三峽水電站過機(jī)水流指標(biāo)檢測(cè)下水輪機(jī)磨蝕機(jī)理淺析

吳次光青長(zhǎng)庚 電力部昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 經(jīng)過長(zhǎng)江水利委員會(huì)的同志長(zhǎng)期辛勤的工作 , 三峽水電站的運(yùn) 行條件已基本清楚 , 水頭 、 裝機(jī)容量 、 機(jī)組臺(tái)數(shù) 、 裝機(jī)高程 、 尾水位 以及蝸殼 、 尾水管和機(jī)組段的控制尺寸都已明確 , 三峽水輪機(jī)的選 擇已經(jīng)具備條件 。 三峽水電站每年月中旬至月有三個(gè)半月的洪水期 , 天然來 水一般大于電站全部機(jī)組臺(tái)的流量之和 , 水庫(kù)維持在防洪限制 水位 , 預(yù)留防洪庫(kù)容 , 電站伴有棄水 , 尾水位較高 , 水頭較低 , 一般為一 , 水輪機(jī)應(yīng)穩(wěn)定地運(yùn)行和盡可能發(fā)足額定出力 , 而 不必苛求效率 , 機(jī)組在系統(tǒng)中承擔(dān)基荷 。 月末水庫(kù)充蓄至正常水 位 , 月至次年月為枯水期 , 天然來水小于臺(tái)機(jī)組流量 之和 , 電站無棄水 , 并盡可能維持高水頭 , 水輪機(jī)盡可能 保持高效率運(yùn)行 , 為滿足系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻的需要 , 月底庫(kù)水位降至

由于在我國(guó)現(xiàn)階段還沒有水輪機(jī)真實(shí)磨蝕狀況的原形觀測(cè),現(xiàn)有的磨蝕機(jī)理研究存在這樣或者那樣的缺陷,同時(shí)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)的報(bào)道還很少。因此對(duì)三峽水輪機(jī)的真實(shí)磨蝕量的測(cè)量非常必要,通過對(duì)原型觀測(cè),有利于更加合理地研究磨蝕機(jī)理,同時(shí)為數(shù)值模擬預(yù)測(cè)水輪機(jī)的磨蝕提供了真實(shí)可靠的資料,也為水輪機(jī)檢修機(jī)制的轉(zhuǎn)變提供更加科學(xué)的依據(jù)。

大型水電站一般取第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)后的5年或10年作為設(shè)計(jì)水平年,三峽工程規(guī)模大、工期長(zhǎng),以取第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電后10年作為設(shè)計(jì)水平年為宜,照目前情況應(yīng)取2015年作為設(shè)計(jì)水平年,根據(jù)電力規(guī)劃以及葛洲壩水位的提高和調(diào)節(jié)庫(kù)容的擴(kuò)大可以滿足下游通航水深要求,三峽水電站裝機(jī)容量可擴(kuò)大到2000萬kw左右,單機(jī)宜選68～80萬kw的機(jī)組較為合理,三峽水庫(kù)運(yùn)行受防洪、泥沙等因素制約,采用蓄清排渾方式,汛期與汛后水頭變化大,初期低水頭發(fā)電長(zhǎng)達(dá)8年之久,加上長(zhǎng)江水中泥沙對(duì)水輪機(jī)磨蝕,使最優(yōu)效率點(diǎn)水頭的選擇比較困難,從運(yùn)行可靠出發(fā),將最高效率點(diǎn)水頭選擇靠近汛期水頭,以減少氣蝕、泥沙聯(lián)合磨蝕,并限制其在高水頭下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)較為現(xiàn)實(shí)可行,初期發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)少、水頭低。如何加大水輪機(jī)單位流量,盡可能多地利用長(zhǎng)江充沛的水量;提高水輪機(jī)低水頭發(fā)電的效率,早發(fā)電、多發(fā)電是進(jìn)一步研完的重要課題之一。

三峽水電站水頭范圍大，最高水頭與額定水頭之比高，長(zhǎng)期偏離最優(yōu)工況運(yùn)行，并且汛期水中含有一定數(shù)量泥沙．雖然三峽機(jī)組的容量尺寸與國(guó)外大古力、依泰普相當(dāng)，單從機(jī)械制造角度看不存在很大困難，但要很好地滿足運(yùn)行條件，技術(shù)要求高，難度亦大．因此，通過對(duì)三峽水輪機(jī)性能進(jìn)行初步分析，發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)能量犄性將偏離最優(yōu)工況，高側(cè)水頭時(shí)的空化與穩(wěn)定性與磨蝕等問題將比較突出．為改善機(jī)組特性，對(duì)水頭等參數(shù)的合理選擇提出了一些看法．

