海1F机组和2F机组气蚀情况， 显然2F机组水斗气蚀变化幅度小于仁宗海1F机组，2F机组还保留有金属修补剂的水斗气蚀情况变化不大。

图3 仁宗海2F机组水斗气蚀部位修复运行后情况图

金窝电站1F机组转轮水斗因汛期泥砂原因，水斗磨损较重，转轮气蚀部位的金属修补剂已被冲刷殆尽，气蚀现象依然严重，有4个分水刃前尖端已断裂。

图4 仁宗海2F机组水斗气蚀部位修复运行后情况图

图5 仁宗海1F机组水斗气蚀断裂图

5 田湾河大型冲击水斗式转轮气蚀修复应用的体会

从上述田湾河流域梯级电站转轮水斗气蚀防范与修复应用及后续的运行检验情况可知，一是采用修正型线方法解决气蚀效果比较明显，但气蚀部位在发生变化，而气蚀变化程度较小也说明型线处理方法很正确，效果也突出，但最佳的型线修正还需要更进一步的研究论证与运行应用检验，从而也验证型线修正也是彻底解决气蚀问题的最佳方法。二是焊接修复法是气蚀与磨损严重部位所采用的方法，两台转轮运行后均不同程度地存在贯穿性裂纹，其焊接修复工艺需要完善，焊接修复过程需要更加细致，并严格控制焊接温度在工艺要求范围，同时对焊后的消应处理需要严格执行，并进行全面的超声、渗透等探伤检验，确保转轮无焊接缺陷、应力消除彻底。三是在清水水质中小面积的气蚀部位采用金属修补剂还是有一定的防护作用，从仁宗海1F和2F机组的对比中看效果还是比较明显。同时也看出金属修补剂防护时间还不能达到半年进行一次修补的要求，在后续的工作思路中应缩短其修复时间，笔者认为在3～4个月修补一次效果可能更理想。再则也需要不断加强和改善修补工艺，由于转轮处于潮湿环境，处理时未对气蚀部位进行干燥处理，气蚀孔内难免存在水分，影响修补剂与金属的结合力度，所以以后修补时需要采用电吹风对气蚀部位进行加热，将气蚀部位水分清除干净，在进行修补时需要将气蚀部位填充夯实，以让金属修补剂与转轮气蚀部位进行有效的结合。

6 结 语

田湾河大型冲击式转轮气蚀防范与修复中型线修复法，是根本解决气蚀问题的最佳方法，其处理时间短，效率高，但要完全解决，还需要不断的研究与探索；焊接修复法为大面积磨损和气蚀面积大而严重的转轮所采用方法，进厂处理工序复杂，工艺应严格要求；金属修补剂修复法为小面积气蚀清水水质的转轮所采用方法，其处理时间短，难度小，可有效延长转轮使用寿命。总之，田湾河流域冲击水斗式水轮机组单机容量为国内之首，水斗式转轮集合了目前同类型电站转轮的主要问题，其处理与防范具有一定的代表性，可为类似电站提供经验借鉴和参考。

(责任编辑:卓政昌)

2016-12-09

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1001-2184(2017)01-0136-04

何念民(1974-)，男，四川武胜人，高级工程师，从事水电站水轮发电机组及辅助设备安装、调试、维护、管理等技术工作；

何 林(1987-)，男，四川武胜人，助理工程师，从事水电站运行管理等技术工作；

卢宝胜(1985-)，男，四川广元人，工程师，从事水电站水轮发电机组及辅助设备检修、维护、管理工作.