水力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)輪室氣蝕修復(fù)措施探討

王傳磊

摘 要：王甫洲水電站裝設(shè)4臺(tái)進(jìn)口燈泡貫流式水輪機(jī)組，水輪機(jī)由奧地利ANDRIZ水輪機(jī)制造廠制造。運(yùn)行以來，長期處于超高設(shè)計(jì)水頭運(yùn)行，逐漸發(fā)生汽蝕，并不斷加深，直接影響到機(jī)組的出力和安全運(yùn)行。氣蝕是一種復(fù)雜的水動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，為消除和減輕氣蝕的危害，在加強(qiáng)設(shè)計(jì)、制造和使用研究的同時(shí)，文章將探討那些能夠修復(fù)已產(chǎn)生氣蝕破壞的部件、部位的有效措施。

關(guān)鍵詞：氣蝕;轉(zhuǎn)輪;轉(zhuǎn)輪室;修復(fù)措施

中圖分類號(hào)：TK730.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2020）09-0051-02

王甫洲水電站裝設(shè)4臺(tái)進(jìn)口燈泡貫流式水輪機(jī)組，水輪機(jī)由奧地利ANDRIZ水輪機(jī)制造廠制造。其主要技術(shù)參數(shù)為：額定水頭7.52m，額定流量412m3/s，額定出力28.1MW，額定轉(zhuǎn)速71.4r/min，機(jī)械飛輪力矩480t㎡，水力飛輪力矩240t㎡，最大毛水頭10.3m，最小毛水頭3.7m，轉(zhuǎn)輪直徑7.2m，其由轉(zhuǎn)輪室、導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、尾水管等組成。水電站轉(zhuǎn)輪和槳葉為不銹鋼材料，在檢修過程中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪室內(nèi)表面沿槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域存在汽蝕現(xiàn)象，直接影響到機(jī)組的出力和安全運(yùn)行。氣蝕是一種復(fù)雜的水動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，為消除和減輕氣蝕的危害，在加強(qiáng)設(shè)計(jì)、制造和使用研究的同時(shí)，對(duì)已產(chǎn)生氣蝕破壞的部件、部位進(jìn)行有效修復(fù)。

1 檢查中發(fā)現(xiàn)的問題

2019年10月，王甫洲水電站#3機(jī)組在進(jìn)行A級(jí)檢修時(shí)，組織技術(shù)人員對(duì)拆卸完成的轉(zhuǎn)輪室進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)4扇轉(zhuǎn)輪室有明顯的氣蝕現(xiàn)象。產(chǎn)生的汽蝕缺陷位于轉(zhuǎn)輪室內(nèi)表面沿槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域，以上部人孔蓋板及附近最為嚴(yán)重，呈蜂窩狀孔洞，點(diǎn)狀分布，寬度為600mm～800mm，普遍深度為1mm～5mm，局部深度達(dá)25mm，氣蝕區(qū)域約25㎡，如圖1、圖2所示。查閱制造安全圖紙標(biāo)注的轉(zhuǎn)輪室母材為Fe360C，對(duì)應(yīng)中國國標(biāo)材料為Q235。

2 產(chǎn)生原因分析

王甫洲水電站燈泡貫流式水輪機(jī)組額定水頭7.52m，最大毛水頭10.3m，最小毛水頭3.7m。水電站轉(zhuǎn)輪和槳葉為不銹鋼材料，轉(zhuǎn)輪室母材為 Fe360C，對(duì)應(yīng)中國國標(biāo)材料為 Q235，其韌性和防汽蝕性能不佳。為了降低度電耗水率，提高機(jī)組發(fā)電效率，運(yùn)行以來長期處于超高設(shè)計(jì)水頭10.3m區(qū)域運(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，造成材料被破壞，導(dǎo)致金屬晶體汽蝕脫落[1]。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。

