那吉水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室汽蝕處理

黃樹華

【摘要】本文介紹了那吉水電站#2、#3水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室的汽蝕狀況，以及針對(duì)汽蝕的產(chǎn)生原因所采取改善水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室的水力性能，并制定了有效的處理方法，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】轉(zhuǎn)輪室；汽蝕；修復(fù)處理；經(jīng)濟(jì)效益

1、工程概況

那吉水電站為河床式低水頭電站，安裝3臺(tái)22MW燈炮貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量66MW，年發(fā)電量2.53億kwh，年利用小時(shí)3837h，是國務(wù)院批準(zhǔn)的《珠江流域西江水系郁江綜合利用規(guī)劃報(bào)告》10個(gè)梯級(jí)中的第4級(jí)，位于右江上游的廣西田陽縣那坡鎮(zhèn)那吉村附近。樞紐壩址在田陽縣城上游22.5km，上距百色水利樞紐61.8km，距百色市區(qū)41.4km，下距魚梁梯級(jí)84km，壩址控制集雨面積23573km2，正常蓄水位115.00m，相應(yīng)總庫容1.03億m3，調(diào)節(jié)庫容0.09億m3，多年平均流量323m3/s。

電站水輪機(jī)參數(shù)如下：

2、轉(zhuǎn)輪室汽蝕概述

2.1輪輪室汽蝕現(xiàn)象

那吉水電站#2、#3轉(zhuǎn)輪室汽蝕發(fā)生在轉(zhuǎn)輪室上半部分，主要位于轉(zhuǎn)輪中心線上、下游250mm地方，寬度約500mm，長約8000mm，也就是轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)水與出水邊緣位置，汽蝕深度4mm～8mm，汽蝕最嚴(yán)重的部位為轉(zhuǎn)輪室的頂部，濃度約為8mm。

2.2輪輪室汽蝕主要原因

那吉水電站轉(zhuǎn)輪和槳葉為不銹鋼材料，轉(zhuǎn)輪室上半部份主要材料為Q235，其韌性和防汽蝕性能不佳。由于2009年～2013年，百色地區(qū)偏干旱，那吉水電站枯水節(jié)大多時(shí)間入庫流量在70m3/S左右，尾水位在99.8m左右，處于超高設(shè)計(jì)水頭運(yùn)行，尾水出現(xiàn)大量的汽泡，運(yùn)行過程中水流在水輪機(jī)中流動(dòng)通過壓力低于汽化壓力區(qū)，從槳葉間隙過水部份水汽化沸騰產(chǎn)生汽泡，產(chǎn)生局部沖擊壓力，產(chǎn)生對(duì)金屬周期性的撞擊并產(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)致金屬晶體汽蝕脫落，汽蝕反復(fù)發(fā)生在同槳葉進(jìn)、出水邊的轉(zhuǎn)輪室上，故在長時(shí)間超高水頭運(yùn)行下，逐漸發(fā)生汽蝕，并不斷加深。

2.3轉(zhuǎn)輪室汽蝕的破壞作用

汽蝕會(huì)不斷地破壞轉(zhuǎn)輪室的金屬材料，長期日積月積，就有可能侵蝕穿輪輪室，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成轉(zhuǎn)輪室變形，甚至?xí)斐伤蛷S房事故的發(fā)生。

3、轉(zhuǎn)輪室汽蝕的修復(fù)處理

那吉水電站轉(zhuǎn)輪室汽蝕修復(fù)處理時(shí)間工期短，一臺(tái)機(jī)組的處理時(shí)間僅為22天，同時(shí)要節(jié)約檢修成本，如果把轉(zhuǎn)輪室拆除送原廠家修復(fù)，估算一臺(tái)機(jī)組的施工工期不少于35天，而且工程費(fèi)用會(huì)翻倍。所以只能在不拆除轉(zhuǎn)輪室的前提下，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)處理。

3.1準(zhǔn)備工作

3.1.1落下機(jī)組前、后流道的檢修閘門，抽干機(jī)組流道水，把槳葉打至全開位置，搭上合適的檢修平臺(tái)，在后流道進(jìn)人孔以及尾水平壓排氣管裝上排風(fēng)機(jī)，保持汽蝕處理作業(yè)環(huán)境的空氣流通。

3.1.2分別在轉(zhuǎn)輪室汽蝕部位的外部頂部立面、側(cè)面各安裝一個(gè)百分表，左右岸立面、側(cè)面各安裝一個(gè)百分表，共4個(gè)表，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視轉(zhuǎn)輪室氣蝕修復(fù)處理時(shí)的變形量，以保證轉(zhuǎn)輪室的變形量在控制范圍內(nèi)，確保工程施工質(zhì)量。

