導(dǎo)語(yǔ)：電廠水輪機(jī)研究管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1前言

葛洲壩水利樞紐是1970年代在長(zhǎng)江干流上興建的第一座集航運(yùn)、發(fā)電、防洪于一體的綜合性大型水利樞紐工程，葛洲壩水電站是樞紐的主要組成部分，是三峽水電站的反調(diào)節(jié)電站，設(shè)計(jì)裝機(jī)21臺(tái)，總裝機(jī)容量2715MW。從1981年工程開(kāi)始發(fā)揮效益以來(lái)，機(jī)組已實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行23年。

電站年平均流量14300m3/s,年平均水量4529億m3，最小入庫(kù)流量2900m3/s,多年平均含沙量為1.2kg/m3,最大含沙量10.5kg/m3,年輸沙量5.26億噸，總庫(kù)容15.7億m3。大江電站裝機(jī)14臺(tái)，裝機(jī)容量1750MW；二江電站裝機(jī)7臺(tái)，裝機(jī)容量965MW，分別由原哈爾濱電機(jī)廠與東方電機(jī)廠設(shè)計(jì)、制造,其水輪機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1：

葛洲壩樞紐大壩的壩軸線中部布置泄水閘,兩測(cè)是大江和二江電站,電站的兩外側(cè)為大江和二江船閘。由于葛洲壩電站位于南津關(guān)彎道的下段，在彎道環(huán)流作用下，泥沙產(chǎn)生橫向位移，底層含沙量大、粒徑粗的泥沙向凸岸右側(cè)運(yùn)動(dòng)，表層清水向凹岸二江一側(cè)運(yùn)動(dòng)，過(guò)機(jī)泥沙粒徑大小的分布與過(guò)機(jī)泥沙含量的分布成正比，愈靠右岸的機(jī)組，過(guò)流部件的磨蝕愈嚴(yán)重，過(guò)機(jī)含沙量和粒徑分布規(guī)律是:二江小而細(xì),大江大而粗,二江電站的含沙量為斷面(宜昌)平均值的0.94~0.98倍,18#為1.37倍,21#為1.6倍。過(guò)機(jī)泥沙粒徑18#為二江的1.2~2.0倍,21#為1.2~2.9倍。最大粒徑達(dá)0.62mm，單機(jī)年過(guò)沙量在1500萬(wàn)噸左右。為了提高水輪機(jī)過(guò)流部件的抗氣蝕性能和抗磨損能力，葉片材料采用0Cr13Ni4-6Mo不銹鋼鑄造，中環(huán)采用不銹鋼材料，8#~21#機(jī)下環(huán)還增設(shè)900mm的不銹鋼段。

2過(guò)流部件的磨蝕情況

葛洲壩電廠水輪機(jī)的磨蝕與國(guó)內(nèi)多泥沙河流水電廠同類機(jī)組具有共同的特點(diǎn)，即含沙量愈大，硬度愈硬，沙粒愈粗,運(yùn)行時(shí)間愈長(zhǎng)，磨蝕愈嚴(yán)重。過(guò)流部件的磨蝕是泥沙磨損和空蝕聯(lián)合作用的結(jié)果，具體情況如下：