3 具體修復(fù)措施

結(jié)合國內(nèi)同類型燈泡貫流式水輪機(jī)組水電站處理的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)王甫洲水電站轉(zhuǎn)輪室的氣蝕范圍和深度，以及水輪機(jī)組長期運(yùn)行狀態(tài)，可以對(duì)氣蝕區(qū)采用轉(zhuǎn)輪室修復(fù)（冷補(bǔ)）工藝修復(fù)（貝爾佐納金屬修補(bǔ)技術(shù)）進(jìn)行處理，使修復(fù)后的轉(zhuǎn)輪室達(dá)到耐磨損、耐氣蝕的效果，同時(shí)更能有效控制轉(zhuǎn)輪室的變形。

3.1 預(yù)先清潔氣蝕區(qū)域

人工用鋼絲刷、鏟刀、抹布等對(duì)每塊轉(zhuǎn)輪室進(jìn)行預(yù)清潔、除油、除銹、除垢等，對(duì)氣蝕孔洞用小電磨頭進(jìn)行鉆孔打磨，清除氣蝕層、盲孔及銹蝕點(diǎn)，清除氣蝕區(qū)域內(nèi)的污物、銹蝕物、氧化層、淤泥等。

3.2 氣蝕區(qū)域表面粗糙處理

對(duì)轉(zhuǎn)輪室氣蝕區(qū)域1000mm寬度沿周長方向進(jìn)行噴砂除銹、除垢等作業(yè)，處理后表面粗糙度不小于75μm;噴砂作業(yè)要在封閉空間進(jìn)行。噴砂過程中，要保證噴砂量和質(zhì)量，作業(yè)過程中要控制噴砂速度，勻速進(jìn)行操作，必須把氣蝕區(qū)域全部處理干凈;噴砂作業(yè)人員必須戴輸送空氣全封閉面罩，穿好防護(hù)服，戴好防護(hù)手套等作業(yè)防護(hù)用品，防止被作業(yè)產(chǎn)生的粉塵等傷害。保證修補(bǔ)材料吸附及粘合質(zhì)量，并延長材料使用壽命。

3.3 氣蝕區(qū)域表面吹掃

現(xiàn)場采用移動(dòng)式空壓機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣，對(duì)噴丸區(qū)域進(jìn)行吹掃。吹掃過程中要從一個(gè)方向開始，防止粉塵四處擴(kuò)散。采用抽風(fēng)措施控制空氣中的雜質(zhì)，不得有遺漏區(qū)域。將汽蝕孔洞的灰砂吹掃干凈，確?？锥春椭苓厖^(qū)域清潔。

3.4 氣蝕處理區(qū)域基面清洗

用清洗劑將已除銹的表面清洗干凈。清洗作業(yè)前，對(duì)抹布進(jìn)行檢查，應(yīng)干凈無其他雜色;抹布擦拭區(qū)域要沒有遺漏，直至抹布顏色與原來本色一致。

3.5 氣蝕修補(bǔ)

等待清洗劑自然完全干燥和揮發(fā)后（常溫下約30min），氣蝕處理區(qū)域基面徹底干燥完成。將修補(bǔ)材料用電子稱稱重，按說明書要求配比混合，攪拌均勻后對(duì)氣蝕孔洞進(jìn)行填充、修補(bǔ)，并用專用工具盡量刮平。

3.6 氣蝕修補(bǔ)后表面打磨

等待修補(bǔ)材料約2h內(nèi)初步固化后，用拋光機(jī)裝夾R40粗砂紙對(duì)修補(bǔ)材料進(jìn)行磨平，將氣蝕修補(bǔ)后表面的凹凸起處磨平，保證整個(gè)氣蝕修補(bǔ)后表面光滑無明顯凸起。打磨過程中，與氣蝕修補(bǔ)后表面要輕輕接觸，不能用力過猛，造成氣蝕修補(bǔ)表面磨損，損壞修補(bǔ)部位。

