34MW轴流转桨式水轮机桨叶磨蚀现象分析及修复实践

水轮机过流部件磨蚀问题的研究与防护小水电2006年第1期(总第127期)技术交流水轮机过流部件磨蚀问题的研究与防护熊茂涛卢池杨昌明(西华大学能源与环境学院四川成都610039)陈次昌(西南石油学院四川成都610500)【摘要】针对我国高含沙水流中运行的水轮机组的过流部件的磨蚀这个长期存在的疑难问题,开展研究工作,在分析水轮机过流部件泥沙磨损,空化破坏各自的磨损机理,特点,影响因素,预测模型等的基础上,总结出水轮机过流部件的磨蚀主要是泥沙磨损,空化破坏及它们的联合作用,提出水轮机过流部件磨蚀的主要防护措施,为最终解决水轮机过流部件磨蚀问题提供了理论依据.图6幅,表1个.【关键词1泥沙水轮机磨蚀机理磨损空化l引言我国水能资源丰富,据2000年的数据,我国可开发水能资源为4.1324亿kW,2000年末我国水电装机总量达到75OO万kW,占全国总装机容量的24%_1】.同时我国河流的特点之一是含沙量大,年平均输沙量在1000万t以上的河流就有115条,每年直接人海泥沙总量达到19.4亿t[2】.因此在我国的水电开发中,存在着突出的泥沙问题.据不完全统计,在我国建成的装机7500kW以上的各类型大中小水电站中,有泥沙磨损的约占4o%[3J,由此产生的磨损,空化破坏严重,不仅影响了水电机组的安全经济运行,造成巨大的经济损失,而且威胁电网的安全运行,成为水电生产中急待解决的难题.表1为我国部分大型水电站水轮机磨蚀情况,其他河流上的水电站也存在着严重的磨蚀问题(见表1).表1我国部分大型水电站水轮机磨蚀简况河名,水电站名水轮机泥沙磨蚀情况90%的泥沙通过机组下泄,过机含沙量多年平均值为1.60ks/m3,汛期多年平黄河,刘家峡箬车翁簇赣嘉篷l泥沙大增,磨损,空化破坏空前加剧….多年平均含沙量为1.2kg/m~,最大含沙.…量1O.5kg,m3,水轮机转轮采用长江,葛洲坝0Crl3Ni4Mo和0Crl3Ni5Mo不锈钢铸造. 首台机组运行两个汛期就发现明显的磨损,空化破坏….1983年汛期后,沉沙库容所剩无几,过大渡河/龚嘴机泥沙数量猛增,水轮机开始进入严重的磨蚀损坏期.基金项目:国家自然基金项目资助(NO.90410013)由于磨蚀问题的复杂性和研究手段的制约,磨蚀的破坏机理至今看法不一.有鉴于此,通过分析水轮机泥沙磨损,空化各自的破坏机理,总结出高含沙水流中水轮机过流部件磨蚀机理及主要防护措施,为解决水轮机过流部件的磨蚀问题提供理论依据,对于提高水电站的经济效益和延长机组寿命,促进国民经济的发展有着极其重要的意义.2水轮机磨蚀破坏特征2.1水轮机的泥沙磨蚀携带泥,沙,石的高速水流,在通过水轮机流道时,对水轮机过流表面产生的破坏称之为磨蚀.通常情况下水轮机某一过流表面局部的破坏,往往不是单一因素造成的,多数情况下,它包括泥沙磨损和空化破坏及其联合作用.2.2水轮机过流部件的磨蚀部位及其特点1)混流式水轮机:叶片正面磨蚀表现为上轻下重,叶片正面靠进水边的边缘磨蚀一般较严重;下部靠出水边出现沟槽和锯齿状;叶片背面亦是普遍磨蚀,尤其是叶片下部靠近下环处和叶片出水边靠下环转弯处,均出现针孔,鱼鳞状凹坑等.图1为轴流式水轮机转轮叶片磨损情况示意图(见图1).圈1轴流式水轮机转轮叶片磨损情况示意图3l?技术交流SMAILHn)R0POWER2006Nol.TotalNo127 图2混流式水轮机转轮磨损部位示意图2)轴流式水轮机:叶片正面靠出水边缘特别是叶片外边缘,叶片背面亦严重磨蚀;转轮室下部半球形部分,转轮体及泄水锥的外表面等出现磨损.图2为混流式水轮机转轮磨损部位示意图(见图2).3)冲击式水轮机:引水管道,针阀,水斗内表面和喷嘴环等处容易受到泥沙磨蚀.3磨损破坏机理研究3.1磨损理论水轮机工作水流中含有泥沙颗粒时,具有一定动能的坚硬沙粒将有可能垂直冲击水轮机部件的过流表面的金属材料,材料在沙粒的冲击压力下,产生弹性变形,进入塑性流动状态.此后,表面弹性变形部分将恢复,而塑性变形被保留,形成冲击凹坑.在凹坑边缘有塑性变形中挤出的材料堆积物在沙粒不断冲击下,堆积物将重新受挤压变形和移位而有可能从材料表面剥落.同时,在合适的沙粒冲击角度下,堆积物易受剪切折断,形成材料的磨损量.某些金属有很强的冷作硬化能力,具有较高的硬度和脆性,可能产生变形裂纹.在足够的冲击能量下,冲击凹坑边缘和坑壁就常可能存在径向裂纹,即使沙粒冲击能量较小,不足以直接产生材料剥落,但经过长期反复冲击,也会导致材料的疲劳剥落.