田灣河大型沖擊水斗式轉輪氣蝕的防范與修復

何 念 民， 何 林， 盧 寶 勝

(四川川投田灣河開發有限責任公司，四川 成都 610213)

田灣河大型沖擊水斗式轉輪氣蝕的防范與修復

何 念 民， 何 林， 盧 寶 勝

(四川川投田灣河開發有限責任公司，四川 成都 610213)

田灣河大型沖擊式轉輪氣蝕防范與修復中型線修復法，是根本解決氣蝕問題的最佳方法，其處理時間短，效率高，但要完全解決，還需要不斷的研究與探索；焊接修復法為大面積磨損和氣蝕面積大而嚴重的轉輪所采用方法，進廠處理工序復雜，工藝應嚴格要求；金屬修補劑修復法為小面積氣蝕清水水質的轉輪所采用方法，其處理時間短，難度小，可有效延長轉輪使用壽命。

沖擊水斗式轉輪；氣蝕情況；防范與修復；應用體會

1 概 述

田灣河是大渡河中游右岸的一條支流，發源于貢嘎山西側。田灣河從巴王海至河口河道長48km，天然落差2 120m，河道平均比降44.2‰。全流域面積1 400km2，河口多年平均流量42.3m3/s。流域梯級串聯布置為“一庫三級”，龍頭水庫電站為仁宗海水電站(240MW)、依次是金窩水電站(280MW)、大發水電站(240MW)，每站均布置有兩臺立式、沖擊水斗式水輪發電機組，其單機容量目前居國內同類型機組之首。

2 田灣河流域沖擊水斗式轉輪氣蝕情況

田灣河流域梯級電站水斗式轉輪由VATECHHYDRO設計制造，轉輪強度高、耐磨性好。但在仁宗海和金窩電站投產一年后檢查發現在圖1所示位置均出現不同程度的氣蝕現象，最初氣蝕厲害部位在圖1中a視1號位置，隨著運行時間的推移，慢慢地在2號、3號位置也相繼出現氣蝕。隨著氣蝕的加劇，3號位置氣蝕深度不斷加深，甚至出現氣蝕貫穿，在水流的不斷沖擊下產生斷裂現象，如圖2所示。大發電站由于泥砂磨損嚴重，水斗未發現可見氣蝕情況。

3 田灣河流域梯級電站轉輪氣蝕防范與修復

水斗氣蝕的加劇給轉輪運行帶來嚴重的安全隱患，同時影響轉輪效率，減少出力。目前轉輪氣蝕的防范各水電廠和廠家通行做法一是根據技術的發展采用新的型線進行防范，二是采用新的防氣蝕和耐磨材料進行高溫噴涂以進行防范。在修復方面通用做法是采用焊接修復法。結合田灣河實際情況，現就轉輪氣蝕防范與修復主要工作論述如下。

圖1 水斗氣蝕區域示意圖

圖2 分水刃前尖端部氣蝕部位斷裂圖

3.1 轉輪過流型線修正法

針對田灣河轉輪氣蝕情況，我公司及時與設計生產廠商進行了咨詢與溝通，在廠商進行技術回訪時專門針對此問題做了充分的交流和探討，鑒于目前生產廠商已有新的沖擊式轉輪新型線，并可提高轉輪效率，公司決定在仁宗海備用轉輪上對過流型線進行修改。

型線修正法主要是在圖1中a視1號位置及其前尖端部進行修正，原有型線過厚，使兩側過流水分散弧度較大，根據廠商現有新技術是將其型線進行適當修薄，以減小過流水分散弧度。此工作量較小，現場進行打磨、修正、拋光即可，然后將此備用轉輪更換到氣蝕嚴重的1F機組上，將氣蝕嚴重的轉輪運回廠家進行焊接修復和型線修正。

3.2 氣蝕與磨損嚴重轉輪焊接修復法

針對金窩和大發轉輪情況，由于大發轉輪磨損嚴重，水斗葉已嚴重磨薄，超過其允許磨損量，需要進行修復處理，金窩轉輪氣蝕和磨損也較嚴重，部分水斗3號位置也已斷裂，同樣需要修復處理。

