水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪汽蝕的危害及處理

王　晶

摘要:文章對(duì)水輪機(jī)在發(fā)電運(yùn)行中出現(xiàn)的強(qiáng)烈震動(dòng)和強(qiáng)烈的噪音以及軸承溫度過(guò)高、機(jī)組擺動(dòng)過(guò)大等不良現(xiàn)象造成的水輪機(jī)的汽蝕危害進(jìn)行了科學(xué)分析,并制定了有效措施與處理方法,從而能有效地提高機(jī)組的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞:水輪機(jī);汽蝕危害;強(qiáng)烈震動(dòng)

中圖分類號(hào):TV734文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-1145(2009)20-0103-01

水輪機(jī)在發(fā)電運(yùn)行中,往往會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈震動(dòng)和強(qiáng)烈的噪音以及軸承溫度過(guò)高、機(jī)組擺動(dòng)過(guò)大等不良現(xiàn)象。這種現(xiàn)象往往是由水輪機(jī)的汽蝕造成。

汽蝕的形成原因:

造成水輪機(jī)汽蝕破壞的原因是多種多樣的。除水輪機(jī)本身外,還與通流部件的材料性能、制造工藝水平、河

流水質(zhì)、運(yùn)行情況、檢修質(zhì)量等因素有關(guān);另外對(duì)水輪機(jī)的吸出高度也必須加以考慮。

一、運(yùn)行工況的影響及處理措施

水輪機(jī)在設(shè)計(jì)水頭和最優(yōu)工況區(qū)運(yùn)行,一般沒(méi)有什么汽蝕現(xiàn)象,而在偏離最優(yōu)工況很遠(yuǎn)的低水頭運(yùn)行時(shí),汽蝕的破壞較大,容易造成強(qiáng)烈的噪音,金屬打擊聲、雷鳴聲,嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生汽蝕共振,引起機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng),影響水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。在這種情況下,可采取十字架或頂蓋下和轉(zhuǎn)輪出口的渦帶補(bǔ)氣或避開(kāi)這一運(yùn)行區(qū)域,避免水輪機(jī)在低水頭和低負(fù)荷下運(yùn)行,這樣可以降低空腔汽蝕和翼型汽蝕的強(qiáng)度。

二、水輪機(jī)的汽蝕與其吸出高度有著密切的關(guān)系

水輪機(jī)的吸出高度是影響水輪機(jī)汽蝕的基本參數(shù),它直接影響到機(jī)組的穩(wěn)定性。一般規(guī)律是吸出高度大,汽蝕就比較嚴(yán)重。所以在設(shè)計(jì)和安裝機(jī)組時(shí),應(yīng)對(duì)水輪機(jī)的吸出高度進(jìn)行合理選擇,從而保證水輪機(jī)的安全運(yùn)行和使用壽命。

三、水的理化性能影響及預(yù)防

在流經(jīng)發(fā)電機(jī)的水流中含有空氣。二氧化碳或泥沙量較大,導(dǎo)致小的汽化壓力提高,使水輪機(jī)汽蝕強(qiáng)度增大。如:阜平的陡嶺臺(tái)、淶源的泉水背及北城子、曲陽(yáng)的蘆莊子等電站就是因?yàn)榍赖乃嗌程?致使轉(zhuǎn)輪邊沿汽蝕磨損很大,迷宮環(huán)間隙由原來(lái)的0.5毫米增大到10毫米左右,因而降低了水輪機(jī)的效率。

對(duì)于泥沙含量較大河流上的電站一般應(yīng)設(shè)置沉沙和除沙的水工建筑,以減緩和消除泥沙對(duì)水輪機(jī)過(guò)流部件的磨損。如適當(dāng)抬高進(jìn)水口的高程,設(shè)置沉沙池及排沙,沖沙等設(shè)施。