上述即为金属表面受沙粒冲击后,因弹一塑性变形引起的微体积损失过程,称之为变形磨损. 当沙粒以小冲角撞击材料表面,接触点很小的面积上将集中很高的压力.此冲击压力的垂直分量使沙粒压人材料表面.同时,沙粒在小冲角下有较大的水平动能分量,将使其沿大致水平于材料表面的方向移动.材料在沙粒尖角水平移动时.产生接触点的横向塑性流动,切出一定量的微体积材料. 这种材料的微体积损失称为微切削磨损.高含沙水流中含有不同形状的沙粒,流动也表-32-现为紊流形态,沙粒颗粒群体的运动方向可能是任意的,因此,高含沙水流中水轮机过流表面的实际磨损过程为上述变形磨损和微切削磨损的复合作用引.3.2泥沙磨损的破坏形态破坏轻微处有沿水流方向的划痕和麻点;严重时,表面呈波纹状或沟槽状,并常形成鱼鳞状凹坑;磨损强烈发展时,可使过流部件穿孔,成块崩落.磨损有明显的方向性,与水流特征一致;磨损表面密实,呈金属阴暗光泽L4J.3.3水轮机泥沙磨损的影响因素泥沙对磨损的影响因素:沙粒的特征,包括颗粒尺寸,硬度,形状等;含沙水流的特征,包括相对速度,冲击角等;金属材料的特征,包括硬度,韧性,破断强度等;水轮机的设计,如负荷选择,水头变化频率等等(见图3-5).圈3水轮机磨损的影响因素3.4水轮机泥沙磨损的预测水轮机过流表面的磨损行为十分复杂,到目前为止还没有一个公认的,普遍适用的机理和公式可以预}贝5水轮机材料的抗磨损性能.其中Finnie的微切削模型在验证塑性材料的冲蚀磨损规律方面有较好的效果L6】.cM厂(D)-r.式中:为冲蚀磨损量(kn);M为沙粒颗粒的质量(kg);U为沙粒的速度(rrds);P为金属材料的屈服应力;c为经验系数;a为入射角.国外,已有水轮机制造厂(如伏依特公司)利用TASCflow等商用软件计算泥沙颗粒运动轨迹,并预测泥沙磨损.但是,其颗粒运动轨迹计算量有限,不能得出分散相运动特性,预测泥沙磨损还需小水电2006年第1期(总第127期)大量经验数据.4空化破坏机理研究4.1空化理论空化存在两种物理变化过程:水流在流道里高速运动过程中,速度和压力都会变化.当速度增加压力降低时,水流中就会产生气泡,气泡集中的区域叫空穴,这种变化叫空化;挟带气泡的水流在高速流动过程中当速度降低压力增加时,气泡就会溃. 灭,气泡溃灭时会产生高温高压的微射流,靠近流道边壁的微射流长期对边壁作用,就会使边壁的固体物质产生疲劳破坏,使材料大量流失,这种变化过程叫空化.对流道边壁产生破坏作用的是后一种物理变化….图4为微射流引起的空化示意图(见图4).圈4微射流引起的空化示意图4.2空化的部位与特点空化破坏常常会出现在叶片的背面等低压区.轻微的空化使过流表面失去光泽而变暗,进而发展为麻点,麻面,针孔状等;较重的空化使表面变得十分疏松成为蜂窝状;空化严重时转轮叶片出水边较薄的地方就会穿孔,甚至整块脱落,过流部件很快就破坏失效.4.3空化的影响因素影响空化的因素主要是:硬度,断裂应变能,韧性及材料的抗腐蚀性能,流体速度,工件的表面粗糙度,流体的温度和气体含量等.但由于目前尚没有完全掌握空化机理,还不能准确预测各类材料耐空化性能.4.4水轮机空化的预测目前仍没有一种非常完善的评判水轮机空化状态的标准,尤其水轮机在实际运行过程中,无法直接确定其叶片的空化破坏程度,极大地制约了水轮机状态检修技术的发展.通常水电厂都是根据水轮技术交流机实际运行吸出高度的大小,能量特性的变化及振动状况来判断水轮机的空化状态,但这仅仅是一种趋势性分析,并没有确定的标准可依哺].5泥沙磨损,空化联合作用泥沙磨损和空化联合作用,就是含沙掺气高速水流产生的复合磨损破坏(即为磨蚀),其原理是:高含沙水流以混合体(压力水携带泥沙颗粒)高速冲击水轮机过流部件,其冲击强度随气泡大小可达上千个大气压,造成复合形式的磨损.其中,有气泡的空化,也有高速水滴和泥沙颗粒的冲蚀磨损及其交互作用.在水轮机过流部件的磨蚀破坏过程中,当水流中气泡爆裂产生的带有巨大冲击波的微射流射到泥沙颗粒上时,就使得泥沙颗粒从微射流上得到了速度.受到微射流冲击的泥沙颗粒由于微射流的速度远大于悬移质的速度,所以泥沙颗粒一般是以旋转状态沿着接近微射流的方向高速前进,旋转着的高速沙粒与边壁相遇时,金属材料除了受空化产生的脉冲式法向应力的重复作用外,还受泥沙颗粒的非法向力的切削作用.材料表面气泡溃灭时产生的微射流除直接蚀损材料外.还以冲击波的形式作用于泥沙颗粒上,极大地增加了泥沙颗粒的冲击速度,提高了对材料的切削作用,致使材料表面出现麻点,麻面,凹坑,甚至使泥沙颗粒嵌入材料表面形成凹凸不平,从而改变材料表面的平整度.