兩臺轉輪按照招投標流程，根據修復廠家情況先后分別由兩家廠商進行焊接修復處理。各廠家根據自己的技術實力和經驗，按照轉輪原有型線樣板進行了修復處理，并按照相應規范做了探傷與試驗，先后運至現場進行安裝更換，以做最終的運行檢驗。

3.3 氣蝕轉輪金屬修補劑修復法

由于田灣河轉輪氣蝕面積并不大，在氣蝕前期可采用金屬修補劑進行氣蝕修復，此方法簡單易行，可避免焊接修復法方面的不利影響。根據目前國內外新型材料工藝情況，決定采用天山可賽新TS2111超級金屬?修補劑進行修復處理。

TS2111超級金屬?修補劑為雙組分，膠泥狀，高強度型，綜合機械性能好，施工工藝性好，固化速度快、無收縮，適用材質廣泛，其低溫固化性能好，與金屬粘合強度高，可在不同氣候條件下操作。廣泛適用于修補和密封鑄鐵、鑄鋼、銅、鋁等合金的鑄件的氣孔、砂眼、裂紋等缺陷。修復后耐磨損、耐腐蝕。其主要物理機械性能如表1：

表1 TS2111修補劑主要物理機械性能

(表中數據為典型值，為說明書數據)。

轉輪采用X3CrNi13-4不銹鋼制作，其主要物理機械性能為：

表2 轉輪采用X3CrNi13-4不銹鋼制作物理機械性能表

將金屬修補劑的物理機械性能參數與轉輪材質性能參數進行對比，金屬修補劑硬度滿足轉輪材質硬度要求，即不低于HB260～300(表面85ShoreD硬度相當于HB730)；其小面積抗壓強度，彎曲強度符合要求，主要需要驗證項目是金屬修補劑與氣蝕部位金屬的結合力情況。如結合力較差，則金屬修補劑將很容易被沖刷掉，對轉輪氣蝕就起不到防護作用，如結合力較好則可滿足要求。

2013年4月26日，仁宗海電站2F機組進行A級檢修，我部對仁宗海2F機組轉輪水斗的氣蝕部位采用天山可賽新TS2111超級金屬?修補劑進行了填補、壓緊、打磨等修復處理，同時對金窩電站1F機組轉輪也進行了同樣處理。

4 轉輪氣蝕修復后運行情況

4.1 轉輪過流型線修正法后運行情況

2014年4月23日，將仁宗海經過型線修正的備用轉輪更換到1F機組上進行運行檢驗。經過半年時間的運行，在2014年11月17日的1F機組D級檢修檢查中發現，轉輪原有氣蝕部位不再有氣蝕痕跡，但在分水刃前段凹形背部又出現氣蝕痕跡(如圖1中4號位置)，在2015年及2016年的機組檢修中發現，斗葉內部已無氣蝕現象，分水刃前段凹形背部氣蝕痕跡變化不大。

4.2 轉輪焊接修復法運行情況

2012年5月，大發2F水輪發電機組A修時將經過焊接修復的轉輪更換至2F機組上進行運行檢驗，在2013年8月的例行檢查中發現此轉輪有3個斗葉根部存在貫穿性的裂紋，最長長度達580mm。

2014年5月19日，金窩將經過焊接修復的轉輪更換至1F水輪發電機組上進行運行檢驗，在2014年10月18日的例行檢查中發現有一水斗上半部存在310mm左右的貫穿性裂紋。

4.3 轉輪金屬修補劑修復法運行情況

2013年11月10日，在仁宗海2F機組D級檢修時對轉輪水斗情況進行檢查，發現有13個水斗氣蝕部位的金屬修補劑已被全部沖刷掉(如圖3所示)，有9個水斗的金屬修補劑還存留部分在上面(如圖4所示)，有一個水斗分水刃前端已斷裂。金屬修補劑已被沖刷掉的水斗氣蝕情況在擴大、加深。仁宗海1F機組轉輪水斗氣蝕部位未采用金屬修補劑進行修復，在2013年10月30日的例行檢查中發現，氣蝕部位面積在緩慢擴大，深度在不斷地加深，情況嚴重的是分水刃前尖端已斷脫，如圖5所示，1F機組像此情況的水斗有5個(每個轉輪水斗數為21個)。對比同期仁宗海1F機組和2F機組氣蝕情況， 顯然2F機組水斗氣蝕變化幅度小于仁宗海1F機組，2F機組還保留有金屬修補劑的水斗氣蝕情況變化不大。