四、汽蝕的機(jī)械破壞作用及處理

(一)汽蝕對(duì)水輪機(jī)的破壞作用

水流在水輪機(jī)中流動(dòng)通過(guò)壓力低于汽化壓力區(qū)界,水汽化沸騰產(chǎn)生氣泡,流到高壓區(qū)界氣泡迅速潰滅,氣泡周圍的水體高速占據(jù)此空間,產(chǎn)生局部沖擊壓力升高,于是使水?dāng)D入金屬表面的細(xì)縫中,當(dāng)壓力突降時(shí),擠入的水又要從金屬縫中快速拉出,這樣就會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生周期性的撞擊并產(chǎn)生水擊壓力,使金屬表面受到反復(fù)的沖擊載荷,造成材料的破壞,導(dǎo)致金屬晶粒脫落,當(dāng)汽蝕反復(fù)發(fā)生在同一個(gè)部位時(shí),就會(huì)使金屬表面變暗、粗糙、出現(xiàn)蜂窩以致穿孔或斷裂現(xiàn)象,最終成塊脫落?？傊g時(shí)對(duì)水輪機(jī)的機(jī)械破壞,使機(jī)組大修周期縮短,延長(zhǎng)了檢修工期,增加了檢修費(fèi)用,減少了機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間,降低了發(fā)電量,影響了水電站的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

(二)對(duì)轉(zhuǎn)輪汽蝕破壞部位的處理方法

1.對(duì)轉(zhuǎn)輪汽蝕破壞的部位,首先要測(cè)定面積、深度及失重量。對(duì)破壞部位的清理,一般用電弧氣刨或偏鏟將汽蝕部位的破壞層處理掉,使之露出母材為宜。

2.對(duì)于輕度的汽蝕破壞,可采用金屬噴鍍法。噴鍍材料為自熔性合金。噴鍍時(shí)使自熔性合金與母材相結(jié)合,使之對(duì)母材料起到修補(bǔ)和保護(hù)作用。

3.對(duì)于水輪機(jī)較嚴(yán)重的汽蝕破壞,可采取補(bǔ)焊法。當(dāng)汽蝕破壞部位浸蝕深度小于8毫米時(shí),可直接在清理好的汽蝕部位堆焊抗腐蝕耐磨及干燥的焊條。

西大洋發(fā)電廠3#機(jī)組轉(zhuǎn)輪是混流式的,因運(yùn)行年限較長(zhǎng),15個(gè)葉片與下環(huán)連接處的背面均發(fā)生了汽蝕破壞,其每個(gè)葉片的汽蝕面積約為70～80平方厘米,深度1.5毫米左右,對(duì)這樣嚴(yán)重的浸蝕深度,首先用低碳鋼焊條打底,當(dāng)距底面6毫米時(shí),再用抗汽蝕耐磨損的焊條堆焊。為了消除焊接應(yīng)力,每焊完一道焊波,須馬上進(jìn)行錘擊,錘擊到焊波波紋模糊不清為止。補(bǔ)焊時(shí),應(yīng)采用小電流短弧施焊方法,防止因大電流將葉片熔化較深,熱影響區(qū)域擴(kuò)大,母材中的碳滲入焊縫形成碳化鉻而降低補(bǔ)焊層的含鉻量,降低了抗汽蝕性能。

施焊中運(yùn)條速度應(yīng)均勻,電弧應(yīng)穩(wěn)定。補(bǔ)焊完應(yīng)高出原型2毫米左右,以作為打磨的余量,打磨應(yīng)光滑平整,表面形狀應(yīng)符合母材的原型。轉(zhuǎn)輪在補(bǔ)焊處理完畢之后,應(yīng)做靜動(dòng)平衡試驗(yàn)和轉(zhuǎn)輪的測(cè)圓工作,使之符合規(guī)程要求,并且在補(bǔ)焊前做好防止母材變形的技術(shù)措施。

綜以上所述,水輪機(jī)的汽蝕是一種復(fù)雜的物理與化學(xué)現(xiàn)象,它直接影響到機(jī)組的穩(wěn)定性、機(jī)組的檢修及經(jīng)濟(jì)效益,它使水輪機(jī)效率降低,材料破壞,它威脅水輪機(jī)的安全運(yùn)行,所以防止和減輕汽蝕是一個(gè)重要的課題,只要我們不斷進(jìn)取,大膽探索勇于實(shí)踐,一定會(huì)在防止和減輕水輪機(jī)的汽蝕方面取得滿意的效果,使機(jī)組達(dá)到安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

作者簡(jiǎn)介:王晶(1976-),保定市西大洋水電站生產(chǎn)科助理工程師,研究方向:發(fā)供電。