当沙粒有锐利的棱角时,其切削作用则更加明显.这种切削作用使得金属表面的氧化膜不断受到冲击而产生崩落,既而引起水中腐蚀性介质对金属表面的进一步侵蚀.大量试验表明,含沙水流由于泥沙裂隙挟带气泡进入水流中,增加了水中气核,促使气泡初生提前发生.但气泡初生后,含沙水流对从气泡生长,溃灭到对过流表面的破坏机理,尚存在较大分歧.一般认为磨损促进了空化,空化又促进了磨损,但哪一个起主导作用尚未完全搞清楚.图5,图6即为葛洲坝水电站水轮机叶片典型的磨蚀表面,显示出分布规则的鱼鳞坑[6].这种磨蚀表面形貌与纯泥沙磨损和纯空化破坏得到的磨损表面有非常巨大的差别.说明我国高含沙水流中水轮机的磨蚀机理既不是简单的泥沙磨损也不是纯粹的空化破坏,而是泥沙磨损和空化联合作用对水轮机过流部件的破坏作用.33?技术交流SMAIHu)R()POWF~2O06Ⅳ0,TotalNo127 图5被严重磨损的叶片边缘6泥沙磨蚀防护措施6.1水电站的排沙措施与运行方式合理排沙,减少过机沙量是有效减轻水轮机泥沙磨蚀的重要措施.水库在设计时,就应该做好枢纽布置及科学调度的规划,以减少通过水轮机的泥沙.我国已总结出许多减少水库淤积,延长水库寿命的措施,包括在流域内大力开展水土保持工作; 合理布置电站取水口;设置导沙坝,冲沙闸,沉沙池等排沙设施.另外,利用水库采取调水调沙,蓄清排浑,泄洪排沙,异重流排沙等方式,都是行之有效的.6.2水轮机设计参数的合理选择水轮机设计参数选择时应考虑适当降低参数水平,特别注意控制降低水轮机转轮出lZl的相对流速,以达到最优比转速.同时采取水轮机转轮叶片的优化设计,考虑加大导叶分布圆的直径,选择合理导叶翼型,转轮叶片外缘加装裙边等措施.在转轮结构设计中,应注意提高部件的互换性,保证部件容易拆卸,修理和更换,以提高工作效率.6.3水轮机的制造和防护水轮机转轮采用0Crl3Ni4Mo,0Crl3Ni5Mo和0Crl3Ni6Mo等抗磨蚀性好的高强度不锈钢铸造, 特别是提高制造水平和质量,保证加工精度和表面光洁度.水轮机的防护采取材料表面物理强化技术,改性环氧金刚砂涂层,聚氯酯涂层,金属陶瓷涂层,喷涂超高音速WC,喷焊SPHG1焊条,堆焊GB1,A132焊条等先进技术和材料.6.4电站的检测,维修手段水电站要加强各种技术资料的收集和积累,加强水电站检修手段的研究和配置,提高检修质量, 采用叶型测绘修形,智能专家系统,坑内水轮机修复机器人等先进设备和措施.7结束语由于水轮机过流表面的磨蚀机理复杂,影响因素众多和研究手段的制约,目前对磨损,空化双重34?图6水轮机磨损表面的鱼鳞坑作用下的过流表面快速损坏机理的认识还不足以得到实用性强的水力抗磨耐蚀优化设计方法,有待于深入研究.近年来随着扫描电镜,电子探针,x射线衍射和能谱分析等现代化测试手段的出现,磨蚀问题的研究进入到微观程度,把磨蚀的宏观形貌和微观过程相联系,通过微观破坏形貌判定磨蚀机理,使人们对磨蚀机理的认识又推进到了新的高度.通过对水轮机过流部件表面的磨蚀机理研究,认识磨蚀损坏本质,进行水轮机泥沙磨蚀的预估和防护.可以对水轮机进行水力抗磨耐蚀优化设计提供依据和手段,对于最终解决水轮机过流表面磨蚀问题具有重要的意义.参考文献:[1]段生孝.我国水轮机空蚀磨损破坏状况与对策[A].天津:水机磨蚀论文集.2001,11—15.[2]王志高.我国水机腐蚀的现状和防护措施的进展[J].水利水电工程设计,2O02,21(3):1.[3]顾四行.我国水轮机泥沙磨损问题回顾[A].天津:水机磨蚀论文集.2001,20—21.[4]段昌国.水轮机沙粒磨损[M].北京:清华大学出版社.1981,9—14.【5]GreinH,Sehac~nmamA+SolarProblemofAbrasionin HydmclccmcMachinery[J].WaterPower&DamConstrue- tion,1992,(8):19.[6]李健,彭恩高,白秀琴,周燕,孙家峰.水轮机过流部件的磨损问题[J].材料保护,2004,37(7): 44—46.[7]薛伟,陈昭运.水轮机空蚀和磨蚀理论研究[J].大电机技术,l996,(6):46—47.[8]徐朝晖,陈乃祥,吴玉林,周兵.水轮机空蚀破坏估算法[J].华东电力,2002,(8):75.■熊茂涛(1976一),男,硕士研究生,工程师,主要从事水轮机空化与泥沙磨损理论和数值模拟研究工作. Dnail:********************陈次昌(1948一),男,工学博士,教授,博士生导师,主要从事流体机械研究工作.。

