三门峡水电站水轮机磨蚀与防护研究

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1、第32卷第6期人民黄河Vo1．32．No．62010年6月YELL0WRIVERJun．，2010【水利水电工程】三门峡水电站水轮机磨蚀与防护研究朱雪凌，任岩，郭之瑞，王龙。(1．华北水利水电学院，河南郑州45001l；2．九寨沟水电开发有限责任公司，四川成都610072；3．西北勘探设计研究院，陕西西安710065)摘要：通过对三门峡水电站水轮机磨蚀规律及成因的分析，采取水轮机表面防护、合理利用排沙和发电关系、旧机组改造、计划检修和状态检修相结合等一系列措施，有效地进行了水轮机抗磨蚀防护，提高水轮机的可利用率，增加发电效益。关键词：水轮机磨蚀；合理排沙；旧机组改造；状态

2、检修；三门峡水电站中图分类号：TV734．1文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000．1379．2010．06．046黄河三门峡段多年平均含沙量为37．6km，三门峡水电Cr5Cu钢板、背面铺焊18—8不锈钢板，但该材料和工艺不能适站汛期平均过机含沙量为17．3kg／m．近几年实测过机含沙量应三门峡高含沙水流，磨蚀率高达203g／h。在近似水沙条件约为25kg／m，水轮机过流部件磨蚀非常严重。20世纪70下，3机组运行23500h，磨蚀较轻，磨蚀率仅为10．6g／h。年代，机组运行3650h后，叶片与中环的间隙由7～10mm扩(5)水轮机大修失时。4机

3、组于1973年12月投产，至大到了15～20mm，叶片其他部位也普遍损伤。1979年1月，运行30453h才进行第一次大修，转轮叶片及中环等主要过流部件破坏严重，水轮机长期带病运行，形成恶性1水轮机磨蚀规律及成因循环，叶片很难恢复到设计状况。1．1磨蚀规律2水轮机磨蚀防护措施三门峡水电站改建后水轮机磨蚀可划分为3个阶段：第一阶段1973-1979年，为全年运行阶段，这一阶段机组常年运2。1水轮机磨蚀表面防护行，而且检修方式不当，水轮机磨蚀非常严雨；第二阶段1980—在三门峡水电站水轮机磨蚀防护的30多年中，对多种金1989年，为清水运行阶段，该阶段电站在汛期(6月下旬至l

4、O属材料防护和非金属材料防护进行了大量试验，经对比，效果月中旬)高含沙期机组停机，其他时问机组基本在清水情况下显著的材料和方法有环氧金刚砂涂层、聚氨酯涂层、A132不锈运行，水轮机磨蚀状况大大改善，但损失了汛期大量的水能资钢焊条和GB1焊条、SPHG1合金粉末喷焊、碳化钨热喷涂。源；第三阶段是1989年7月至1999年，为浑水发电试验阶段，2．1．1环氧金刚砂涂层防护该阶段水库运用方式为蓄清排浑、洪水排沙、平水发电，结合20世纪70年代初，三门峡水电站首次采用环氧金刚砂涂水轮机过流部件的表面防护，有效地利用了汛期的水力资源，层对水轮机叶片正面、固定导叶、中环等进行大面积保

5、护，此减轻了水轮机磨蚀，增加了经济效益。后，先后在青铜峡、红山嘴、云峰、天桥等电站进行试验，结果表1．2磨蚀成因明：涂层在轴流式水轮机叶片正面、固定导叶、活动导叶等非空(1)转轮叶片制造误差大，加工精度不高。经对4机组3化区有良好的抗磨性能，对水轮机过流部件的非汽蚀区起到了号和4号叶片实测，叶片进口均非机翼型，头部呈方形；叶片出有效保护作用。但在水轮机严重汽蚀区，包括叶片进水边背口下垂100～145mm；叶片根部端面增厚100～140I／1／／1；各叶片面、间隙空化带和出水边等，防护材料基本脱落。之间质量差最大达lt(叶片设计质量为6t)，此外叶片开口尺环氧金刚砂涂层廉价

6、，施工容易，对水轮机泥沙磨蚀的非寸、厚度与表面形状均有明显差异，叶片表面粗糙，水流绕流条空化区能起到有效的保护作用，至今仍是机组磨蚀防护的重要件不好。材料。．(2)叶片外缘切割，表面粗糙。叶片加工精度差，安装时与2．1．2聚氨酯弹性涂层防护转轮室碰撞，现场进行叶片外缘切割，使叶片端面极为粗糙，促聚氨酯弹性涂层在三门峡水电站广泛用于水轮机固定过进了叶片外缘的空化与磨蚀。流部件的磨蚀防护，取得了较显著效果，但涂层抗硬物冲击和(3)长时间偏离优良工况运行。机组设计水头为30m，实割伤能力较差，一旦局部被划伤，会造成大面积脱落。该涂层际汛期运行水头多为20～25m，非汛期多为35

7、～421／1，为了减少顶盖漏水，又加大了叶片转角，加大了水流进口冲角，形成脱收稿日期：2009—10-25流，加重了空化与磨损。基金项目：水利部“948”计划技术创新推广转化项目(CT200207)。作者简介：朱雪凌(1966一)，女，河南周口人，副教授，硕士，主要从事电力系统(4)过流部件材质不良。4机组叶片材料为ZGSiMn，试验分析和水利水电工程研究工作。证明该材料抗空蚀和磨损性能较差，尽管在叶片正面铺设E-mail：zxl@newu．edu，eel·102．人民黄河2010年第6期曾在三门峡水电站1机组新转轮叶片上应用