對水輪機泥沙磨損保證值參數檢測的探討

馬素萍

（水電站水力設備質量檢驗測試中心，北京 100038）

對水輪機泥沙磨損保證值參數檢測的探討

馬素萍

（水電站水力設備質量檢驗測試中心，北京 100038）

文章結合新頒布實施的《反擊式水輪機泥沙磨損技術導則》（GB/T 29403-2012）標準，對利用現有條件下水輪機泥沙磨損保證值的檢測進行了探討，對解決因水輪機磨損影響水輪機機組安全穩定運行問題有借鑒作用。

水輪機；泥沙磨損保證值；檢測

1 問題的提出

我國許多河流為多泥沙河流，在多泥沙河流上運行的水輪機泥沙磨損問題十分突出。泥沙磨損導致水輪機效率下降、空蝕加劇、壽命減少等一系列后果，因此，水輪機泥沙磨損是影響機組安全穩定運行的重要因素。

幾十年來，我國積極開展水輪機泥沙磨損問題研究，從理論到試驗，從經驗估算到建立可實用的泥沙磨損預估系統，從金屬材料防護到非金屬材料防護，積累了大量寶貴的經驗。在水輪機泥沙磨損的特點、磨蝕機理、抗磨措施、水輪機合理選型、試驗技術、兩相流理論等各個方面，都取得了具有國際先進水平的成果。然而，由于沒有一種先進的技術手段和方法，到目前為止對磨損量的測定通常是近似的。

如何通過檢測機構客觀、科學、公正的測量允許磨損量，為水電站安全、可靠、經濟運行提供保障，是擺在我們面前的一個現實問題。

2 檢測的基礎

2.1 標準

2012年12月31日國家標準化管理委員會發布《反擊式水輪機泥沙磨損技術導則》（GB/T 29403-2012），于2013年6月1日開始實施。該導則將水輪機磨損問題研究的成果進行了系統的收集整理，并用導則的形式把一些經過實踐的寶貴經驗總結出來，用以規范和指導反擊式水輪機泥沙磨損的技術工作。該導則明確制定了“水輪機泥沙磨損的保證值”，對水輪機常用母材和防護材料的抗磨性能提出了要求，水輪機泥沙磨損的測量可依據此標準。

2.2 檢測機構

水電站水力設備質量檢驗測試中心是通過中國國家認證認可監督管理委員會計量認證資質審核的質檢機構，質檢產品范圍共涵蓋4大類28個。檢測項目有水力機械模型水力性能的檢驗測試、水力機械原型水力性能的檢驗測試、水輪機的主要通流部件質量和幾何參數檢測、水輪機調速器的性能檢測。由于沒有一種先進的技術手段，為磨蝕試驗和磨蝕量進行科學的試驗和測量，所以還沒有開展有關磨蝕的檢測項目。

2.3 檢測手段

中國水利水電科學研究院正在研制的水力機械磨蝕測試系統是我國首個具有自主知識產權的綜合性高精度水力機械磨蝕測試系統，該測試系統功能之一即為水輪機泥沙磨損預估、材料性能對比與評價，對水電站水輪機過流部件的母材和抗磨損材料的耐磨性進行測量。

2.4 檢測的可能性

水力機械磨蝕測試系統研制為水輪機泥沙磨損保證值的檢測奠定了基礎。利用水力機械磨蝕測試系統，依據《反擊式水輪機泥沙磨損技術導則》（GB/T 29403-2012）實現水輪機泥沙磨損保證值的檢測成為可能。水力機械磨蝕測試系統模擬不同流速、流態、沖角及含沙濃度等水輪機運行環境，模擬不同運行工況、運行時間，對泥沙磨損的程度—磨損量進行檢測，對水輪機泥沙磨損保證值的可靠性進行評估。

3 水輪機泥沙磨損保證值檢測

3.1 檢測方法

水輪機泥沙磨損保證值的檢測主要是對磨損量的測定。目前在科研和工程研究中采用的方法主要有：失重法、深度法、面積(體積)法。

利用失重法測量材料磨蝕量的技術相對比較簡單，是科研和工程中應用最為廣泛的方法。但該方法只能測量評估部件(試件)的平均磨損程度，且測量精度一般較低。一般根據被測部件(材料)的重量及磨蝕量的大小選擇合適的重量測量儀器，對磨蝕前后的材料進行測量，分析得到磨蝕失重量。

深度法和面積(體積)損失法在水力機械磨蝕量測量領域的使用較少，主要因為測量技術比較復雜，且測量分析過程比較繁瑣。但這兩種測量方法可同時對材料的平均及局部的磨蝕程度進行分析評估，精度較高。《反擊式水輪機泥沙磨損技術導則》（GB/T 29403-2012）規定磨損面積的測量和磨損深度的測量條款，要求局部磨損的深度采用測量工具直接測量。

3.2 檢測設備

水力機械磨蝕測試系統利用表面測量先進技術，對材料磨損面積和深度(體積)損失進行測量。該系統不僅能測量二維表粗糙度、波度和形狀誤差，還可進行三維空間形貌特征的測量，通過軟件可對面積(空隙率，缺陷密度，磨損輪廓截面積等)、體積(孔深，點蝕，圖案化表面，材料表面磨損體積以及球狀和環狀工件表面磨損體積等)、臺階高度、線與面粗糙度，以及其他幾何參數進行精確的定量分析，精度較高，測量不確定度預期達到±5%以內，這將促進我國水力機械磨蝕防護技術的進步。

3.3 水輪機泥沙磨損保證值檢測

由于影響磨損的因素十分復雜，不同條件下水輪機磨損程度的差別將十分懸殊，因此允許的磨損程度應根據電站的具體條件和要求，考慮經濟等因素進行綜合比較后確定。在選用新材料時，先進行材料測試。使用在建、擬建電站的過機泥沙對水輪機過流部件的母材和抗磨損材料的耐磨性進行磨損檢測。檢測依據是《反擊式水輪機泥沙磨損技術導則》（GB/T 29403-2012），根據檢測結果驗證保證值的可靠性。《反擊式水輪機泥沙磨損技術導則》（GB/T 29403-2012）規定：水輪機磨損保證期不宜短于4年。對預期磨損情況輕微和中等的大型水輪機，保證期可延長；對預期磨損情況嚴重的小型水輪機，保證期可縮短，并對保證期內水輪機磨損量指標給出了具體規定。

4 結 語

迄今為止，由于尚缺乏科學的手段與方法，往往憑借經驗確定水利水電建設中水輪機泥沙磨損保護措施，其結果一般僅僅只達到估算的水平。筆者認為目前已有條件探討水輪機磨損測量技術，用客觀、科學的數據反映磨損結果和抗磨措施的效果，這對提高水輪機的抗磨能力是十分必要的，也是十分有意義的。

《治澇標準（送審稿）》審查會在京召開

2014年9月22日至23日，受水利部國科司委托，水規總院在北京主持召開會議，對《治澇標準》（送審稿）進行了審查。

會議聽取了編制工作匯報，對《治澇標準》（送審稿）逐章逐條進行了審查。會議認為：內容全面，章節結構合理，技術指標合適，條款操作性較強，適應我國當前經濟社會發展要求，符合水利行業治澇標準確定的實際與需求，基本同意編制組提交的《治澇標準》（送審稿）。

（王化翠 供稿）

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.06.004

TV734.1

A

1008-1305（2014）06-0013-02

馬素萍（1963年-），女，高級工程師。