浅析水轮机冲蚀磨损规律及抗磨措施的研究进展【摘要】水轮机内部过流部件的冲蚀磨损是影响系统应用效果的重要因素，在具体应用过程中需要根据实际变化趋势，按照固定的应用形式对其分析，进而达到理想的应用效果。

基于水轮机应用的重要性，在实践应用过程中必须了解磨损规律，并根据现有发展体系的研究形式掌握进展要求。

过流部件的冲蚀磨损系数和数值是影响其应用效果的重要因素，因此必须掌握其应用效果。

并按照固定的程度对其进行分析。

本文将以水轮机冲蚀磨损规律为研究点，结合实际情况，探究切实可行的抗磨控制措施。

【关键词】水轮机；冲蚀磨损规律；抗磨措施工程机械内部过流部件的应用效果是影响整体应用情况的重要因素，受到多种因素的影响，其造成的危害比较大，因此会带来比较大的经济损失。

根据在T.S.Eyer的估计结果，必须根据工业生产的实际要求，确定磨损系数，尤其是涉及到在固态和液态工况的要求下，冲蚀磨损是机械材料应用过程中比较突出的一种形式，在水利应用系统中占据重要的地位。

由于我国河流含沙量比较大，因此泥沙冲蚀磨损的发生几率比较大，如果控制不当，会对整体操作系统造成严重的影响。

1 水轮机冲蚀磨损规律分析基于该应用系统的差异性，在具体应用过程中必须根据其内在特点，选择适当的应用形式，其次要掌握其中存在的规律，如果存在异常情况，则需要根据实验结果对其进行分析。