圖3 仁宗海2F機組水斗氣蝕部位修復運行后情況圖

金窩電站1F機組轉輪水斗因汛期泥砂原因，水斗磨損較重，轉輪氣蝕部位的金屬修補劑已被沖刷殆盡，氣蝕現象依然嚴重，有4個分水刃前尖端已斷裂。

圖4 仁宗海2F機組水斗氣蝕部位修復運行后情況圖

圖5 仁宗海1F機組水斗氣蝕斷裂圖

5 田灣河大型沖擊水斗式轉輪氣蝕修復應用的體會

從上述田灣河流域梯級電站轉輪水斗氣蝕防范與修復應用及后續的運行檢驗情況可知，一是采用修正型線方法解決氣蝕效果比較明顯，但氣蝕部位在發生變化，而氣蝕變化程度較小也說明型線處理方法很正確，效果也突出，但最佳的型線修正還需要更進一步的研究論證與運行應用檢驗，從而也驗證型線修正也是徹底解決氣蝕問題的最佳方法。二是焊接修復法是氣蝕與磨損嚴重部位所采用的方法，兩臺轉輪運行后均不同程度地存在貫穿性裂紋，其焊接修復工藝需要完善，焊接修復過程需要更加細致，并嚴格控制焊接溫度在工藝要求范圍，同時對焊后的消應處理需要嚴格執行，并進行全面的超聲、滲透等探傷檢驗，確保轉輪無焊接缺陷、應力消除徹底。三是在清水水質中小面積的氣蝕部位采用金屬修補劑還是有一定的防護作用，從仁宗海1F和2F機組的對比中看效果還是比較明顯。同時也看出金屬修補劑防護時間還不能達到半年進行一次修補的要求，在后續的工作思路中應縮短其修復時間，筆者認為在3～4個月修補一次效果可能更理想。再則也需要不斷加強和改善修補工藝，由于轉輪處于潮濕環境，處理時未對氣蝕部位進行干燥處理，氣蝕孔內難免存在水分，影響修補劑與金屬的結合力度，所以以后修補時需要采用電吹風對氣蝕部位進行加熱，將氣蝕部位水分清除干凈，在進行修補時需要將氣蝕部位填充夯實，以讓金屬修補劑與轉輪氣蝕部位進行有效的結合。

6 結 語

田灣河大型沖擊式轉輪氣蝕防范與修復中型線修復法，是根本解決氣蝕問題的最佳方法，其處理時間短，效率高，但要完全解決，還需要不斷的研究與探索；焊接修復法為大面積磨損和氣蝕面積大而嚴重的轉輪所采用方法，進廠處理工序復雜，工藝應嚴格要求；金屬修補劑修復法為小面積氣蝕清水水質的轉輪所采用方法，其處理時間短，難度小，可有效延長轉輪使用壽命。總之，田灣河流域沖擊水斗式水輪機組單機容量為國內之首，水斗式轉輪集合了目前同類型電站轉輪的主要問題，其處理與防范具有一定的代表性，可為類似電站提供經驗借鑒和參考。

(責任編輯:卓政昌)

2016-12-09

[TM622]；TK735+.1；TV

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1001-2184(2017)01-0136-04

何念民(1974-)，男，四川武勝人，高級工程師，從事水電站水輪發電機組及輔助設備安裝、調試、維護、管理等技術工作；

何 林(1987-)，男，四川武勝人，助理工程師，從事水電站運行管理等技術工作；

盧寶勝(1985-)，男，四川廣元人，工程師，從事水電站水輪發電機組及輔助設備檢修、維護、管理工作.