水电站水轮机汽蚀、泥沙磨损处理探讨

水电站水轮机汽蚀、泥沙磨损处理探讨

黄天新

威信县水务局 云南省昭通市 657900

【提要】罗布河电站水轮机受汽蚀、酸性水流腐蚀及多泥沙磨损共同破坏，主轴窜水严重，机组出力受限，运行效益低。经全面技改机组导水机构后，达到标本兼治目的，机组能满载正常运行，取得较好的经济效益。

关键词：水电站 水轮机 汽蚀 泥沙磨损 处理

一、基本情况

罗布河水电站是威信县的骨干水电站，位于县境北部罗布乡集镇1km处，装机5×800kw，是一座引水式电站，水轮机型号为HL110-WJ-60，设计水头98m，设计流量1.175m³/s，机组额定转速为1000转/分，吸出高度1.3m。

罗布河水电站通过5km渠道引用罗布河水量发电。由于其上游原建有硫磺厂、电石厂等工业厂矿，且硫磺厂沿用土法炼硫，其工业污染物均弃入河内，水质受矿、酸污染较为严重，对水轮机过流部件腐蚀较为突出；因上游厂矿严重破坏了生态环境，导致水土流失极为严重，一下大雨，山水挟带泥沙倾泻入河，尤其是汛期，河水泥沙含量较大（平均含沙量达60.7g/m³，泥沙中值粒径0.129mm）、泥沙硬度较高（莫氏硬度大于5的坚硬泥沙含量占62.3%），机组每年有4个月左右的时间是在浑水挟带泥沙的情况下运行，水轮机过流面受泥沙磨损较为突出，主要是对水轮机主轴密封的泥沙磨损最为严重，水轮机主轴常大量窜水危及推力轴承的安全运行，机组只能长期在400kw以下的低负荷工况工作，技改前电站最高年发电量仅1026万kwh，年利用小时不足3000小时，经济效益差。

由于上述情况，该站水轮机过流部件（主要是转轮、顶盖、座环及主轴密封）普遍遭受不同程度的破坏，有的部位磨损破坏十分严重，直接危及机组的安全运行，同时导致机组效率低下，影响正常发供电；检修周期缩短，耗费大量的人力、物力和财力而不能很好解决问题。后通过对该电站五台水轮机导水机构进行全面的技术改造工作，最终减轻了汽蚀、泥沙磨损破坏，根治了主轴窜水问题，提高了机组运行效率，取得了明显的经济效益。

二、水轮机过流部件破坏的原因分析

1、顶盖破坏

技改以前，该电水轮机顶盖每年都要进行大修焊补方能修复被汽蚀、泥沙磨损破坏工作面，主要是在顶盖盆形斜面上水流冲刷破坏较为严重，焊补好的顶盖仅运行一年即被破坏磨损成许多大大小小的沟槽（深达10mm以上），其方向与水流方向相似，在径、轴向交错处破坏最为严重，呈不规则的深坑大槽，最深处可达20mm。

2、座环的破坏

座环过流面破坏往往形成长短不一的沟槽，在出水边沟槽较深，与水流方向约成40°。与座环相对应的转轮迷宫则基本磨蚀掉，造成间隙扩大，且两者间隙随时间的增长而扩大，从而增加了水轮机容积损失，使一部份水流没有做功而白白流失，导致机组效率降低。

3、主轴磨损

在浑水运行时，水流挟带泥沙经过盘根，泥沙极易嵌入盘根，一旦嵌入之后又不易漏出，大轴以1000转/分的转速高速旋转，盘根粘结泥沙反复磨损主轴，造成主要轴密封间隙增大，机组漏水。为了防止漏水，运行人员必须经常压紧或更换盘根，可以收到一时不漏水的暂时效果，但用不了多久，新的泥沙又不断进入盘根并再度磨损主轴，久而久之，主轴密封即遭到日渐加重的均匀磨损破坏，表现为主轴密封处产生较深磨损沟槽，主轴密封逐步困难，轴封处窜水日趋严重，通过失效主轴密封间隙射出的大量高速水流沿着主轴从轴承端盖主轴油封挡板直冲进推力轴承座体内与润滑油混合，严重威胁推力轴承轴瓦的安全运行。当机组所带负荷超过400kw以后，主轴窜水就更为严重，机组逼迫长期在400kw以下的低负荷区限制工况运行。

4、转轮磨损破坏

技改前，该站机组水轮机转轮运行一年，在叶片正面即出现较多鱼鳞坑；叶片背面汽蚀区则有大量的鱼鳞坑和蜂窝状针孔，破坏面积每片叶片达20×30mm²，深度多达5mm左右，且局部产生穿孔，系磨损和汽蚀共同破坏作用而致；叶片出水边因磨损减薄而呈刀刃、锯齿和缺口状；转轮下环流道则磨成深约5mm左右的大沟槽，汽蚀、磨损较为突出。

该站机组在汽蚀、泥沙磨损的联合作用下遭受破坏，再加上发电水质含有矿酸腐蚀水轮机过流表面，致使破坏形成恶性循环。酸性水质腐蚀导致水轮机过流表面抗磨强度和寿命降低，泥沙磨损促进汽蚀的发生和发展，汽蚀又加剧泥沙磨损和酸性腐蚀破坏，形成恶性循环，终致水轮机过流表面工作寿命急速下降，检修周期缩短，检修费用增大，电站每年要耗费40多万元修理费进行处理且不能很好解决问题。

三、处理方法

1、重新按设计要求更换新导水机构，且在顶盖和座环过流表面镶套不锈钢抗磨板（12/1Cr18Ni9Ti），增强坑磨能力；

2、在主轴上增设封水箱（其内装甩水环）并分两级排水以解决主轴窜水问题；

3、更换同型号不锈钢新转轮增强转轮抗汽蚀、腐损能力；

4、在尾水管壁增设补气阀以减轻尾水管的空腔汽蚀破坏；

5、每年定期在枯水期检修水轮机过流部件、及时焊补修复遭受破坏的过流表面，确保过流表面线型、光洁度、强度及各有关间隙符合设计要求。

四、结语

该站机组采用上述处理方法全部技改完工后，水轮机主轴窜水及导水机构过流表面汽蚀、磨损问题得到有效遏制，机组能满载800kw负荷正常运行，电站年发电量上升到2000万kw.h，年利用小时达5000小时。机组技改后，每台机组至少可多带负荷400kw，年发电量较技改前增加974万kw.h，平均电价按0.25元/kw.h计，则电站每年可多创收243.5万元。实践证明，该站采用的抗汽蚀、泥沙磨损处理方法是比较成功的，不但检修技术容易掌握，而且经济效益显著，值得借鉴。

作者简介：黄天新，出生于1964年，男，高级工程师。工作单位：云南省威信县水务局。

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