對(duì)水輪機(jī)泥沙磨損保證值參數(shù)檢測(cè)的探討

馬素萍

（水電站水力設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心，北京 100038）

對(duì)水輪機(jī)泥沙磨損保證值參數(shù)檢測(cè)的探討

馬素萍

（水電站水力設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心，北京 100038）

文章結(jié)合新頒布實(shí)施的《反擊式水輪機(jī)泥沙磨損技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T 29403-2012）標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)利用現(xiàn)有條件下水輪機(jī)泥沙磨損保證值的檢測(cè)進(jìn)行了探討，對(duì)解決因水輪機(jī)磨損影響水輪機(jī)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行問題有借鑒作用。

水輪機(jī)；泥沙磨損保證值；檢測(cè)

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(yùn)行的水輪機(jī)泥沙磨損問題十分突出。泥沙磨損導(dǎo)致水輪機(jī)效率下降、空蝕加劇、壽命減少等一系列后果，因此，水輪機(jī)泥沙磨損是影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。

幾十年來，我國積極開展水輪機(jī)泥沙磨損問題研究，從理論到試驗(yàn)，從經(jīng)驗(yàn)估算到建立可實(shí)用的泥沙磨損預(yù)估系統(tǒng)，從金屬材料防護(hù)到非金屬材料防護(hù)，積累了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在水輪機(jī)泥沙磨損的特點(diǎn)、磨蝕機(jī)理、抗磨措施、水輪機(jī)合理選型、試驗(yàn)技術(shù)、兩相流理論等各個(gè)方面，都取得了具有國際先進(jìn)水平的成果。然而，由于沒有一種先進(jìn)的技術(shù)手段和方法，到目前為止對(duì)磨損量的測(cè)定通常是近似的。

如何通過檢測(cè)機(jī)構(gòu)客觀、科學(xué)、公正的測(cè)量允許磨損量，為水電站安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障，是擺在我們面前的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。

2 檢測(cè)的基礎(chǔ)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)

2012年12月31日國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布《反擊式水輪機(jī)泥沙磨損技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T 29403-2012），于2013年6月1日開始實(shí)施。該導(dǎo)則將水輪機(jī)磨損問題研究的成果進(jìn)行了系統(tǒng)的收集整理，并用導(dǎo)則的形式把一些經(jīng)過實(shí)踐的寶貴經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來，用以規(guī)范和指導(dǎo)反擊式水輪機(jī)泥沙磨損的技術(shù)工作。該導(dǎo)則明確制定了“水輪機(jī)泥沙磨損的保證值”，對(duì)水輪機(jī)常用母材和防護(hù)材料的抗磨性能提出了要求，水輪機(jī)泥沙磨損的測(cè)量可依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 檢測(cè)機(jī)構(gòu)

水電站水力設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心是通過中國國家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會(huì)計(jì)量認(rèn)證資質(zhì)審核的質(zhì)檢機(jī)構(gòu)，質(zhì)檢產(chǎn)品范圍共涵蓋4大類28個(gè)。檢測(cè)項(xiàng)目有水力機(jī)械模型水力性能的檢驗(yàn)測(cè)試、水力機(jī)械原型水力性能的檢驗(yàn)測(cè)試、水輪機(jī)的主要通流部件質(zhì)量和幾何參數(shù)檢測(cè)、水輪機(jī)調(diào)速器的性能檢測(cè)。由于沒有一種先進(jìn)的技術(shù)手段，為磨蝕試驗(yàn)和磨蝕量進(jìn)行科學(xué)的試驗(yàn)和測(cè)量，所以還沒有開展有關(guān)磨蝕的檢測(cè)項(xiàng)目。

2.3 檢測(cè)手段

中國水利水電科學(xué)研究院正在研制的水力機(jī)械磨蝕測(cè)試系統(tǒng)是我國首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的綜合性高精度水力機(jī)械磨蝕測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)功能之一即為水輪機(jī)泥沙磨損預(yù)估、材料性能對(duì)比與評(píng)價(jià)，對(duì)水電站水輪機(jī)過流部件的母材和抗磨損材料的耐磨性進(jìn)行測(cè)量。

2.4 檢測(cè)的可能性

水力機(jī)械磨蝕測(cè)試系統(tǒng)研制為水輪機(jī)泥沙磨損保證值的檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)。利用水力機(jī)械磨蝕測(cè)試系統(tǒng)，依據(jù)《反擊式水輪機(jī)泥沙磨損技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T 29403-2012）實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)泥沙磨損保證值的檢測(cè)成為可能。水力機(jī)械磨蝕測(cè)試系統(tǒng)模擬不同流速、流態(tài)、沖角及含沙濃度等水輪機(jī)運(yùn)行環(huán)境，模擬不同運(yùn)行工況、運(yùn)行時(shí)間，對(duì)泥沙磨損的程度—磨損量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)水輪機(jī)泥沙磨損保證值的可靠性進(jìn)行評(píng)估。

