水輪機(jī)氣蝕修復(fù)與防護(hù)

羅曉宇

(四川江口水力發(fā)電(集團(tuán))廠,四川達(dá)州 636150)

水輪機(jī)氣蝕修復(fù)與防護(hù)

羅曉宇

(四川江口水力發(fā)電(集團(tuán))廠,四川達(dá)州 636150)

通過對四川江口水力發(fā)電廠的氣蝕情況觀察與處理,在分析原因的基礎(chǔ)上,有針對性地使用新材料、新技術(shù),并采用合理、有效的修復(fù)技術(shù)對氣蝕破壞區(qū)進(jìn)行修補(bǔ)和防護(hù),達(dá)到避免或減輕氣蝕的破壞和影響,提高機(jī)組效益及安全運行的目的。

水輪機(jī)氣蝕 修復(fù)與防護(hù)

四川江口水力發(fā)電廠裝設(shè)軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)三臺,每臺容量17MW,設(shè)計水頭26米,控制集雨面積6364平方公里,年平均降雨量1220毫米,由于機(jī)組結(jié)構(gòu)、性能、工藝,調(diào)節(jié)庫容有限,機(jī)組處于非設(shè)計工況運行時間較多等原因,造成三臺機(jī)組有不同程度的氣蝕破壞產(chǎn)生,對機(jī)組的經(jīng)濟(jì)安全運行造成一定影響。

1 氣蝕現(xiàn)狀

根據(jù)氣蝕發(fā)生的水輪機(jī)的部位的不同,可以分為翼型氣蝕、間隙氣蝕、空腔氣蝕以及局部氣蝕,根據(jù)20多年來的運行經(jīng)驗,水輪機(jī)氣蝕形態(tài)主要以間隙蝕氣和局部氣蝕為主,翼型氣蝕和空腔氣蝕影響輕微。

(1)翼型氣蝕是由輪葉的翼型形狀所引起的,它主要發(fā)生在葉片背面靠近出水邊的區(qū)域。江口電廠采用抗氣蝕不銹鋼葉片氣蝕較小。

(2)間隙氣蝕是水流通過間隙和較小的通道時,局部流速增大壓力降低而產(chǎn)生的,主要發(fā)生在葉片外緣與轉(zhuǎn)輪室內(nèi)緣與輪轂邊緣等區(qū)域。通過四川江口水力發(fā)電廠近十年來的觀察處理,轉(zhuǎn)輪葉片外緣有蜂窩狀氣蝕侵蝕現(xiàn)象,轉(zhuǎn)輪室氣蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重,在輪葉葉片外緣與轉(zhuǎn)輪室壁上形成比較大的一周氣蝕帶,深度在5mm-10mm,有嚴(yán)重的地方已穿透轉(zhuǎn)輪室鋼板,看見混凝土。

(3)局部氣蝕是在過流部件凹凸不平因脫流而產(chǎn)生氣蝕。江口水力發(fā)電廠局部氣蝕主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)輪體不平滑地區(qū)和“入”字密封壓板上的氣蝕。

(4)空腔氣蝕是在非最優(yōu)工況下運行,水流在尾水管中發(fā)生旋轉(zhuǎn)形成一種對稱真空渦帶引起尾水管中水流速度和壓力脈動,在尾水管進(jìn)口處產(chǎn)生氣蝕破壞,造成尾水管振動。

2 氣蝕原因分析

水輪機(jī)產(chǎn)生的氣蝕的主要原因與水流流速、方向、金屬材料的性能、檢修工藝和運行小時等因素有關(guān)。從江口水力發(fā)電廠氣蝕原因分析來看,重點表現(xiàn)在:

(1)由于庫區(qū)容量積雨面積等原因,電廠機(jī)組經(jīng)常處于非最優(yōu)工況運行。(2)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪一般都是用30號鑄鋼或矽錳鑄鋼制造,抗氣蝕性能較差,在轉(zhuǎn)輪部件和轉(zhuǎn)輪室造成蜂窩狀孔洞破壞。(3)常規(guī)檢修工藝不能完全滿足型線及表面波浪度、粗糙度的要求,尤其是經(jīng)過多次氣蝕補(bǔ)焊后,型線和光潔度已無法保證。氣蝕產(chǎn)生是十分復(fù)雜的,氣蝕破壞產(chǎn)生也不是單純某一種作用所致的。

