抗磨材料对水轮机抗磨蚀技术应用

抗磨材料对水轮机抗磨蚀技术应用
摘要：新疆和田水电站水头中高、含沙量大、水轮机磨损严重.为了减少水轮机磨损,设计中采取了一些优化方案,总结大修的经验,通过改善部件结构、采用优质材料、提高大修质量、涂敷防护材料等方面的技术措施,使泥沙对水轮机的空蚀磨损得到了有效控制。

关键词：水电站运行、水轮空蚀、磨损、防护、技术总结
正文：和田达克曲克水电站处在新疆和田喀什玉龙河规划修建了两梯四级混流式水电站,现投运开发梯极的第四级水电站，2015年5月建成发电。

电站为隧洞引水式地面厂房，设计水头99.8m，设计最大引水流量100m3/s。

电站总装机容量70MW（2台×35MW）水轮机的型号HLD307-LJ-28O；设备生产厂家为东方电机厂。

水电站在经过一年水轮机运行，空蚀磨损所造成的水轮破坏程度大。

电站虽运行时间短,但空蚀磨损却相当严重,造成大修周期缩短,检修工期长,水轮机效率的下降,能量损失,同时还影响到机组的稳定性和安全性。

电站目前是喀什玉龙河梯极开发的第二级水电站，喀什玉龙河汛期发电机高峰期，水质含沙量高，水轮机在正常年份运行中受泥沙磨损量很大。

2015年投运半年，电站库区被泥沙淤满，大坝库区泥沙计划性进行一次拉库排沙。

2016年-2017年机组运行时大量沙子随水流进入水轮机，2017年对#2机组水轮机铸铁顶盖先后被磨损穿眼，排水均压管出现严重漏水现象。

当时正值汛期丰水期，为了抢发电量，电站对磨穿漏水的顶盖采取了临时应急措施，临时补焊加厚处理，由于漏水量大，有三台功率为50kW，排水量100m3/h深井泵抽排漏水泵，及时不停的抽水，机组均压管和顶盖漏水量大不能从根本上解决止漏问题，机组运行期间几乎每周两次对均压管和顶盖结合处进行补焊，这种状况勉强坚持到2017年10月底，对#2机组停运进行检修发现，在水轮机和重要过流部件经含有大量泥沙的高速水流过时受气蚀破坏、泥沙磨损及相互耦合作用，导致水机的转轮、导叶、蜗壳、止漏环等关键部位有严重的磨蚀破坏，顶盖被沙子磨损的部位深度达2cm以上，提别在均压管结合面处磨损厚度为2mm，多出磨蚀击穿；影响了水电站的发电效益，同时降低了使用寿命，甚至危及电站的安全运行。

图1:机组底环、顶盖端面冲刷情况
如图2:导叶端面机组情况
如图5：均压管磨蚀，顶盖均压管出水口处出现大量的磨蚀，磨穿部位
结合机组运行情况，机组顶盖、底环、导叶端面、均压管及均压管和导叶结合处被沙子磨穿出现漏水现象，顶盖磨损严重，而且水封装置和底座也受到很大磨损；为解决泥沙磨损问题，电站又从水轮机金属结构上寻求解决办法。

通过黄河水利科学研究院专家调研现场仔细分析与总结，认为水轮机顶盖磨损形成主要原因是由于水中含沙量大，转轮间隙所受磨损增加，大量含沙水流射向顶盖内，并随转轮沿圆周高速运转，比重较大沙粒就不停地作圆周摩擦运动，在水的压力作用下，排向均压管和水轮泄洪处。

一旦顶盖磨损穿眼，就会引发严重漏水，导致水车室机组不能正常运行，同时金属磨损严重变薄，强度降低振动增加。

经过反复分析和测量计算，水轮机过流部件磨蚀的修复。

水轮机组磨蚀防护整体方案
1、针对水轮机蜗壳、固定导叶、座环、顶盖、底环、活动导叶、水轮机叶片、止漏环及均压管的磨蚀情况。

表1 达克曲克水电站水轮机防护方案
2、预期效果：
采用钢塑复合聚氨酯底环和顶盖抗磨板改后，可解决抗磨板磨损和汽蚀问题，通过与导
叶密封板配合使用，导叶密封效果更加优异，可保证机组停机状态时几乎不漏水。

钢塑复合聚氨酯抗磨板进行测试，其抗张强度、抗撕裂性能、硬度下降不超过原抗磨板
的5%，抗磨蚀性能不降反升。

图1：顶盖、底环用钢塑复合聚氨酯抗磨板
图2：水轮补焊
图3：导叶复合树脂砂浆涂层修复及改进均压管20mm厚的方墩，直管更换壁厚8mm的
均压管，管壁内涂抹复合树脂砂浆
堆焊是我国采用较多的一种抗磨蚀处理的方法，它的主要优点是设备简单、技术成熟、
现场施工方便。

用水轮机抗磨蚀堆焊的焊条0Cr13Ni4--6MoRe系列低氢马氏体不锈钢焊条具
有较好的抗磨蚀性能，其抗磨蚀能力为1Cr18Ni9Ti(A102)的2倍左右，强度高。

焊层厚且不均匀，焊后容易产生变形，并可能对过流部件产生热影响，边焊接，边保温来降低部件的温度
保持均匀，防止水轮焊接部位变形等性能。

结束语：
为了解决水轮机严重磨损的问题，在选用金属材料方面，可以使用钢塑复合聚氨酯抗磨板，复合树脂砂浆涂层，可用于水轮机活动导叶、转轮室、叶片正面和头部等非气蚀区，钢
塑复合聚氨酯轻易不会受到磨损，从而达到抗磨止漏的问题得到缓解。

同时，转轮间隙被密
封后降低了顶盖内部磨损，节省了耗水量，提高了设备工效。

参考文献：
［1］任岩、黄河水电站水磨蚀状态研究［J］水力发电、2010（02）85
［1］黄河干流水轮机磨蚀与防护［J］水力发电、CJ201608。