1.1 彼此反作用比较强基于水力发电系统的特殊性，在应用过程中为了降低其整体影响要素，必须对可靠性和稳定性进行合理的分析。

由于水轮机容易受到外力因素的影响，甚至会降低本身工作效率，在发展应用过程中需要及时对应用系统进行监测。

1.2 明确介质类型在磨损的过程中，基于水轮机的磨损问题，在具体应用过程中要按照固定的应用程序观察机械的应用效果，基于其复杂性，要明确介质的关联因素。

水是重要的介质，必须按照固定的磨损程序和形式对其分析，便于后续的处理工作[1]。

2 水轮机磨损规律试验分析基于其应用系统的设计效果，在应用阶段必须根据其整体效果对实验形式进行合理有效的分析，进而明确发展规律。

第３６卷第６期红水河Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．６２０１７年１２月ＨｏｎｇＳｈｕｉＲｉｖｅｒＤｅｃ．２０１７转桨式水轮机转轮叶片大面积空蚀处理刘文中（广西西津水电厂，广西㊀横县㊀５３０３２５）摘㊀要：西津电厂轴流转桨式水轮机经过长时间运行，转轮叶片产生大面积空蚀及脱落现象㊂笔者分析了转轮叶片大面积空蚀产生的原因，介绍大叶片大面积空蚀处理方法㊁叶片翼型的修复工艺控制方法㊂通过控制好焊接质量，防止在焊缝及热影响区产生裂纹，保证了焊接后将叶片修磨至原来的翼型，转轮修复取得较好结果，运行效果良好㊂关键词：轴流转桨式水轮机；转轮；叶片；空蚀中图分类号：ＴＫ７３０．８文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－４０８Ｘ（２０１７）０６－０１１０－０４０㊀引言转桨式水轮机叶片大面积空蚀处理的主要问题是如何避免在焊接过程中产生裂纹及恢复叶片的原有过流翼型㊂在以往的机组小修中进行叶片的空蚀处理面积较小，焊接时对防止产生裂纹的工艺措施落实得比较好，叶片修磨也容易恢复到原来的线型㊂但进行叶片大面积的空蚀处理，在西津电厂建厂以来还是第一次㊂如何控制好焊接质量，防止在焊缝及热影响区产生裂纹，如何保证焊接后将叶片修磨至原来的翼型，应引起我们的高度重视㊂水电站机组大修往往是在低温㊁潮湿的冬春季进行，受自然环境的影响较大㊂焊接过程中焊缝两侧的热响区的金属容易产生淬硬倾向和金相组织及性能产生变化而形成裂纹㊂为消除裂纹的产生，我们对焊接工艺采取了严格控制焊接热循环的措施，即采用低温焊接和低电流㊁短段镶边多层施焊工艺㊂对叶片修形我们采取分区处理，边处理㊁边打磨㊁边检查校正的方法㊂西津电厂４号机叶片大面积空蚀处理效果，证明我们的方法和工艺是成功的㊂１㊀西津电厂４号机基本参数西津电厂４号水轮机基本参数见表１㊂表１㊀水轮机主要技术参数表㊀水轮机型号ＺＺＡ３０－ＬＨ－８００㊀制造厂十二局水工机械厂（富春江）表１（续）㊀额定水头Ｈｒ１４．３ｍ㊀转轮直径Ｄ１８ｍ㊀转轮体比值（ｄ１／Ｄ１）０．４㊀设计流量４９５ｍ３／ｓ㊀额定转速ｎ６２．５ｒ／ｍｉｎ㊀飞逸转速１５０ｒ／ｍｉｎ㊀水轮机额定出力６２．３ＭＷ㊀额定效率８５．６％㊀转轮安装高程（珠基）３９．５ｍ㊀设计吸出高度Ｈｓ－３ｍ㊀转轮叶片数４㊀轮叶转角－１０ʎ ２４ʎ２㊀转轮叶片空蚀情况检查及原因分析２．１㊀空蚀情况统计在近几年４号机组的小修过程中，均对转轮叶片的空蚀情况进行了检查和处理㊂在２０１６年春季Ａ级检修中，对水轮机进行分解大修，对转轮叶片的空蚀情况进行检查，发现４个叶片背面产生大面积的严重空蚀㊂空蚀最严重的是２号叶片和４号叶片，已产生掉块现象，最深处达２０ｍｍ，单个叶片的空蚀面积达５．９６ｍ２㊂如不及时处理，叶片将会出现穿孔㊁大面积脱落，严重影响到机组的安全㊁稳定运行，甚至造成水轮机损坏事故㊂１）２０１３ ２０１６年度叶片空蚀情况统计如表２㊂㊀㊀收稿日期：２０１７－０７－２５㊀㊀作者简介：刘文中（１９６９），男，广西贵港人，工程师，主要从事水电站水轮发电机组检修与维护工作，Ｅ－ｍａｉｌ：６７０６７２２９５＠ｑｑ．ｃｏｍ㊂０１１刘文中：转桨式水轮机转轮叶片大面积空蚀处理㊀表２㊀叶片空蚀情况统计表年份１号叶片２号叶片３号叶片４号叶片空蚀总面积／ｍ２最大空蚀深度／ｍｍ２０１３０．４１０．２９５０．２２０．２８５１．２０１３２０１４０．４３２０．３０４０．４１６０．４２２１．５７４１５２０１５０．４２５０．４９５０．２８０．３０１．５０１６２０１６１．６６８５１．５５４８０．９５４４１．７８３５．９６０７２０㊀㊀２）在２０１６年机组大修中，发现４号机转轮叶片空蚀情况严重恶化㊂①４个叶片的空蚀情况见图１㊂②３号叶片边缘掏空严重，见图２㊂③２号叶片空蚀最大深度达２０ｍｍ，见图３㊂图１㊀叶片空蚀情况图图２㊀３号叶片边缘状况图图３㊀２号叶片空蚀程度图㊀㊀从以上统计数据及照片看出，４号机转轮叶片空蚀趋势不断恶化㊂在２０１６年Ａ修检查发现，空蚀程度急剧加重，单个叶片达１．７８３ｍ２，最大深度达２０ｍｍ，叶片内部已形成许多蜂窝状，且锈蚀严重㊂而且在叶片的边缘部位出现了严重的掏空现象，深度达３０ｍｍ㊂２．