水輪機氣蝕修復與防護

羅曉宇

(四川江口水力發電(集團)廠,四川達州 636150)

水輪機氣蝕修復與防護

羅曉宇

(四川江口水力發電(集團)廠,四川達州 636150)

通過對四川江口水力發電廠的氣蝕情況觀察與處理,在分析原因的基礎上,有針對性地使用新材料、新技術,并采用合理、有效的修復技術對氣蝕破壞區進行修補和防護,達到避免或減輕氣蝕的破壞和影響,提高機組效益及安全運行的目的。

水輪機氣蝕 修復與防護

四川江口水力發電廠裝設軸流轉漿式水輪機三臺,每臺容量17MW,設計水頭26米,控制集雨面積6364平方公里,年平均降雨量1220毫米,由于機組結構、性能、工藝,調節庫容有限,機組處于非設計工況運行時間較多等原因,造成三臺機組有不同程度的氣蝕破壞產生,對機組的經濟安全運行造成一定影響。

1 氣蝕現狀

根據氣蝕發生的水輪機的部位的不同,可以分為翼型氣蝕、間隙氣蝕、空腔氣蝕以及局部氣蝕,根據20多年來的運行經驗,水輪機氣蝕形態主要以間隙蝕氣和局部氣蝕為主,翼型氣蝕和空腔氣蝕影響輕微。

(1)翼型氣蝕是由輪葉的翼型形狀所引起的,它主要發生在葉片背面靠近出水邊的區域。江口電廠采用抗氣蝕不銹鋼葉片氣蝕較小。

(2)間隙氣蝕是水流通過間隙和較小的通道時,局部流速增大壓力降低而產生的,主要發生在葉片外緣與轉輪室內緣與輪轂邊緣等區域。通過四川江口水力發電廠近十年來的觀察處理,轉輪葉片外緣有蜂窩狀氣蝕侵蝕現象,轉輪室氣蝕現象比較嚴重,在輪葉葉片外緣與轉輪室壁上形成比較大的一周氣蝕帶,深度在5mm-10mm,有嚴重的地方已穿透轉輪室鋼板,看見混凝土。

(3)局部氣蝕是在過流部件凹凸不平因脫流而產生氣蝕。江口水力發電廠局部氣蝕主要表現在轉輪體不平滑地區和“入”字密封壓板上的氣蝕。

(4)空腔氣蝕是在非最優工況下運行,水流在尾水管中發生旋轉形成一種對稱真空渦帶引起尾水管中水流速度和壓力脈動,在尾水管進口處產生氣蝕破壞,造成尾水管振動。

2 氣蝕原因分析

水輪機產生的氣蝕的主要原因與水流流速、方向、金屬材料的性能、檢修工藝和運行小時等因素有關。從江口水力發電廠氣蝕原因分析來看,重點表現在:

(1)由于庫區容量積雨面積等原因,電廠機組經常處于非最優工況運行。(2)水輪機轉輪一般都是用30號鑄鋼或矽錳鑄鋼制造,抗氣蝕性能較差,在轉輪部件和轉輪室造成蜂窩狀孔洞破壞。(3)常規檢修工藝不能完全滿足型線及表面波浪度、粗糙度的要求,尤其是經過多次氣蝕補焊后,型線和光潔度已無法保證。氣蝕產生是十分復雜的,氣蝕破壞產生也不是單純某一種作用所致的。

3 修復與防護措施

對于一臺機組是否需要大修,水輪機的氣蝕程度起著決定性作用,所以對水輪機的氣蝕修復和防護十分重要。一是轉輪體材料能盡量采用抗氣蝕材料如不銹鋼轉輪體和葉片,二是運行方式,盡量避免低負荷、低水頭運行,合理調度。

修復措施:

(1)補焊:對于轉輪室的汽蝕處理。首先用氣刨將氣蝕部位的蜂窩狀鏟除,用砂輪機打磨平滑,然后用不銹鋼焊條堆焊,堆焊應均勻,整齊平整,再用砂輪機打磨光滑,打磨后的部位光潔度對機組今后過程中氣蝕破壞大小很關鍵,焊后將焊縫再進行行圓度測量,并利用樣板進行控制。

對葉片的氣蝕處理,在進行堆焊時,應考慮到葉片的變形,不能進行連續施焊,而應考慮間隔施焊,并應注意緩慢冷卻,處理完后進行葉形校型,樣板控制。

對于裂縫的處理,應先在裂縫兩頭鉆10mm深的孔,然后用氣刨刨掉、打磨,施焊,打磨光滑。

(2)使用修復和防護材料保護。在江口電廠實際檢修使用中,采用了耐氣蝕、耐腐蝕性能優良的貝爾左納高分子修復材料在轉輪室、輪轂、輪葉“入”字密封壓板等易氣蝕區,取得了較好效果,延長了水輪機大修周期。

1)基體表面粗糙化。對基體(氣蝕部位)表面粗糙化處理,增大修補材料與基體的接觸面積,增加粘合力。先用氣刨刨出本體然后噴砂處理,要求徹底除銹和氧化皮漏出母體本色,表面粗糙度至少75微米。

2)基體清理。使用貝爾左納9111或丙酮,用干凈抹布或刷子用力清洗基體表面和附近區域。

3)調料。等表面干燥后配料、調料,調料時間盡量快,以留較多的操作時間,注意貝爾左納1311配料比例和重量比、體積比之間的區別。

4)敷涂。先施一薄層,用力往下壓,保證貝爾左納材料與基體完全有效接觸,然后再第二層第三層…,每層都要盡力壓實,不要留有氣泡和空隙。應盡量避免溫度低于5℃,金屬表面有濕氣有煙氣等環境下工作。

5)固化及后續處理。對修補材料表面不需要機加工,可在1311固化前用1341摸平表面以獲得光滑表面,24小時后自然固化,表面不粘手可安裝其它設備。

4 結語

江口電廠三臺機組投運20年來,通過各機組的大修,對水輪機的氣蝕處理和防護有了深刻的認識和比較好的處理手段,葉片采用不銹鋼葉片,氣蝕破壞輕微,基本不用處理,轉輪體、轉輪室及轉輪體“入”字密封壓板敷涂貝爾左納高分子材料,敷涂面抗腐蝕耐磨損表面光滑,減緩了氣蝕侵蝕破壞,起到很好的保護作用,從根本解決了水輪機氣蝕嚴重的問題,縮短了檢修工期,減輕了檢修工工作強度,直接經濟效益明顯,對電廠的經濟安全運行起到重要作用。

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[5]姜先軍.水輪發電機組汽蝕在線監測的應用[J].水電廠自動化,2008(4).

羅曉宇(1968—),男,漢族,四川宣漢人,博士,高級人力資源管理師,高級政工師,工程師,研究方向:企業管理和水電站水輪發電機組。