2.1轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨蝕

2.1.1葉片的磨蝕

葛洲壩電廠水輪機(jī)葉片材質(zhì)選用抗磨蝕性能優(yōu)良的OCr13Ni4-5Mo(125MW機(jī)組)和OCr13Ni6Mo(170MW機(jī)組)鑄造而成,但磨蝕依然存在。其進(jìn)水邊愈靠外緣磨損愈重，頭部外緣磨損十分驚人，曾在15#機(jī)葉片上鉆孔試驗(yàn)，運(yùn)行近40000小時(shí)，頭部外緣磨損不小于16mm，厚度僅正面就磨損2.4mm。葉片出水邊的磨損狀況與進(jìn)水邊相似,也是愈靠外緣磨損愈重，出水邊外緣磨損特別嚴(yán)重,3#機(jī)運(yùn)行60000小時(shí)后,出水邊厚度減少不小于的13mm；20#機(jī)運(yùn)行24000的小時(shí),厚度減少21mm,運(yùn)行近38000小時(shí),葉片與轉(zhuǎn)室的間隙難以測(cè)量，葉片外緣端面200mm×70mm×60mm穿透性磨蝕坑幾乎連成片,被迫利用中環(huán)進(jìn)人孔盤(pán)車補(bǔ)焊磨蝕破壞部位。19#~21#運(yùn)行80000小時(shí),葉片外緣磨蝕和背面啃邊十分嚴(yán)重，在葉片采取了防護(hù)措施的條件下，其出水邊外緣圓角已不復(fù)存在,外緣形同狼牙狀的“利刃”,部分已穿孔。1999年底，20#機(jī)擴(kuò)大性大修，更換了五個(gè)帶裙邊的不銹鋼新葉片，葉片與裙邊是整鑄經(jīng)機(jī)加工而成，運(yùn)行不到20000小時(shí)，裙邊磨蝕嚴(yán)重，下端厚度由原來(lái)的15mm成為“利刃”，根部厚度40mm局部蝕穿,不得已對(duì)部分裙邊修型。葉片與轉(zhuǎn)輪室單邊間隙逐年增大，1#~7#機(jī)以0.3mm/年增加，8#~21#機(jī)以0.76~1.12mm/年增加，且背面吊孔處1000mm×250mm是其強(qiáng)氣蝕區(qū)，磨蝕嚴(yán)重；葉片外緣背面啃邊在其轉(zhuǎn)動(dòng)中心線處最嚴(yán)重,離中心線愈遠(yuǎn)啃邊相對(duì)較輕。

2.1.2輪體、連接體、泄水錐的磨蝕

轉(zhuǎn)輪體的材質(zhì)為ZG20MnSi，連接體、泄水錐的材質(zhì)為碳素鋼焊接而成，由于其相對(duì)流速不大,因此磨損是其破壞的主要形式。以5#機(jī)為例，運(yùn)行26345小時(shí)，發(fā)現(xiàn)其表面布滿了魚(yú)鱗坑，這些魚(yú)鱗坑與相對(duì)流速方向相同，多數(shù)深度小于0.6mm，少數(shù)深度在0.6~1.5mm之間，其4#葉片下轉(zhuǎn)輪體上原補(bǔ)焊的兩個(gè)焊疤，軸向焊疤高出表面2.9mm，周向焊疤高出表面1.5~2.1mm不等。隨著運(yùn)行小時(shí)的增加，魚(yú)鱗坑增大加深，磨損加劇。

2.2固定部件的磨蝕

2.2.1轉(zhuǎn)輪室的磨蝕

葛洲壩電廠水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪室的磨蝕是比較典型的，兩臺(tái)170MW機(jī)組中環(huán)的材質(zhì)分別為0Cr13和1Cr18Ni9Ti，基礎(chǔ)環(huán)、下環(huán)的材質(zhì)為碳素鋼，運(yùn)行21000小時(shí)，1#機(jī)中環(huán)、下環(huán)就出現(xiàn)了局部磨蝕，進(jìn)行了局部補(bǔ)焊打磨處理；運(yùn)行近120000小時(shí)，中環(huán)局部材料整塊剝落0.4m2，其混凝土基礎(chǔ)也被掏空，中環(huán)局部厚度僅有4mm，只得將脫落部位鑲嵌不銹鋼板，并對(duì)中環(huán)實(shí)施大面積灌漿處理。3#~6#水輪機(jī)中環(huán)材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，7#機(jī)為0Cr13Ni5Mo，下環(huán)的材質(zhì)均為碳素鋼，由于中環(huán)與下環(huán)的連接不是光滑過(guò)渡，而是中環(huán)高出下環(huán)7~10mm，致使下環(huán)出現(xiàn)嚴(yán)重的磨蝕破壞，在中環(huán)與下環(huán)聯(lián)接法蘭的圓周表面上，高120~150mm范圍內(nèi)均出現(xiàn)蜂窩狀氣蝕，最深達(dá)55mm，迫使每次機(jī)組大修時(shí)用不銹鋼焊條向下堆焊200mm左右的過(guò)渡層。8#~21#水輪機(jī)中環(huán)材質(zhì)與3#~6#機(jī)相同，下環(huán)汲取了3#~7#機(jī)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，向下延伸了900mm的不銹鋼段，其余為碳素鋼，在新機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行8000小時(shí)左右鑒定性大修中，中環(huán)中上部圓周內(nèi)有少量魚(yú)鱗坑，下環(huán)表面均布滿較淺的魚(yú)鱗坑。在運(yùn)行了40000小時(shí)左右時(shí)，整個(gè)過(guò)流部件上均布滿了0.5~1.5mm深的魚(yú)鱗坑，且在下環(huán)的“喉管”處（球面與錐面的過(guò)渡部位）300mm左右的高度內(nèi)存在一個(gè)明顯的磨損帶，形同沖擊出的沙灘帶，磨損十分嚴(yán)重。在運(yùn)行了100000小時(shí)左右時(shí)，中環(huán)的磨損已十分嚴(yán)重，20#機(jī)中環(huán)經(jīng)鉆孔測(cè)量其厚度僅有15mm，比設(shè)計(jì)加工的25mm減少了10mm，即中環(huán)的年磨損量不小于0.71mm。