２㊀空蚀原因分析西津电厂４号机自１９７９年投产发电至今已有３７年的历史，由于受当时设计水平和制造工艺的限制，水轮机的效率偏低，叶片和转轮体的材质均为铸钢ＺＧ２０ＳｉＭｎ，抗空蚀性能较差㊂后来在叶片表面铆焊了不锈钢板，并将叶片的翼型进行了改造，但空蚀问题依然十分严重，在叶片背面形成了密密麻麻的空蚀孔洞，不锈钢层与母材之间形成了面积不等的空腔㊂西津电厂４号水轮机最近一次大修是在２０００ ２００１年度，距今已有１５年时间，期间虽有每年的机组小修，但由于转轮未能吊出，只能在转轮室内进行补焊打磨，其表面仍坑坑洼洼㊁凹凸不平，叶片的空蚀问题未能得到彻底的处理，修磨后的过流表面形状达不到原来翼型的要求㊂２０１５年８月，４号机由于转轮叶片操作油管故障未能修复，水轮机采取了定桨运行方式，转轮叶片失去了协联方式，运行工况恶化，进一步加剧了叶片的空蚀程度㊂３㊀叶片空蚀大面积补焊处理在以往机组小修中的空蚀处理，由于受条件的限制，都是在低温㊁潮湿的环境下进行，温度在１０ħ以下，湿度都在９５％以上㊂焊接所采用的工艺是局部加温预热（用火焰加热）并连续焊接，然后对补焊位置进行打磨处理㊂在第二年机组检修时对叶片空蚀情况进行检查，发现空蚀部位往往发生在原有的补焊位置，有不断发展扩大的趋势，形成蜂窝状，并伴随有裂纹和脱落现象㊂经对焊接工艺进行分析，我们认为由于连续施焊，焊接部位温度比较高，热影响区很大，加上叶片本身重量大㊁厚度大，传热较快㊂焊接完后无法进行保温，相当于使具有较高温度的热影响区的金属叶片在低温㊁潮湿的环境下进行了一次 热处理 使这部分金属的金相组织和性能发生变化㊂在热影响区形成部分淬硬组织，使这部分金属的机械性能降低，特别是塑性和冲击性能降低较明显㊂以往机组小修空蚀处理都在狭窄机坑内进行，由于受作业环境的影响，空蚀部位未能处理干净，焊接时容易产生夹渣和咬边现象㊂由于受到现场条件的限制对补焊位置进行打磨，光洁度和流线形状１１１㊀红水河２０１７年第６期也没有达到原来的要求㊂叶片补焊的部位在机组运行过程中由于受到较大作用力（包括水流冲击力㊁振动及空蚀所产生的冲击力）而受到破坏㊂从前几年机组小修的检查情况来看，空蚀部位往往发生在原有的补焊位置，有不断发展扩大的趋势，并伴随有裂纹和脱落现象㊂此次４号机叶片空蚀处理具有面积大㊁深度大的特点，同时是在冬春季施工，周围环境温度低㊁空气潮湿㊂在进行大面积焊接过程中，产生残余应力和变形是不可避免的，但是我们可以通过选择比较合理的焊接工艺来减少它们的存在，并采取一定的措施给予消除，如果焊接工艺不合理，残余应力和变形就会大一些㊂在补焊处理对应注意以下两点：１）由于此次４号机叶片补焊面积特别大，应避免产生较高的温度，减少热影响区，要严格控制好焊接的发热量，采用低温焊接和低电流㊁短段㊁镶边多层施焊工艺，以避免热影响区金属金相组织的转变和金属机械性能的改变㊂２）尽量减少焊缝及两侧热影响区的残余应力㊂采取多层焊缝交替焊接的方法，减少和消除变形㊂３．１㊀制定补焊修复流程补焊修复流程：检查测量➝碳弧气刨➝打磨渗碳层➝空蚀体积测量➝打磨修形㊂３．２㊀叶片补焊工艺及控制措施１）对焊工资格的要求㊂由于叶片大面积补焊工艺较复杂，对焊接电流的选择㊁焊接速度的掌握要求较高㊂为保证补焊质量，应选择具有经验的电焊工㊂２）堆焊方法㊂在补焊位置开好坡口，并用砂轮机把坡口的氧化层磨去，使其全部露出金属光泽，表面光滑无明显凹坑及局部渗碳现象㊂焊接前清除工件表面的铁锈㊁油污㊁水分㊁夹砂的熔渣等影响焊接质量的杂质㊂３）使用结５０７焊条进行打底，使用前放在烤箱内进行烘干处理，加温至２５０ħ ３００ħ，保温１ｈ，然后降温至１００ħ保温２ｈ，焊条随焊随取㊂用直流电机进行焊接，电流为１８０ ２００Ａ㊂分层：对于空蚀深度超过１０ｍｍ的可用与母材近似的材质进行补焊，西津电厂叶片空蚀部位采用结５０７焊条进行分层堆焊，每层焊完后，必须用风铲沿焊缝来回敲击２ ３遍，至焊波模糊为止，以消除焊缝的应力㊂所用的风铲头部应是圆扁形，敲击时铲头应垂直焊缝㊂叶片表面层采用不锈钢焊条进行敷焊，其厚度不少于５ｍｍ㊂焊完最后一层时不必敲打，并覆盖石棉布，使其缓慢冷却㊂分区：结合西津电厂４号机叶片空蚀补焊面积大的特点，为避免产生过大的焊接应力和变形，空蚀补焊采用分区进行处理㊂不能集中在同一部位连续施焊，为避免叶片受热不均匀，采用叶片分区㊁多层交错跳焊的方法㊂分区的尺寸控制在０．１ｍ２以内，本次西津电厂４号机叶片补焊采用３００ｍｍˑ５００ｍｍ分区处理补焊㊂焊接时采用２人在叶片的对边进行同时施焊的方法，中间设置挡板进行隔离，防止弧光互相干扰，影响焊接质量㊂４）焊接温度控制㊂采用分段（每段１５０ｍｍ左右）镶边多层施焊工艺，每焊一层后，要待焊缝及两侧金属基本冷却后（用手背触摸没有明显的烫手感觉）再进行下一道的焊接㊂尽可能减少热循环，焊接过程中，引弧和熄弧的位置要互相错开，不得重叠在一起，补焊时环境温度应在２０ħ以上㊂西津电厂４号机叶片空蚀面积大，补焊工作量大，采取搭设防风保温棚的形式保证焊接环境温度㊂５）在每一层焊接之前，必须对焊缝进行清扫，并用着色法无损探伤检查焊缝是否存在裂纹等缺陷㊂合格后用风砂轮机进行打磨处理㊂６）焊接前做好测量变形的记号，每焊一层都要进行变形情况测量㊂并采用在叶片对称位置进行交替焊接的方法来控制和消除叶片的变形㊂４㊀叶片的打磨抛光处理此次西津电厂４号叶片空蚀处理具有面积大㊁深度大的特点㊂单个叶片的空蚀面积达５．９６ｍ２，最深处达２０ｍｍ，已产生掉块现象㊂为了保证补焊㊁打磨质量和保证修复后叶片的流线形状，在空蚀处理前，对空蚀情况进行全面仔细的检查测量㊂４．１㊀检查测量对叶片背面㊁边缘㊁端部连接孔位置进行全面检查，按照空蚀部位，测量空蚀面积和深度，并作好记录，为准备焊接材料提供依据㊂由于转轮叶片空蚀面积大，为保证补焊后按原有翼型修复，在对空蚀位置进行处理前利用模板记录下原来的型线㊂为使修复后的叶片更接近原有的翼型，本次叶片大面积修复采取分两步进行处理的方法，将空蚀面积较大的部位分成２００ｍｍˑ５００ｍｍ的小方块，间隔错开并标上１㊁２序号，作为第一㊁第二批处理的顺序㊂２１１刘文中：转桨式水轮机转轮叶片大面积空蚀处理㊀４．