發(fā)布時(shí)間：2020-06-19所屬分類(lèi)：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：多泥沙河流運(yùn)行機(jī)組，普遍存在水輪機(jī)及部件磨損的問(wèn)題，通過(guò)分析造成設(shè)備磨損的影響因素，討論減少泥沙磨蝕的措施。 關(guān)鍵詞：泥沙、水輪機(jī)及部件磨蝕、措施 水輪機(jī)及部件磨損是多泥沙河流水電站機(jī)組運(yùn)行中存在的主要設(shè)備缺陷，形成原因復(fù)雜，影響因素
摘 要：多泥沙河流運(yùn)行機(jī)組，普遍存在水輪機(jī)及部件磨損的問(wèn)題，通過(guò)分析造成設(shè)備磨損的影響因素，討論減少泥沙磨蝕的措施。
關(guān)鍵詞：泥沙、水輪機(jī)及部件磨蝕、措施
水輪機(jī)及部件磨損是多泥沙河流水電站機(jī)組運(yùn)行中存在的主要設(shè)備缺陷，形成原因復(fù)雜，影響因素多。其中泥沙磨蝕、氣蝕影響和機(jī)械振動(dòng)都是設(shè)備及部件磨損的重要因素。結(jié)合黨河三級(jí)電站運(yùn)行實(shí)踐來(lái)重點(diǎn)討論泥沙磨蝕對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行的影響和減少泥沙磨蝕的措施。
1 電站概況
黨上三級(jí)水電站位于酒泉市肅北縣境內(nèi)黨河上游干流上。電站采取渠首引水、引水暗渠接壓力前池工程布置形式。電站調(diào)節(jié)庫(kù)容小，渠首的清淤排沙采取定期啟閉閘門(mén)調(diào)節(jié)水位的方式進(jìn)行清理。引水渠道前端設(shè)長(zhǎng)度為150米的沉砂池，主要用于沉淀推移質(zhì)泥沙，定期機(jī)械清理。
1.1河流泥沙情況
黨河多年平均徑流量約為3.5億m3。流域地表徑流為集中的降雨和冰雪融水水系，由于地表植被較差，河流泥沙量較大。經(jīng)水文地質(zhì)調(diào)查，黨河河道年平均輸沙量為65.3萬(wàn)t，其中懸移質(zhì)平均含沙率為1.93kg/m3;推移質(zhì)泥沙為懸移質(zhì)泥沙總量的10%，主要為卵石及砂礫。
1.2 電站設(shè)備情況
電站水輪機(jī)型號(hào)為HLA235-LJ-115，轉(zhuǎn)輪直徑115cm，機(jī)組額定水頭117米，額定轉(zhuǎn)速500r/min，空蝕系數(shù)0.05。電站為高水頭、小流量引水式電站，機(jī)組轉(zhuǎn)速高。由于河流泥沙量大、硬度高等原因，對(duì)水輪機(jī)過(guò)流部件如轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉、抗磨板、密封環(huán)等磨蝕嚴(yán)重，設(shè)備部件安裝間隙變大，機(jī)組漏水量加大，耗水率增加，影響設(shè)備安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。電站每年冬季定期檢修主要工作就是修復(fù)或更換已磨損的水輪機(jī)過(guò)流部件。
2 水輪機(jī)及部件磨蝕及原因分析
2.1 磨蝕情況
因泥沙磨蝕的原因，混流式水輪機(jī)磨損部位主要是轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪室部件，包括導(dǎo)葉立面和端面、葉片頭部背面、葉片外緣端面和出水邊緣及出口根部;抗磨板、密封環(huán)、下環(huán)內(nèi)側(cè)等。磨損表現(xiàn)特點(diǎn)有導(dǎo)葉出現(xiàn)裂紋、進(jìn)水邊有分布不均凹坑;止漏環(huán)單邊不規(guī)則，間隙變大;抗磨板出現(xiàn)明顯坑槽等。
2.2 磨蝕危害