2.2.2活動(dòng)導(dǎo)葉的磨蝕

活動(dòng)導(dǎo)葉無(wú)明顯的磨蝕痕跡；運(yùn)行60000小時(shí)左右時(shí)，立面密封下部鴿尾槽磨蝕，高80mm，呈正八字形，下部密封條無(wú)法固定，導(dǎo)葉下端面出現(xiàn)蜂窩狀氣蝕破壞，深度達(dá)20~30mm，下端面出水角部分缺損；運(yùn)行大于100000小時(shí)，除導(dǎo)葉下端面和出水角磨蝕面積增大外，下軸頸過(guò)渡球面局部磨蝕，由于導(dǎo)葉表面已進(jìn)行抗磨蝕材料保護(hù)，因此，表面無(wú)明顯的磨蝕痕跡。

2.2.3其它部位的磨蝕

底環(huán)、固定導(dǎo)葉與下部護(hù)板，支持蓋中、下段外側(cè)，在機(jī)組運(yùn)行的初期，磨損不明顯，僅局部有較淺的魚(yú)鱗坑。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，底環(huán)上止漏密封內(nèi)側(cè)至圓弧表面磨蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)溝槽，底環(huán)外圓與座環(huán)基礎(chǔ)內(nèi)圓接縫處間隙隨運(yùn)行時(shí)間的增加越來(lái)越大，以1#、2#機(jī)最為明顯，已達(dá)20~45mm。固定導(dǎo)葉與基礎(chǔ)護(hù)板，支持蓋中、下段外側(cè)，蝸殼進(jìn)人門(mén)內(nèi)側(cè)已布滿了魚(yú)鱗坑，深淺不一，磨損已相當(dāng)嚴(yán)重，均在運(yùn)行大于60000小時(shí)后的機(jī)組大修中采用抗磨蝕材料進(jìn)行了保護(hù)。

3過(guò)流部件防護(hù)情況

葛洲壩電廠運(yùn)行初期，水輪機(jī)過(guò)流部件的磨蝕研究大多是試驗(yàn)室結(jié)論，需要通過(guò)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)。因此，從第一臺(tái)機(jī)組投運(yùn)開(kāi)始，對(duì)水輪機(jī)過(guò)流部件的磨蝕破壞問(wèn)題就十分重視,在科研院所的支持下，尋找防護(hù)水輪機(jī)過(guò)流部件的金屬與非金屬材料，以減緩其磨蝕破壞的速度，延長(zhǎng)機(jī)組的檢修期，縮短檢修時(shí)間。

(1)1983年3月，在3#機(jī)轉(zhuǎn)輪體和中環(huán)上涂刷兩塊環(huán)氧砂漿進(jìn)行抗磨試驗(yàn)，經(jīng)30000小時(shí)運(yùn)行，涂層被沖掉；同年7月，在2#機(jī)2#葉片上進(jìn)行0Cr18Ni6Mo三相焊條和0Cr13Ni6Mo母材焊條進(jìn)行補(bǔ)焊試驗(yàn)，1984年2月檢查，0Cr13Ni6Mo母材焊條效果良好。