文章介紹三門峽水電站一號(hào)水輪機(jī)采用的抗氣蝕磨蝕工藝、材料,以及聚氨酯軟涂層防護(hù)材料在水輪機(jī)葉片防護(hù)方面的使用情況,比較了幾個(gè)運(yùn)行檢驗(yàn)期軟涂層材料的修復(fù)應(yīng)用效果,為水輪機(jī)過流部件的抗磨蝕軟涂層防護(hù)材料的運(yùn)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

三門峽水電站水輪機(jī)的磨蝕破壞是過機(jī)含沙量、水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)、機(jī)組設(shè)計(jì)制造質(zhì)量、電站運(yùn)行工況等多種因素綜合作用的結(jié)果。在水輪機(jī)過流部件中，葉片是破壞最嚴(yán)重的部件，其主要破壞部位是：葉片頭部外緣角，葉片背面頭部外緣三角區(qū)，葉片背面外緣寬３００～３５０ｍｍ范圍，葉片外緣端面。轉(zhuǎn)輪室中環(huán)表面的磨蝕破壞與葉片相比，程度較輕，但破壞面積大，主要發(fā)生在葉片中心線上、下各３５０ｍｍ范圍內(nèi)。

三門峽水電站１號(hào)水輪機(jī)的抗磨蝕防護(hù)陳前淮，薛敬平（三門峽水利樞紐管理局河南三門峽４７２０００）三門峽水電站裝有５臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組。由于汛期機(jī)組是在高含沙量情況下運(yùn)行的，水流對(duì)水輪機(jī)過流部件的氣蝕、磨損十分嚴(yán)重，導(dǎo)致水輪機(jī)流道工況改變，水輪機(jī)效...

通過對(duì)三門峽水電站水輪機(jī)磨蝕規(guī)律及成因的分析,采取水輪機(jī)表面防護(hù)、合理利用排沙和發(fā)電關(guān)系、舊機(jī)組改造、計(jì)劃?rùn)z修和狀態(tài)檢修相結(jié)合等一系列措施,有效地進(jìn)行了水輪機(jī)抗磨蝕防護(hù),提高水輪機(jī)的可利用率,增加發(fā)電效益。

針對(duì)水輪機(jī)磨蝕特性,系統(tǒng)分析了三門峽水電站多年的過機(jī)泥沙數(shù)據(jù),探究了水輪機(jī)磨蝕的部位與原因,指出了過機(jī)泥沙仍是水輪機(jī)過流部件磨蝕的主要原因,為黃河上已建、在建和待建的水電站水輪機(jī)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和檢修提供建議。

泥沙磨蝕和腐蝕性水流聯(lián)合作用于水輪機(jī)過流部件,是造成雙溪水電站水輪機(jī)磨蝕嚴(yán)重的主要原因。針對(duì)這些原因,提出水輪機(jī)抗磨蝕的方案,再對(duì)水輪機(jī)過流部件進(jìn)行了相應(yīng)的抗磨蝕改造,最終提高了水輪機(jī)過流部件的抗磨蝕性能,延長(zhǎng)了機(jī)組停機(jī)檢修周期。圖7幅。

通過對(duì)三峽水電站不同機(jī)組及不同部位的過機(jī)泥沙含量、顆粒級(jí)配以及物理化學(xué)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)資料,分析了過機(jī)泥沙的分布及與出庫(kù)泥沙的關(guān)系?，F(xiàn)場(chǎng)采樣與實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果表明,過機(jī)泥沙量與入庫(kù)泥沙流量的大小成正比,過機(jī)泥沙量的峰值比入庫(kù)洪水流量的峰值要滯后2～3d,而且過機(jī)泥沙的硬顆粒主要是石英和長(zhǎng)石,硬度較大,更容易對(duì)水輪機(jī)產(chǎn)生磨蝕。分析結(jié)果可為水庫(kù)排沙調(diào)度和減小泥沙對(duì)水輪機(jī)的磨損和腐蝕提供參考依據(jù)。

2008年10月29日．由中國(guó)葛洲壩集團(tuán)安裝的三峽水電站最后一臺(tái)15號(hào)機(jī)組完成72h試運(yùn)行。至此，三峽水電站26臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。這意味著三峽水利樞紐工程基本完建，開始全面發(fā)揮防洪、通航、發(fā)電效益。