3 水輪機(jī)泥沙磨損保證值檢測(cè)

3.1 檢測(cè)方法

水輪機(jī)泥沙磨損保證值的檢測(cè)主要是對(duì)磨損量的測(cè)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(cè)量材料磨蝕量的技術(shù)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，是科研和工程中應(yīng)用最為廣泛的方法。但該方法只能測(cè)量評(píng)估部件(試件)的平均磨損程度，且測(cè)量精度一般較低。一般根據(jù)被測(cè)部件(材料)的重量及磨蝕量的大小選擇合適的重量測(cè)量?jī)x器，對(duì)磨蝕前后的材料進(jìn)行測(cè)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(jī)械磨蝕量測(cè)量領(lǐng)域的使用較少，主要因?yàn)闇y(cè)量技術(shù)比較復(fù)雜，且測(cè)量分析過程比較繁瑣。但這兩種測(cè)量方法可同時(shí)對(duì)材料的平均及局部的磨蝕程度進(jìn)行分析評(píng)估，精度較高。《反擊式水輪機(jī)泥沙磨損技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T 29403-2012）規(guī)定磨損面積的測(cè)量和磨損深度的測(cè)量條款，要求局部磨損的深度采用測(cè)量工具直接測(cè)量。

3.2 檢測(cè)設(shè)備

水力機(jī)械磨蝕測(cè)試系統(tǒng)利用表面測(cè)量先進(jìn)技術(shù)，對(duì)材料磨損面積和深度(體積)損失進(jìn)行測(cè)量。該系統(tǒng)不僅能測(cè)量二維表粗糙度、波度和形狀誤差，還可進(jìn)行三維空間形貌特征的測(cè)量，通過軟件可對(duì)面積(空隙率，缺陷密度，磨損輪廓截面積等)、體積(孔深，點(diǎn)蝕，圖案化表面，材料表面磨損體積以及球狀和環(huán)狀工件表面磨損體積等)、臺(tái)階高度、線與面粗糙度，以及其他幾何參數(shù)進(jìn)行精確的定量分析，精度較高，測(cè)量不確定度預(yù)期達(dá)到±5%以內(nèi)，這將促進(jìn)我國水力機(jī)械磨蝕防護(hù)技術(shù)的進(jìn)步。

3.3 水輪機(jī)泥沙磨損保證值檢測(cè)

由于影響磨損的因素十分復(fù)雜，不同條件下水輪機(jī)磨損程度的差別將十分懸殊，因此允許的磨損程度應(yīng)根據(jù)電站的具體條件和要求，考慮經(jīng)濟(jì)等因素進(jìn)行綜合比較后確定。在選用新材料時(shí)，先進(jìn)行材料測(cè)試。使用在建、擬建電站的過機(jī)泥沙對(duì)水輪機(jī)過流部件的母材和抗磨損材料的耐磨性進(jìn)行磨損檢測(cè)。檢測(cè)依據(jù)是《反擊式水輪機(jī)泥沙磨損技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T 29403-2012），根據(jù)檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證保證值的可靠性。《反擊式水輪機(jī)泥沙磨損技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T 29403-2012）規(guī)定：水輪機(jī)磨損保證期不宜短于4年。對(duì)預(yù)期磨損情況輕微和中等的大型水輪機(jī)，保證期可延長(zhǎng)；對(duì)預(yù)期磨損情況嚴(yán)重的小型水輪機(jī)，保證期可縮短，并對(duì)保證期內(nèi)水輪機(jī)磨損量指標(biāo)給出了具體規(guī)定。

4 結(jié) 語

迄今為止，由于尚缺乏科學(xué)的手段與方法，往往憑借經(jīng)驗(yàn)確定水利水電建設(shè)中水輪機(jī)泥沙磨損保護(hù)措施，其結(jié)果一般僅僅只達(dá)到估算的水平。筆者認(rèn)為目前已有條件探討水輪機(jī)磨損測(cè)量技術(shù)，用客觀、科學(xué)的數(shù)據(jù)反映磨損結(jié)果和抗磨措施的效果，這對(duì)提高水輪機(jī)的抗磨能力是十分必要的，也是十分有意義的。

《治澇標(biāo)準(zhǔn)（送審稿）》審查會(huì)在京召開

2014年9月22日至23日，受水利部國科司委托，水規(guī)總院在北京主持召開會(huì)議，對(duì)《治澇標(biāo)準(zhǔn)》（送審稿）進(jìn)行了審查。

會(huì)議聽取了編制工作匯報(bào)，對(duì)《治澇標(biāo)準(zhǔn)》（送審稿）逐章逐條進(jìn)行了審查。會(huì)議認(rèn)為：內(nèi)容全面，章節(jié)結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)指標(biāo)合適，條款操作性較強(qiáng)，適應(yīng)我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求，符合水利行業(yè)治澇標(biāo)準(zhǔn)確定的實(shí)際與需求，基本同意編制組提交的《治澇標(biāo)準(zhǔn)》（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(jí)工程師。