3 修復(fù)與防護(hù)措施

對于一臺機(jī)組是否需要大修,水輪機(jī)的氣蝕程度起著決定性作用,所以對水輪機(jī)的氣蝕修復(fù)和防護(hù)十分重要。一是轉(zhuǎn)輪體材料能盡量采用抗氣蝕材料如不銹鋼轉(zhuǎn)輪體和葉片,二是運行方式,盡量避免低負(fù)荷、低水頭運行,合理調(diào)度。

修復(fù)措施:

(1)補(bǔ)焊:對于轉(zhuǎn)輪室的汽蝕處理。首先用氣刨將氣蝕部位的蜂窩狀鏟除,用砂輪機(jī)打磨平滑,然后用不銹鋼焊條堆焊,堆焊應(yīng)均勻,整齊平整,再用砂輪機(jī)打磨光滑,打磨后的部位光潔度對機(jī)組今后過程中氣蝕破壞大小很關(guān)鍵,焊后將焊縫再進(jìn)行行圓度測量,并利用樣板進(jìn)行控制。

對葉片的氣蝕處理,在進(jìn)行堆焊時,應(yīng)考慮到葉片的變形,不能進(jìn)行連續(xù)施焊,而應(yīng)考慮間隔施焊,并應(yīng)注意緩慢冷卻,處理完后進(jìn)行葉形校型,樣板控制。

對于裂縫的處理,應(yīng)先在裂縫兩頭鉆10mm深的孔,然后用氣刨刨掉、打磨,施焊,打磨光滑。

(2)使用修復(fù)和防護(hù)材料保護(hù)。在江口電廠實際檢修使用中,采用了耐氣蝕、耐腐蝕性能優(yōu)良的貝爾左納高分子修復(fù)材料在轉(zhuǎn)輪室、輪轂、輪葉“入”字密封壓板等易氣蝕區(qū),取得了較好效果,延長了水輪機(jī)大修周期。

1)基體表面粗糙化。對基體(氣蝕部位)表面粗糙化處理,增大修補(bǔ)材料與基體的接觸面積,增加粘合力。先用氣刨刨出本體然后噴砂處理,要求徹底除銹和氧化皮漏出母體本色,表面粗糙度至少75微米。

2)基體清理。使用貝爾左納9111或丙酮,用干凈抹布或刷子用力清洗基體表面和附近區(qū)域。

3)調(diào)料。等表面干燥后配料、調(diào)料,調(diào)料時間盡量快,以留較多的操作時間,注意貝爾左納1311配料比例和重量比、體積比之間的區(qū)別。

4)敷涂。先施一薄層,用力往下壓,保證貝爾左納材料與基體完全有效接觸,然后再第二層第三層…,每層都要盡力壓實,不要留有氣泡和空隙。應(yīng)盡量避免溫度低于5℃,金屬表面有濕氣有煙氣等環(huán)境下工作。

5)固化及后續(xù)處理。對修補(bǔ)材料表面不需要機(jī)加工,可在1311固化前用1341摸平表面以獲得光滑表面,24小時后自然固化,表面不粘手可安裝其它設(shè)備。

4 結(jié)語

江口電廠三臺機(jī)組投運20年來,通過各機(jī)組的大修,對水輪機(jī)的氣蝕處理和防護(hù)有了深刻的認(rèn)識和比較好的處理手段,葉片采用不銹鋼葉片,氣蝕破壞輕微,基本不用處理,轉(zhuǎn)輪體、轉(zhuǎn)輪室及轉(zhuǎn)輪體“入”字密封壓板敷涂貝爾左納高分子材料,敷涂面抗腐蝕耐磨損表面光滑,減緩了氣蝕侵蝕破壞,起到很好的保護(hù)作用,從根本解決了水輪機(jī)氣蝕嚴(yán)重的問題,縮短了檢修工期,減輕了檢修工工作強(qiáng)度,直接經(jīng)濟(jì)效益明顯,對電廠的經(jīng)濟(jì)安全運行起到重要作用。

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羅曉宇(1968—),男,漢族,四川宣漢人,博士,高級人力資源管理師,高級政工師,工程師,研究方向:企業(yè)管理和水電站水輪發(fā)電機(jī)組。