(2)1984年8月，在7#機(jī)葉片正面吊孔蓋板上涂刷鎳保護(hù)層,運(yùn)行20000小時(shí)，停機(jī)檢查，已無(wú)蹤跡。

(3)1986年2月，在5#機(jī)轉(zhuǎn)輪體、葉片、中環(huán)部位分別噴焊一小塊鎳基Ni1、Ni2、Ni3金屬粉末保護(hù)層，在進(jìn)水邊涂刷蓖麻油型互穿網(wǎng)絡(luò)高分子保護(hù)層，運(yùn)行22000小時(shí)，經(jīng)檢查轉(zhuǎn)輪體上殘存部分Ni3噴焊層，2#葉片正面進(jìn)口外緣噴焊的650×180Ni1已龜裂，用錘子敲擊可使其脫落，中環(huán)上噴焊的Ni2已無(wú)痕跡；涂刷的蓖麻油型互穿網(wǎng)絡(luò)高分子保護(hù)層被沖掉；1987年在3#機(jī)和2#機(jī)過(guò)流部件上大面積涂刷該保護(hù)層，厚度0.1~0.2mm，運(yùn)行8000小時(shí)在底環(huán)和導(dǎo)葉上還存在薄膜痕跡，運(yùn)行20000多小時(shí)后被沖掉。

(4)1987年2月，長(zhǎng)委會(huì)科研所在9#機(jī)葉片上用抗磨涂層冷態(tài)環(huán)氧8021涂在葉片吊孔及出水邊外緣正面,機(jī)組運(yùn)行20000多小時(shí),涂層全部沖掉，保護(hù)作用不明顯。

(5)1988年4月，在1#機(jī)葉片正面、輪轂、連接體、泄水錐、活動(dòng)導(dǎo)葉、底環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)、下環(huán)等過(guò)流部件涂了環(huán)氧金剛砂涂料保護(hù)層，分別運(yùn)行4600小時(shí)、12300小時(shí)、15000小時(shí)檢查，除葉片正面進(jìn)水邊頭部、出水邊外緣和基礎(chǔ)環(huán)上部連接縫一周高100mm脫落外，其余均起到了保護(hù)過(guò)流部件的作用。

(6)1989年3月，國(guó)內(nèi)七個(gè)科研院所，在20#機(jī)過(guò)流部件上進(jìn)行多種抗磨蝕材料的對(duì)比試驗(yàn)。天津勘測(cè)設(shè)計(jì)院水科所的雙層次尼龍、聚氨脂橡膠片、復(fù)合樹(shù)脂砂漿；西安黃河機(jī)器廠的HH896-1環(huán)氧砂漿；黃委會(huì)水科所的S-80美國(guó)聚氨脂橡膠；蘭州電力修造廠的Ni57、Ni50A金屬粉沫噴焊；冶金部鋼鐵研究總院的金屬陶瓷帖片；中科院金屬研究院的不銹鋼焊條、鈦合金帖片等。運(yùn)行17919小時(shí)后，1992年初停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)過(guò)流部件遭受到最為嚴(yán)重的破壞，對(duì)比試驗(yàn)的抗磨蝕材料幾乎全部剝落。由于多種抗磨蝕材料的附著力不同，在運(yùn)行中剝落的時(shí)間有差異，葉片正、背面從進(jìn)水邊至出水邊，從葉片根部至外緣，大大小小的蝕坑形同“梯田”，局部蝕坑60mm×35mm；轉(zhuǎn)輪體上同時(shí)出現(xiàn)了一些蝕坑，局部40mm×20mm，迫使對(duì)其過(guò)流部件進(jìn)行全面地環(huán)氧金剛砂修復(fù)與防護(hù)，并在1999年將五個(gè)葉片全部更換。

（7）1992年3月，北京中山公司在20#機(jī)3#葉片背面和9#機(jī)4#葉片正面進(jìn)行了美國(guó)超能強(qiáng)化DP.DL抗磨涂層試驗(yàn)，其它八個(gè)葉片全部涂敷黃委會(huì)水科院的環(huán)氧金剛砂涂層，運(yùn)行約6000小時(shí)檢查，20#機(jī)的美國(guó)涂層全部剝落,環(huán)氧金剛砂涂層保留90%以上；9#機(jī)美國(guó)涂層保留近90%，環(huán)氧金剛砂涂層完好無(wú)損。

（8）1996年11月，在16#機(jī)4個(gè)葉片的頭部正背面進(jìn)行兩種彈性體材料（聚氨脂類）的抗磨蝕試驗(yàn)，運(yùn)行約25000小時(shí)（一個(gè)大修期）停機(jī)檢查，葉片背面米色彈性體材料剝落，正面雖已剝落，但未磨損，估計(jì)剝落時(shí)間不長(zhǎng)；葉片背面茶色彈性體材料剝落50%，正面完好。