3.7 修補(bǔ)后表面清洗

用清洗劑將已磨平的表面清洗干凈。清洗作業(yè)前，對(duì)抹布進(jìn)行檢查，應(yīng)干凈無其他雜色;抹布擦拭區(qū)域要沒有遺漏，直至抹布顏色與原來本色一致。

3.8 敷涂

按要求在氣蝕區(qū)域表面進(jìn)行三層涂敷，每層間隔在2h左右，確保干燥后進(jìn)行下一層涂層;每層按表面積計(jì)算涂料重量，根據(jù)配比混合高分子超滑材料，攪拌均勻后對(duì)轉(zhuǎn)輪室氣蝕區(qū)域表面進(jìn)行均勻刷涂;最終厚度可控制在0.4mm左右;敷涂作業(yè)期間不能間斷，每層敷涂要盡量壓實(shí)，確保沒有空隙和氣泡，作業(yè)場地周圍無產(chǎn)生粉塵、油煙廢氣及動(dòng)火作業(yè)等，保持作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境清潔。

3.9 檢測

敷涂作業(yè)完成，當(dāng)涂層完全干燥后，在每個(gè)轉(zhuǎn)輪室氣蝕處理區(qū)域要有不少于24個(gè)的檢測點(diǎn)并均勻分布。檢查整個(gè)刷涂面的連貫性與完整性，測量涂層厚度，既要達(dá)到修復(fù)要求，也要確?；匮b后槳葉與轉(zhuǎn)輪室的空氣間隙在規(guī)定范圍內(nèi)。

3.10 細(xì)磨

人工用細(xì)砂紙對(duì)整個(gè)表面做去毛刺處理。毛刺處理過程中，與涂層表面要輕輕接觸，不能用力過猛，以免造成涂層表面磨損、損壞修補(bǔ)部位，保證整個(gè)表面光滑。

3.11 中間驗(yàn)收

每道工序完工后，先自檢合格，然后通知甲方及監(jiān)理來現(xiàn)場見證與驗(yàn)收，方可進(jìn)入下一道工序。每塊轉(zhuǎn)輪室完工后，經(jīng)甲方及監(jiān)理驗(yàn)收合格方可開始下一塊轉(zhuǎn)輪室的施工。

3.12 最終驗(yàn)收

最后一個(gè)塊轉(zhuǎn)輪室施工完畢，經(jīng)甲方及監(jiān)理驗(yàn)收合格后，按照甲方及監(jiān)理要求工完場清，開始拆卸施工防護(hù)罩及設(shè)施。平臺(tái)現(xiàn)場清掃干凈，廢料收集到指定地點(diǎn)，做好相關(guān)資料移交手續(xù)，修復(fù)后的轉(zhuǎn)輪室和和人孔蓋板如圖3、圖4所示。

4 結(jié)語

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室的氣蝕，嚴(yán)重威脅了水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定性。其降低了水輪機(jī)的工作效率，減少發(fā)電量，破壞材料，威脅發(fā)電設(shè)備的安全運(yùn)行[2]。王甫洲水電站采用轉(zhuǎn)輪室修復(fù)（冷補(bǔ)）工藝修復(fù)，不僅能夠高效、迅速地修復(fù)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室的氣蝕問題，還減少了水輪機(jī)檢修費(fèi)用，縮短了水輪機(jī)檢修時(shí)間，確保能在省調(diào)批準(zhǔn)的計(jì)劃檢修時(shí)間內(nèi)完成A級(jí)檢修，順利開機(jī)并網(wǎng)。并且取得了良好的使用效果，提高了水電站的綜合效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 張石堅(jiān).高分子材料在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室氣蝕修復(fù)中的應(yīng)用[J].廣東水利水電，2019（2）：48-50.

[2] 林泉江.轉(zhuǎn)輪及轉(zhuǎn)輪室空蝕的處理[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2005，28（2）：37-41.