1、1肯斯瓦特的泥沙磨蚀研究摘 要：肯斯瓦特水电站在设计过程中，由于该河流泥沙含量大，运行水头相对较高，在选型时结合实际理论、现有国内外水电站的设计经验、及相关新的技术进行合理的选型已解决泥沙磨损的隐患。 关键词：泥沙 磨损 在我国西部许多河流，水位落差高、含沙量大，在这种河流上修建的水电站的磨损对水电站的安全运行造成了很大的危害。高含沙水流使水轮机的磨蚀十分严重，经过分析多年的设计、运行方面的经验，总结出一套水电站的水轮机磨蚀规律，同时探索新的防护策略与技术，对提高我国多泥沙河流水电站的运行、维护和开发，对我国水利水电行业的发展，有着重要的意义。 1.电站概况 肯斯瓦特水电站位于玛纳斯河干流之上
2、，距下游出山口红山嘴约30km，西距石河子市 70km。 2.泥沙对水电站的影响 水轮机严重的泥沙磨损对水电站的影响，主要表现在： （1）增加了机组检修周期。 （2）水轮机的运行效率下降。影响电站的效益。 （3）水轮机的可靠性降低、机组寿命下降，严重影响电站的安全运行和经济效益。 2（4）水电站在维修过程备品备件增多，运行成本增加。 3.在设计过程中总结了影响磨蚀的因素 3.1 水头、含沙量对泥沙磨蚀强度的影响 PKWmSn K与水头、河流各方面相关的一个系数； W水流冲击转轮的一个相对速度； m相对速度的一个指数，与水头相关； S该河流的沙子含量； n该河流的一个相对指数。 上述公式，我们可
3、以清晰的得出：水电站磨损的危害程度的高低与否与该河流的的沙子含量成正比，随着水流冲击转轮的相对速度的 m 次增大而增大，水头越高，相对的过机流速就越大，泥沙磨蚀就更严重。 3.2 泥沙颗粒的颗粒直径对泥沙磨蚀的影响 实验表明，当颗粒直径小于 0.05 毫米时，对泥沙磨损强度差异很小。而颗粒直径在 0.10.5 毫米范围内，则磨损强度变化大，颗粒直径影响效果很明显。 3.3 运行方式对水电站过流部件磨损的影响 水轮机在设计工况时运行比较稳定，但是水电站在每年的特殊时段，水头、流量不正常时，这时在整个过流系统中，水流的状态相当复杂，很容易形成相互碰撞，加剧了水电站磨损的严重程度，同时也要防止其实的
4、破坏。 同时，在设计肯斯瓦特水电站过程中，不能仅仅只关注水轮机的磨3蚀，还要关注导叶及其过流部件的泥沙磨损。 4.在水轮机选型设计中关于泥沙磨蚀的防护和措施 在肯斯瓦特的水轮机选型设计中，充分考虑的水轮机在抗磨措施方面的能力， 结合我国多年的水电站设计和运行的实际经验。在设计过程中我们总结了以下几种有效的抗磨方法。 4.1 减少通过水轮机水流的泥沙 设置行之有效的沉、排沙水利工程建筑物，非常显著和有效的能排除水流中的泥沙， 抗泥沙磨蚀效果非常显著，在设计过程中，需要利用当地的地理状况、提高水电站的进水口、底孔等水工建筑的合理布置，特别是减少了对水轮机危害比较严重的粗颗粒泥沙通过水轮机。 4.2
5、 合理的选择机组参数 采用合理的低参数转轮，降低转轮出口的相对流速； 降低导叶区和蜗壳等过流区域的流速，如扩大导叶分布圆直径，降低蜗壳进口流速系数等； 采用较大的电站装置空蚀系数，避免泥沙磨损与水轮机空蚀的联合作用； 4.3 对机组流道进行合理设计 从泥沙磨蚀强度公式可以得出结论， 改善水电站流道的水流的状态、相对流速的指数值， 可非常显著地减少水轮机磨损强度。要求我们对水轮发电机组的蜗壳、导叶、转轮等与水流接触的部位，进行合理的设计。4.4 选用合理的水轮机本体材料 在选型设计过程中，肯斯瓦特水电站的水轮机本体材料应该为韧性4和硬度高、质量分布均横，经过实际论证过的，能有效的抗泥沙磨蚀的材料
6、，并具有可加工性和可焊性。 4.5 对泥沙磨蚀的部位进行涂层 对已建的电站进行分析和水轮机生产厂家处了解，磨蚀是发生在过流部件表面，对水轮机易磨蚀过流部件的表面进行涂层防护，能非常有效的防止泥沙磨蚀，进而确保水电站水轮机的的正常平稳、经济有效的运行。经过查找资料和咨询厂家，了解到在水轮机与水流接触的部件上作抗泥沙磨蚀表面涂层的方式包括：超高音速碳化钨粒子喷涂。合金粉末喷焊或喷涂：热喷焊合金粉末的工艺是合金粉末熔融在母体表层内，属于冶金结合，抗磨蚀明显，但因为在喷涂中高温易造成叶片变形，因此很少用于新机组防护。非金属涂层：非金属涂层目前最常用的有常温碳化硅环氧复合涂层、高温复合尼龙、多层次表面聚
7、氨酯弹性体等，施工方便、抗磨蚀的能力较强、价格比较低廉。在国内目前应用很广泛，在肯斯瓦特的选型设计中，故而选用了非金属涂层。 4.6 对于易磨损部件进行重新设计 水轮发电机组的与水流接触的部分，设计时要考虑到检修的方便和同一电站各个机组间要相互备用， 在相互备用的同时，也需要增加水电站的备品备件，以确保水轮机在汛期安全运行。保证收益、提高经济效益。根据现有的已运行几十年的易磨损电站的经验教训， 水轮发电机组的比较大的部位修复应该便于利用本电站的吊车， 以减少检修困难。 4.7 提高水轮发电机组过流部件表面的光滑程度 机组用材料的抗磨损的强度系数， 与过流部件表面的光滑程度有很5大关系。 5.研
8、究目的 在肯斯瓦特的选型设计过程中，通过对泥沙磨蚀的研究，了解到泥沙磨蚀对多泥沙河流的水电站的运行和维护影响比较严重。通过借鉴和咨询水电站运行人员的经验，采用以上的抗磨蚀的方法，能行之有效的减少泥沙磨蚀的强度，减轻水轮机磨损破坏的方法，已由单一的防护措施发展为多方面的综合治理。经过以上论述，随着科学技术的进步，只要引入新的结构、工艺、方法和材料，减少多泥沙电站的磨损，提高水电站机组运行的稳定性。 水轮机泥沙磨损问题的研究不仅对减轻或防止已有水电站水轮机的破坏、确保机组安全经济运行十分重要而且迫切，同时对多泥沙河流上的水电站尤其是我国西部的多泥沙河流的水电开发有着重要意义。 参考文献： 1水轮机，河海大学.刘大恺主编.中国水利水电出版社.2011（7）. 2水机磨蚀，顾四行.20022003 论文集. 3水电站机电设计手册.水利电力出版社.1983（11）. 4水利机械.西安理工大学.金钟元编.中国水利水电出版社.2004（6）.
