第六章+水轮机的泥砂磨损(new).doc

第六章 水轮机泥砂磨损、振动、检修本章教学要求:;;;、维护措施。第一节 水轮机的泥砂磨损一、概述水轮机在工作时,如果通过其内的水流含有大量的泥砂,则坚硬的泥砂颗粒将撞击和磨损过流部件的表面,从而使机件发生疲劳甚至损坏,这种现象称为水轮机的磨损。水轮机磨损会产生严重的后果,轻时需检修处理,重时需要更换零部件甚至更换转轮。水轮机磨损还会加剧气蚀破坏,增大水轮机的振动。当水轮机的导水机构磨损严重时,漏水量将增大,从而影响正常停机。若水轮机调相运行时,还会增加调相功率损失,严重时甚至无法进行调相运行。由此可见,水轮机泥砂磨损的危害是很大的。自然界中完全不含有固相介质的水是没有的。但是,只有工作水流中含砂量达到一定数量时,水轮机过流部件才遭到泥砂磨损而破坏。地处我国华北和西北的广大地区,大多数河流的流域包括了黄土高原和黄土丘陵地区。在这些地区的汛期,暴雨频繁且强度大,在水土保持工作尚未完全奏效的情况下,大量的泥砂被汛期的地表径流带走,汇入河流,造成这些河流中含有大量的泥砂。以黄河为例,。水库建成初期,泥砂大部沉积,水轮机的工作水中含有数量不大的、粒径较小的泥砂,水轮机的泥砂磨损并不严重。随着库区的游积,数量多而粒径较大的泥砂被带入水轮机,从而使水轮机遭到严重的泥砂磨损。泥砂磨损是一种强烈的破坏形式。水轮机过流部件均会遭到不同程度的破坏,而尤以水轮机的转轮、叶片、转轮室等流速较高的零部件为甚,破坏非常严重的水轮机甚至无法修复。因此,多泥砂河流水电站机组大修周期差不多完全由水轮机泥砂磨损的破坏程度来决定,而检修的工作量是很大的。例如,黄河上某水电站HL123-LH-410型水轮机,大修周期为两年左右,工期30~40天,转轮一次修复补焊耗用电焊条约1吨,磨损部件的处理占大修工作量的80%。修复后的转轮经一个汛期的运行,效率明显下降,电能损失巨大。泥砂磨损的破坏强度与含砂水流的特性、水轮机过流元件的材料特性、水轮机工作条件和运行工况有关。具有很高运动速度的水流夹砂撞击固体壁面,有时一次撞击产生的应力可能超过材料的屈服极限而使材料发生塑性变形,即使产生较小的冲击应力由于作用频繁也会使材料疲劳破坏。有时泥砂磨损和汽蚀同时发生,导致一种更为复杂的联合破坏过程。近些年来,国内外曾对泥砂磨损的机制、各种金属与非金属抗磨材料的抗磨稳定性、防止水轮机泥沙磨损的各种技术措施等进行了大量的实验室和现场的试验研究,取得了很多的成果。我国黄河上的一些水电站也积累了诸如转轮的补焊修复,转轮叶片抗泥砂磨损的非金属材料复涂等方面的成功经验。但是,水轮机泥砂磨损领域存在的问题仍很大,有待进一步的研究。特别是要根除泥砂磨损给水轮机运行带来的严重危害,必须从水库和水电站沉砂设备的合理设计和运用,改善在含砂水流中工作的水轮机抗磨性能,研制抗泥砂磨损稳定性高的金属与非金属材料等方面入手,采取综合技术措施才能达到这一目的。二、水轮机防磨技术措施防止泥砂对水轮机的磨损需要采取多方面的措施方能奏效。一方面减少水轮机的泥砂数量,另一方面采用合适的机型、合理的运行方式以及抗磨材料,综合起来可分为如下几个方面:,不使其进入水轮机流道,在多泥砂河流上修建电站,取水枢纽应考虑尽可能防止泥砂进入水轮机,因此,应考虑下述问题:(1)水库的合理设计和运行。水电站常具有相当于泥砂池的水库,它可使进库砂粒沉积在库区而减小了水轮机工作水流中的含砂量,尤其是可以有效地拦截粗砂进入水轮机流道。另外,还必须注意水库防淤措施。(2)合理布置水电站取水口,水电站取水口布置的位置应避免异重流进入,为此,应将取水口布置在远离旧河道的另一端,水电站取水口与排砂孔的相对位置与进入水轮机的含砂量有密切关系,根据模型试验与现场观测,应力求取水口与排砂底孔之间的距离较大,排砂孔位置尽量低,而水电站取水口尽量高。,需要全面考虑各种因素,以选定最佳方案,为了改善和减轻水轮机泥砂磨损的危害性,在水轮机选择中,应注意合理选择水轮机的形式及工作参数。在多泥砂河流上的高水头水电站,由于水轮机过流元件内流速相当高,预期将发生严重的砂粒磨损,考虑机型选择时,冲击式水轮击和混流式水轮机,从泥砂磨损角度上不能严格区分其优劣,混流式水轮机比冲击式水轮机有更长的工作寿命和较小的电能损失,但检修工作量冲击式较少。