（9）1997年，在20#機(jī)和21#機(jī)中環(huán)上用環(huán)氧金剛砂涂層作基礎(chǔ)，表面涂敷彈性體材料（聚氨脂類），運(yùn)行約6000小時(shí)（1年）后幾乎全部剝落，僅在中環(huán)上部殘存少許。

（10）2001年12#機(jī)更換下來(lái)的葉片上進(jìn)行高速火焰噴涂裙邊和葉片背面外緣300mm的碳化鎢材料,于2002年安裝在15#機(jī)上；2001年底，在18#機(jī)進(jìn)行了相同的試驗(yàn)，效果待定。

通過(guò)上述試驗(yàn)，從1989年開(kāi)始,篩選出適宜葛洲壩電廠水輪機(jī)過(guò)流部件的抗磨蝕涂層，即黃委會(huì)水科院、全國(guó)水力機(jī)械抗磨損研究試驗(yàn)總站二個(gè)單位研制的、獲國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)的環(huán)氧金剛砂涂層。該涂層抗磨蝕效果顯著，價(jià)格便宜，施工簡(jiǎn)單，可在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)大面積涂敷，其涂層在固定部件和轉(zhuǎn)輪體上的四年保留量不小于90%，對(duì)葉片背面的保護(hù)效果不理想，約80%左右，主要是葉片背面強(qiáng)汽蝕區(qū)的四年保留量為零。因此，轉(zhuǎn)輪室中環(huán)和葉片背面外緣的保護(hù)是目前需要解決的問(wèn)題。

4幾點(diǎn)看法

隨著三峽水庫(kù)2003年6月10日蓄水至135m高程，上游河道加寬，水流速度減慢，含泥沙量已明顯減少，葛洲壩電廠的水輪機(jī)運(yùn)行條件得到改善，過(guò)流部件的磨損破壞速度得到緩解。但應(yīng)清楚地看到：三峽水庫(kù)是蓄清排渾，在夏季仍然要將滯留在庫(kù)內(nèi)的泥沙排至葛洲壩水庫(kù)，水輪機(jī)磨蝕依然存在，其磨蝕特點(diǎn)將會(huì)發(fā)生發(fā)變化，抗磨蝕措施需相應(yīng)調(diào)整。

（1）葛洲壩電廠的機(jī)組已運(yùn)行二十多年，其過(guò)流部件固定部分的壁厚已減薄，更換難度大，需要科研部門(mén)研制適應(yīng)低水頭、大流量、附著力大、現(xiàn)場(chǎng)可操作性強(qiáng)的抗磨蝕材料來(lái)延長(zhǎng)其使用壽命，尤其是要延長(zhǎng)中環(huán)的使用壽命。

（2）葉片外緣端面、背面的“啃邊”、出水邊外緣圓角除修正翼型以外，應(yīng)研制轉(zhuǎn)輪不吊出機(jī)坑的有效、實(shí)用的處理措施。

（3）抗磨蝕涂層在真機(jī)上試驗(yàn)應(yīng)謹(jǐn)慎，不要在同一個(gè)部件上進(jìn)行兩種或兩種以上材料的試驗(yàn)；沒(méi)有經(jīng)過(guò)中間試驗(yàn)就在大型機(jī)組上作大面積的試驗(yàn)是不可取的，其代價(jià)也是昂貴的。

（4）環(huán)氧金剛砂涂層等防護(hù)材料的配方、施工工藝、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)科學(xué)、規(guī)范，有一套完備的標(biāo)準(zhǔn)化體系，即有一套完整的質(zhì)量保證體系，以保證該工藝措施健康的發(fā)展和不斷創(chuàng)新。

環(huán)氧金剛砂涂層在葛洲壩電廠水輪機(jī)過(guò)流部件上的應(yīng)用是成功的。15年來(lái)，全廠21臺(tái)機(jī)組在大修中均采用環(huán)氧金剛砂涂層對(duì)過(guò)流部件進(jìn)行保護(hù)，延長(zhǎng)了水輪機(jī)的使用壽命，縮短了檢修時(shí)間。但是，也清楚地認(rèn)識(shí)到：環(huán)氧金剛砂涂層不是萬(wàn)能的，對(duì)葉片背面的保護(hù)有限，尤其葉片外緣背面強(qiáng)氣蝕區(qū)和轉(zhuǎn)輪室中環(huán)最需要防護(hù)的部位還不能湊效，需要進(jìn)一步探索和研究，以完善其抗磨蝕性能，解決水電廠的這個(gè)老大難問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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