论水轮机过流部件抗磨蚀的新技术.doc

1、1论水轮机过流部件抗磨蚀的新技术摘要：本文主要针对河北省水电站的磨蚀问题，分析了一下目前的腐蚀现状和造成的直接经济损失，以及分析了一下以前的抗磨蚀技术有那些缺点和不足。最后指出新技术的有点和整个实验和操作过程。 关键词：引水式水电站；抗磨蚀；复合尼龙；环氧金刚砂 中图分类号：TM622 文献标识码： A 文章编号： 目前，河北省引水式电站的水轮机有严重的磨蚀问题，需要运用一种新的技术来解决这个问题。河北省的小水电站一共有两种类型。一种是与原有水利工程配套的坝后式电站和灌渠上的电站。一种是河道引水式电站。坝后式电站的水质好，水流清澈。引水式电站的水质差，杂物多，含有很多泥沙。生态的不断恶化使得水

2、土流失问题越来越严重，泥沙的增多加剧了引水式电站水轮机的腐蚀为题。 引水式电站的腐蚀现状及损失 河北省拥有 51 座 500 千瓦以上的电站，一共有 130 台水轮发电机组，装机 161.862mw, 2000 年的发电量有 20.844gwh, 其中河道引水式电站有26 座，占总数的一半以上。水轮发电机组的总数也占了总台数的半数以上。这些电站分别分布在漳河，唐河，沙河，拒马河，潮白河等干流和支流上。这些电站所处的河流都是河北省内泥沙较重的河流，比如，漳河的每年平均的输沙量是 2580 万吨，唐河平均每年的输沙量是 180 万吨，这些输沙量比较大的河流都存在水轮机磨蚀问题。随着小水电站建设步2

3、伐的加快，全省 500 千瓦以上的电站中引水式电站的比重越来越大。所以解决水轮机磨蚀问题成了当务之急。 紫荆关梯级水电站建设在跨流域引水的紫荆关五一引水渠道上，五一引水渠道把拒马河水引到位于中易水河上游的安格庄水库中。拒马河多年的挟沙量和输沙量都比较大，沙粒粗，硬度大，很多沙粒是石英的，所以磨损力很强。因为近些年天旱，用水流量小，所以排沙效果不佳，所以空蚀，磨损比较严重。由于空蚀，磨损的联合作用，转轮破坏形成鱼鳞坑，叶片背面呈海绵状蜂窝麻面，叶片的厚度变薄，出水边成锯齿状，虽然每年都要修补两次，但是叶片还是变型了。水轮机的水能效率降低，最后只能报废。模式不但使水轮机导水叶端面与上下抗魔板漏水严

4、重，使水轮发电机组关机时间延长导致不能正常停机。由于关机时间延长了，所以运行人员不得不外加摩擦力来帮助停机。 磨蚀造成的损失很多。首先是磨蚀会导致水轮机的效率变低，发电量会减少。水轮机效率降低的具体表现为水能效率，容积效率以及机械效率的大幅度降低。发电量的降低造成的直接经济损失包括配件材料的成本，人工费等达 1169.75 万元。其次是水轮机的安全性会因为磨蚀而降低。水轮机由于磨损会加剧水轮机组的振动，关机时间也会延长，还有漏水问题都会影响水轮机组的安全运行。紫荆关一级水电站曾经发生过顶盖穿孔故障，辛亏处理的及时，否则会酿成水淹厂房的事故，水轮机的磨蚀问题如果不解决，水电站的安全运行就无法保障

5、。最后，水轮机的运行成本由于磨蚀而增加了，电站的经济效益也因此而下降。发电量和安全性能的降低致使维修的工作量增加，维修周期缩短了，维修时3间变长了，自然会增加维护的成本，经济效应也就随之下降了。 过去的水轮机抗磨蚀措施效果不是很理想。以前的措施是经常更换母体材料，但是费用太高，效果也不是很明显。比如紫荆关一级水电站自从改装了镍铬不锈铸钢叶片转轮，虽然运行时间比原有的低碳钢转轮延长了半年，但是费用却是原来的两倍。以前的其他措施还有，金属喷焊技术和镶衬辉绿岩铸石技术等。金属喷焊技术可以提高转轮叶片出水边背面抗空蚀能力，但是有一个弊病就是，这项技术只能保护叶片背面，整个转轮得不到保护，而且加工的难度