(1)水輪機(jī)過(guò)流部件磨蝕后，會(huì)影響水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不平衡，機(jī)組振動(dòng)、擺度變大，機(jī)組不能正常穩(wěn)定運(yùn)行。磨蝕嚴(yán)重時(shí)造成導(dǎo)葉漏水量大，影響機(jī)組正常停機(jī)。
(2)水輪機(jī)過(guò)流部件水封面、間隙變大，機(jī)組漏水量加大，加大機(jī)組耗水率，降低水能轉(zhuǎn)化效率，影響水輪機(jī)工作效率，不利于設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
(3)檢修工作量大，定期需對(duì)水輪機(jī)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪等過(guò)流部件進(jìn)行修復(fù)和更換。黨上三級(jí)水電站裝輪和導(dǎo)葉一般在2至3年時(shí)間需要換新，修復(fù)過(guò)流部件的水力效率一般也較難達(dá)到設(shè)計(jì)工況。
2.3 磨蝕原因分析
本例中電站水輪機(jī)及部件磨損產(chǎn)生原因主要是泥沙磨蝕和空蝕共同作用形成的，其中泥沙磨蝕作用更大。泥沙磨蝕的作用一般來(lái)說(shuō)，水流流道邊壁材料的磨損破壞程度與水流中泥沙運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比。水流流場(chǎng)偏流會(huì)造成水流紊流和局部流速加大，本質(zhì)是偏流產(chǎn)生側(cè)向加速度增大沙粒與過(guò)流面的接觸力，使磨損強(qiáng)度增大。當(dāng)水流偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，在轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)出口處會(huì)發(fā)生水流漩渦，水中含有沙粒以不同角度撞擊葉片表面，過(guò)流部件表面會(huì)出現(xiàn)不同程度磨損。這是泥沙磨蝕的主要原因。
在機(jī)組流態(tài)較差時(shí)，設(shè)備空蝕現(xiàn)象本身表現(xiàn)得明顯。在與泥沙磨蝕的共同作用下，水中存在的雜質(zhì)主要是泥沙，水的潔凈度與氣泡產(chǎn)生成反比，水質(zhì)越清，越難產(chǎn)生氣泡。因此泥沙本身對(duì)金屬表面形成切削外，水流紊流度越大，磨蝕越嚴(yán)重，同時(shí)含沙水流促進(jìn)空化現(xiàn)象產(chǎn)生，加劇空蝕。
3 減輕磨蝕措施
減輕水輪機(jī)及部件磨損措施，主要考慮的因素是水工建筑物的水力設(shè)計(jì)、水輪機(jī)部件加工技術(shù)、材料性能與表面技術(shù)以及合理的設(shè)備運(yùn)行方式，這些都是抗磨蝕的主要措施和手段。
3.1 合理布置排沙攔沙設(shè)施
(1)合理布置引水樞紐，特別是樞紐進(jìn)水口的布置。本例中電站引水樞紐布置考慮設(shè)置攔沙和沖沙設(shè)施，根據(jù)河流來(lái)水來(lái)沙實(shí)際，泄洪閘和沖沙閘底板高程低于引水渠閘底板高程，高差達(dá)3米，有效保證河道大部分推移質(zhì)暫時(shí)淤積在泄流排沙設(shè)置處。通過(guò)定期閘門(mén)調(diào)度拉排泥沙至渠首下游，減少進(jìn)入引水渠道的泥沙量。
(2)對(duì)于較長(zhǎng)渠道，可以在前端設(shè)置擋砂坎、沉沙池，使泥沙盡可能沉淀在沉沙池內(nèi)。在前池部位可以采取正面沖砂，側(cè)面引水的布置方式，同時(shí)設(shè)置擋砂坎。在壓力鋼管入口，可以采取虹吸引水方式，都能有效減少泥沙進(jìn)入機(jī)組過(guò)流面。
(3)控制尾水運(yùn)行水位，減少河道下游淤積。
3.2 采取合理調(diào)度運(yùn)行方式