轉(zhuǎn)輪是三峽水輪機(jī)最重的部件,而且又是最昂貴的部件,它的造價(jià)大約是整臺(tái)水輪機(jī)造價(jià)的1/3-1/4,同時(shí)制造周期最長(zhǎng)。因此,轉(zhuǎn)輪的制造工藝關(guān)鍵,本文介紹了日本高砂制作所對(duì)三峽轉(zhuǎn)所對(duì)三峽轉(zhuǎn)輪制造一些設(shè)想和分析,包括材料、制造、裝本性焊接方法、檢查、試驗(yàn)和質(zhì)量控制以及泥砂磨損的防護(hù)措施。

本文介紹了三峽右岸水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷計(jì)算方法和結(jié)果,電站運(yùn)行表明,計(jì)算方法和結(jié)果可以滿足工程要求,但不能反映出小開度時(shí)機(jī)組的振動(dòng),對(duì)于巨型機(jī)組需對(duì)該問題進(jìn)行進(jìn)一步地研究。

本文介紹了三峽右岸模型水輪機(jī)試驗(yàn)研究的基本情況,并介紹了模型驗(yàn)收試驗(yàn)的有關(guān)情況。

論述了響水水電站擴(kuò)機(jī)工程(二期工程)水輪機(jī)型式、額定水頭、機(jī)組臺(tái)數(shù)、水輪機(jī)參數(shù)的比選過程和最終確定的各參數(shù)。

簡(jiǎn)明闡述三峽電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、蝸殼、導(dǎo)葉等重要部件的工藝方案,著重對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片的加工工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,提出了近期進(jìn)行開發(fā)的工藝研究項(xiàng)目。

結(jié)合基本資料及各種計(jì)算成果,對(duì)觀音峽水電站的水輪機(jī)進(jìn)行了正確選型,并闡述了相關(guān)的選擇理由。表4個(gè)。

水輪機(jī)磨蝕是一個(gè)需綜合治理的系統(tǒng)工程,詳細(xì)介紹了大峽水電站水輪機(jī)在水力設(shè)計(jì)、部件制造、生產(chǎn)維護(hù)中所采取的一系列成功應(yīng)用的抗磨蝕措施,以及對(duì)磨蝕開展修復(fù)工作的成熟工藝措施,以供針對(duì)多泥沙河流水輪機(jī)抗磨蝕措施的研究及應(yīng)用工作者參考。

三門峽水電站通過１９８９￣１９９４年６年的汛期渾水發(fā)電試驗(yàn)，篩選出了幾種效果較為理想的抗磨蝕防護(hù)材料，積累了一定的水輪機(jī)過流部件的防護(hù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文較為詳細(xì)地介紹了ｓｐｈｇ１合金粉末噴焊材料和ｇｂ１焊條在三門峽水電站３號(hào)水輪機(jī)的葉片、中環(huán)等過流部件防護(hù)中的應(yīng)用情況。此次包括轉(zhuǎn)輪中環(huán)的大面積抗磨蝕防護(hù)施工工藝的應(yīng)用在三門峽水電站尚屬首次，必將提高三門峽水電站３號(hào)水輪機(jī)整體抗磨蝕性能。

銅街子水電站運(yùn)行多年以來,其軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體和葉片的汽蝕及泥沙磨蝕比較嚴(yán)重,給水電站的安全運(yùn)行帶來很大的危險(xiǎn)。對(duì)磨蝕部位的處理方法進(jìn)行了較為詳細(xì)的敘述。

位于多泥沙河流大渡河上的龔嘴水電站始建于上世紀(jì)60年代；受當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)材料與科技水平制約；水輪機(jī)過流部件抗磨蝕、銹蝕性能差；磨損嚴(yán)重且無法修復(fù)；嚴(yán)重影響安全運(yùn)行和效益；在對(duì)水輪機(jī)改造擴(kuò)容中；大部過流部件采用各種不銹鋼新材料；以2號(hào)機(jī)為例；2008年4月份完成其水輪機(jī)相關(guān)過流部件改造更換后；經(jīng)過10年的運(yùn)行；轉(zhuǎn)輪、頂蓋、導(dǎo)葉等均未見明顯磨蝕；表明改造后的水輪機(jī)過流部件整體抗磨蝕性能良好；滿足設(shè)計(jì)要求；