6、大，加工的过程中叶片很容易变形和龟裂，所以没有得到大范围的推广。镶衬辉绿岩铸石技术，虽然能够使抗磨蚀能力增加，但是镶衬加工的工作量非常大，而且加工工具也有很严格的限制，所以应用的并不广泛。除了以上措施，还有一些解决局部磨蚀问题的措施，比如加装扰流板，加高尾水水位等，但是这些措施都不能彻底解决水轮机的磨蚀问题。 新技术的优点和实验过程 近年来，通过水轮机磨蚀试验中心的研究，学者们发现非金属抗磨蚀新技术具有很多优点。比如说局部的变形可以通过整体的加工来消除，全方位的在复杂窄小的转轮流道做涂抹保护。工件表层由于有包衣所以不用频繁更换过流部件，部件的使用寿命也就延长了。相对与以前的技术来讲，使用简单，

7、成本低，推广也比较容易。 首先，实验小组要对抗磨材料进行筛选。通过对输沙量颗粒的分析和相关机组实验，研究者发现，环氧金刚砂的常温修补功能和抗磨蚀性能非常好。但是很难与母体材料粘接，容易脱落，3 个月到 6 个月就有 64成以上的抗磨材料从母体上脱落。如果在把温度加到 50，这个时候施工的效果是最好的。根据拒马河挟沙的具体情况，如果运用弹性橡胶涂层的话，转轮叶片负压区的粘接力就会出现问题，脱落情况就会异常严重。经过研究小组的发福实验和比较，最后一直认为，中温环氧金刚砂是修补水轮固件的最好材料，而复合尼龙喷涂粉末适合修复转动部件。 复合尼龙喷涂粉末是一种灰白色的混合粉末，这种粉末材料特殊，抗磨性能

8、和粘接性能都非常好。粉末喷涂的加工过程是这样的，要先将转轮加热至 200 度，然后在表面喷砂，粉末经高温熔流后会形成保护膜，这个保护膜的抗磨系数是钢的 2 到 3 倍，抗磨蚀的性能也比钢提高了 0.5倍，粘接强度和剪切强度都大幅度提高了，延长了工件的使用寿命，使用期的效率也提高了。而且操作十分简单。它的操作流程是这样的。要先将转轮去油直到露出金属本体，面表最好有一点毛糙，在转轮表面涂抹一些活性剂，这样既可以提高防水性又可以提高粘接力。紧接着要在烘箱里把温度加至 200到 220后保温半个小时到一个小时。然后取出来有压缩空气压缩，然后用喷枪把粉末喷涂在转轮表面，可以多次喷涂来达到厚度要求，最后在

9、烘箱内加温到 180直到固化，一个小时后取出。这样整个工艺就文成了。复合尼龙粉末的喷涂技术操作简单，施工的时间不长，一个转轮的喷涂时间一般是 10 到 15 分钟。只要加强对温度的控制就可以了。 环氧金刚砂涂层技术的粘接性能比较优异，操作也很简单。在常温下加温到 50 到 60的时候，粘接抗拉强度和剪切强度都会达到最佳状态，环氧金刚砂涂层技术的抗磨系数是钢的 2 倍，抗魔石性能等同于钢。采5用上述新技术不但操作简单，而且延长了部件的使用寿命，提高了转轮的效率，成本也降低了很多。紫荆关一级水电站三只转轮的造价是 12 万元，不采用新技术之前维修转轮的成本投入是 18 万元，采用了新技术每年只需 1 万元的投入即可。另外采用环氧金刚砂技术修护固定部件不但延长了使用寿命而且减少了漏水。维修时间只有之前的 1/3,维修成本也降低了很多。 但是新技术也有一些缺点，比如温度的把控上不是很容易。如果温度控制的不好，维护效果也就不好。采用复合尼龙修复技术时，如果将整只转轮清除后，修补效果会更好。 参考文献 1张道林 水轮机抗磨蚀新材料研究取得成果J大电机技术 1996 2汤永明 浅谈多泥沙电站水轮机抗磨蚀的措施J 机电技术 2006