(1)采取合理機(jī)組運(yùn)行方式，優(yōu)化調(diào)度，避開(kāi)高泥沙運(yùn)行時(shí)段。在河流來(lái)水中含泥沙量大時(shí)段優(yōu)先考慮排沙措施，減少泥沙對(duì)過(guò)流部件的磨蝕。一般情況下，轉(zhuǎn)輪磨損隨機(jī)組負(fù)荷增加而變大，但混流式機(jī)組在小開(kāi)度時(shí)也會(huì)磨損嚴(yán)重。因此，在實(shí)際運(yùn)行中考慮通過(guò)調(diào)整負(fù)荷、機(jī)組間差異化運(yùn)行等控制措施保持設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組過(guò)流流態(tài)平穩(wěn)。
(2)改善設(shè)備工況，避開(kāi)氣蝕區(qū)運(yùn)行。泥沙對(duì)過(guò)流部件表面產(chǎn)生磨蝕，設(shè)備水力振動(dòng)會(huì)增加水流紊亂，加速設(shè)備部件的磨蝕和氣蝕現(xiàn)象。因此在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，要及時(shí)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，保持設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程中觀察水輪機(jī)振動(dòng)和擺度，加強(qiáng)尾水管的脈動(dòng)監(jiān)測(cè)，綜合判斷機(jī)組振動(dòng)運(yùn)行范圍，做到機(jī)組的避振運(yùn)行。
(3)及時(shí)檢查補(bǔ)氣裝置的完好性。補(bǔ)氣裝置的作用是降低真空度，抑制真空渦帶，減少氣蝕破壞，能有效地防護(hù)過(guò)流表面的磨損。
3.3 過(guò)流部件的選材和防護(hù)處理。
選用抗磨材料，提高水輪機(jī)過(guò)流部件的加工工藝。水輪機(jī)部件鑄造時(shí)，要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉的制造工藝，與模型設(shè)計(jì)一致;部件材料上要選擇硬度高、彈性好，具備較強(qiáng)抗磨蝕能力的材料;同時(shí)減少制造質(zhì)量缺陷，避免沙眼、毛刺等。
過(guò)流表面的防護(hù)硬度越高，抗切向沖擊磨蝕的能力就越強(qiáng)。因此過(guò)流面防護(hù)處理上可以采取選用在韌性母材上加高硬度表面防護(hù)的措施，轉(zhuǎn)輪葉片等過(guò)流面采取碳化鎢金屬粉末激光熔覆或其他合金噴焊等措施，提高抗磨性能。
3.4 保證檢修工作質(zhì)量。
要重點(diǎn)控制水輪機(jī)部件氣蝕部位的修補(bǔ)質(zhì)量和設(shè)備回裝的安裝技術(shù)參數(shù)，確保水輪機(jī)各項(xiàng)部件的缺陷處理和回裝的工作質(zhì)量。通過(guò)定期檢修工作及時(shí)處理水輪機(jī)部件磨蝕缺陷，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。
4 結(jié)語(yǔ)
水輪機(jī)及部件磨損的形成原因較為復(fù)雜，多泥沙河流的泥沙磨蝕影響是其中的重要原因。通過(guò)運(yùn)行實(shí)踐，采取適時(shí)排沙、合理調(diào)度運(yùn)行、部件過(guò)流面防護(hù)以及加強(qiáng)檢修等綜合措施可以減輕泥沙對(duì)水輪機(jī)及部件磨蝕的影響作用，達(dá)到保護(hù)過(guò)流部件、延長(zhǎng)檢修周期、提高機(jī)組利用率等效果。——論文作者：劉剛 康少龍
本文出自《中國(guó)電業(yè)》(月刊)創(chuàng)刊于1950年，由中國(guó)電力報(bào)社主辦。報(bào)道電力工業(yè)的重大事件以及電力行業(yè)在政策與體制、投資與融資、基本建設(shè)、企業(yè)管理和經(jīng)營(yíng)、杰出人物、農(nóng)村電氣化、世界各國(guó)電力發(fā)展等多方面的理論研究和工作實(shí)踐。內(nèi)容豐富，設(shè)計(jì)和制作精美。