3.2轉(zhuǎn)輪室汽蝕處理技術(shù)要求和施工方法

3.2.1轉(zhuǎn)輪室汽蝕修復(fù)焊材的選擇

那吉電站轉(zhuǎn)輪室汽蝕處理是在不拆除轉(zhuǎn)輪室的前提下進(jìn)行，轉(zhuǎn)輪室上半部轉(zhuǎn)輪室母材是Q235，汽蝕處理修復(fù)必須考慮到焊材與母材的良好熔合性以及焊材應(yīng)具有良好的抗汽蝕性能，經(jīng)過分析研究，決定使用2mm309不銹鋼焊絲作為焊材。

3.2.2轉(zhuǎn)輪室汽蝕修復(fù)處理方法

在汽蝕修復(fù)前，先用碳弧氣刨把汽蝕層刨掉，然后用高頻砂輪機(jī)打磨清根，直至見到金屬光澤為止，再用309不銹鋼氣保焊絲進(jìn)行補(bǔ)焊，焊接時(shí)采用分段退步焊接方法，每段焊接長度為150mm，焊接應(yīng)密實(shí)、平整、無砂眼及裂紋，補(bǔ)焊部分與本體部分應(yīng)接觸嚴(yán)密，平整、無咬邊現(xiàn)象，補(bǔ)焊時(shí)通過監(jiān)視設(shè)在轉(zhuǎn)輪室外的百分表觀察轉(zhuǎn)輪室的變化值來控制焊接的進(jìn)度，補(bǔ)焊完全后，再把焊縫表面打磨光滑，葉型應(yīng)與原轉(zhuǎn)輪室葉型相符。經(jīng)過清氣蝕層→焊接→打磨→修復(fù)成形后，進(jìn)行色探傷檢測(cè)，要求焊縫達(dá)到2類焊縫的要求。

3.2.3轉(zhuǎn)輪室汽蝕修復(fù)轉(zhuǎn)輪室的變形控制

那吉#2、#3轉(zhuǎn)輪室汽蝕修復(fù)處理過程中，由于汽蝕清根是采用碳弧刨進(jìn)行清除，刨除的速很快，散熱量得到比較好的控制，再加上焊接時(shí)是采用氣保焊，所以比較好控制轉(zhuǎn)輪室的變形，轉(zhuǎn)輪室的變形量基本控制在0.5mm范圍內(nèi)，主要數(shù)據(jù)如下；

1、#2轉(zhuǎn)輪室上半部分汽蝕處理監(jiān)視數(shù)據(jù)

#2轉(zhuǎn)輪室分三個(gè)方向監(jiān)視，共安裝有7個(gè)壓力表，主要數(shù)據(jù)如下：

3.2.4轉(zhuǎn)輪室汽蝕補(bǔ)焊后修復(fù)成形

由于那吉水電站轉(zhuǎn)輪室下部是水電不銹鋼，未產(chǎn)生汽蝕，在施工前先把下部轉(zhuǎn)輪室相應(yīng)的部位加工一弧形轉(zhuǎn)輪室樣板，以方便轉(zhuǎn)輪室修復(fù)時(shí)測(cè)量。

在用309不銹鋼焊絲通過氣保補(bǔ)焊轉(zhuǎn)輪室后，采用高頻沙輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)打磨成形后再用拋光片進(jìn)行拋光，在打磨得差不多成形的時(shí)候再用轉(zhuǎn)輪室樣板進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量出哪個(gè)部位需還要打磨的地方，用記號(hào)筆涂畫好記號(hào)，以方便打磨時(shí)控制好加工精度。本項(xiàng)目打磨一臺(tái)機(jī)轉(zhuǎn)輪室的時(shí)間大約需用到7天的時(shí)間。

4.現(xiàn)場(chǎng)處理轉(zhuǎn)輪室的經(jīng)濟(jì)效益

那吉水電站修復(fù)處理2號(hào)轉(zhuǎn)輪室的實(shí)際工期為20天，3號(hào)轉(zhuǎn)輪室的修復(fù)處理實(shí)際工期為19天，處理二臺(tái)轉(zhuǎn)輪室的工程費(fèi)用約30萬，工期范圍在項(xiàng)目預(yù)算時(shí)間內(nèi)。如果把二臺(tái)轉(zhuǎn)輪室拆卸送至水電設(shè)備制造廠進(jìn)行修復(fù)，工期將在35～40天/臺(tái)，處理2臺(tái)轉(zhuǎn)輪室的項(xiàng)目總費(fèi)用約70萬。所以，通過現(xiàn)場(chǎng)處理，直接節(jié)省了約40萬經(jīng)費(fèi)，工期也縮短了一半。

5.結(jié)論

通過對(duì)那吉水電站轉(zhuǎn)輪室處理分析對(duì)比，可得出如下的結(jié)論和建議：項(xiàng)目施工方案的選擇分析，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益是有著很大的幫助。本文通過介紹那吉水電站轉(zhuǎn)輪室的處理方法，可以為相似的水電站進(jìn)行汽蝕修復(fù)處理提供了一個(gè)比較好的技術(shù)處理方案，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和很高的經(jīng)濟(jì)效益。