２㊀打磨处理对补焊区域的打磨分两次进行，即粗磨㊁精磨（抛光）㊂粗磨用风动砂轮打磨突出叶片的部分，在粗磨过程中，对焊接过程产生的气孔或缺肉部位进行再次补焊处理㊂待处理至接近与原有高度相差１ｍｍ左右时，利用原来制作的叶片检查样本进行检验，边检查边打磨㊂要求修磨后形状与原有叶片的形状平滑过渡，不得有凸棱㊁凹槽，叶片型线允许偏差为ʃ１．０ｍｍ㊂４．３㊀打磨质量要求１）为保证修补打磨后的叶片形状与原来一致，对每块空蚀位置修补完成后进行打磨，测量型线符合要求，然后再处理相邻的一块，再以修复的部位作为参照，进行打磨㊂２）补焊层磨光后不得有深度超过０．５ｍｍ㊁长度大于５０ｍｍ的沟槽及夹纹㊂补焊区和基材不得有深度超过０．５ｍｍ㊁长度大于５０ｍｍ的咬边㊂３）叶片补焊打磨后的部位与原来的型线平滑过渡㊂对叶片补焊后的部位应保留的打磨层厚度应不少于３ ５ｍｍ，表面无明显的凹凸现象，在打磨过程中发现堆焊部位存在的缺陷，应及时补焊再打磨㊂５㊀叶片空蚀修补效果西津电厂４号机转轮叶片大面积空蚀处理修复后，机组开机运行情况良好，经三个月的额定负荷运行，机组运行情况稳定，各部位参数如表５所示㊂表５㊀４号机组摆度㊁振动㊁噪音检测情况表㊀０．０１ｍｍ㊀月份下导摆度ＸＹ水导摆度ＸＹ上机架振动Ｘ水平Ｘ垂直下机架振动Ｘ水平Ｙ垂直定子振动Ｘ水平顶盖振动Ｘ水平Ｘ垂直噪音水车室下风洞尾水管６１８１７１２１４２３４５８１２１２９８．７１００．２９４㊀㊀４号机带额定负荷（６０ＭＷ）时，各部轴承运行最高温度为：水导轴承５０ħ㊁推力轴承５５ħ㊁下导轴承５８ħ㊂６㊀结语西津电厂转轮叶片如此大面积㊁大深度的空蚀修补，是电厂自建厂以来第一次进行㊂通过对空蚀部分的刨削处理，对焊接工艺进行分析和过程的质量控制，按照叶片型线进行细致打磨抛光，对每个叶片边缘形状进行测量修磨，保证修复后叶片的间隙均匀符合要求，４号机叶片空蚀修复取得较好结果，运行效果良好㊂参考文献：［１］㊀黄源芳，刘光宁，樊世英．原型水轮机运行研究［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１０．［２］㊀于波，肖惠民．水轮机原理与运行［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００８．ＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＬａｒｇｅ－ＡｒｅａＣａｖｉｔａｔｉｏｎＥｒｏｓｉｏｎｏｎＲｕｎｎｅｒＢｌａｄｅｏｆＫａｐｌａｎＴｕｒｂｉｎｅＬＩＵＷｅｎｚｈｏｎｇＧｕａｎｇｘｉＸｉｊｉｎＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＰｌａｎｔ Ｈｅｎｇｘｉａｎ Ｇｕａｎｇｘｉ ５３０３２５Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｒｅｉｓｌａｒｇｅ－ａｒｅａｃａｖｉｔａｔｉｏｎｅｒｏｓｉｏｎａｎｄｐｅｅｌｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎａｏｎｒｕｎｎｅｒｂｌａｄｅｓｏｆＫａｐｌａｎｔｕｒｂｉｎｅｉｎＸｉｊｉｎＰｏｗｅｒＰｌａｎｔａｆｔｅｒａｌｏｎｇｐｅｒｉｏｄｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｌａｒｇｅ－ａｒｅａｃａｖｉｔａｔｉｏｎｅｒｏｓｉｏｎｏｎｒｕｎｎｅｒｂｌａｄｅｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｇａｉｎｓｔｔｈｅｌａｒｇｅ－ａｒｅａｃａｖｉｔａｔｉｏｎｅｒｏｓｉｏｎａｎｄｒｅｐａｉｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｂｏｕｔｔｈｅｂｌａｄｅｐｒｏｆｉｌｅ．Ｔｈｅｂｌａｄｅｐｒｏｆｉｌｅｉｓｒｅｐａｉｒｅｄｔｏｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｗｅｌｄｉｎｇｑｕａｌｉｔｙａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｃｒａｃｋｓａｔｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｓｅａｍａｎｄｈｅａｔ－ａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅ ｗｈｉｃｈａｃｈｉｅｖｅｓｇｏｏｄｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｏｐｅｒａｔｅｓｕｎｄｅｒｇｏｏｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｋａｐｌａｎｔｕｒｂｉｎｅ ｒｕｎｎｅｒ ｂｌａｄｅ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎｅｒｏｓｉｏｎ３１１。

探究轴流转桨式水轮机转轮室整形修复【摘要】随着中、低水头水电站被大规模地建设，轴流转桨式水轮机的应用越来越广泛。

在日常的使用中，水轮机转轮室难免会出现一些问题或受损，因此有必要对其进行整形修复。

下文主要围绕轴流转桨式水轮机转轮室的整形修复进行探究，以供参考。

【关键词】轴流转桨式；水轮机转轮室；修复前言随着中国水利水电建设行业的发展，水轮机设计与制造水平有了前所未有的提高，与此同时，在过去制造的部分水轮发电机组也进入了改造与修复的时期，下文笔者以某水电厂的4号、5号水轮机转轮的检修改造为例，对轴流式水轮机转轮的检修改进行分析探讨。

1 转轮室概述转轮室作为贯流式水轮发电机组中的重要结构件，一般情况下，它是由两种材质（不锈钢与碳钢）的钢板分成两瓣进行组装与焊接构成的，它的内壁是过流面，这是一个复杂曲面，主要由锥面、弧面、球面以及柱面组成，必须经数控立车进行加工才能成型；通常是分瓣的结构，每一瓣为180°，利用法兰面相对用螺栓把合在一起构成一个整体。

2 转轮结构该水电厂的4号与5号机转轮结构相同，转轮主要包括叶片、泄水锥、操作机构、桨叶操作接力器与转轮体等部分，其中共有5片叶片。

转轮叶片主要由桨叶接力器和操作机构控制，桨叶接力器布置处于转轮体的上部，是带有操作架的活塞运动式结构，操作架一活塞杆利用M450的特殊大螺母进行固定，虽然原制造商已提供特殊的螺母拆装专用工具，但没有使用过，应先检查工具密封的老化程度，如果有必要，应进行维护，这个工具非常笨重，在使用的时候需要的人机协调度非常高，因此操作难度较大。

3 转轮检修改造检修下面将对水轮机转轮检修改造的制造、设计、安装以及试验等方面做简要的介绍。

3.1 转轮内轴套更换经过长达30多年的运行，转轮各轴套和止推轴承早已出现严重的磨损，桨叶的操作机构与桨叶与设计的位置偏离，导致相邻的部件被其挤压出现变形，严重的地方甚至遭到损坏。

将要被更换的轴套原的材质并不清楚，经过相关的设计研讨与计算，决定选取离心浇铸的高强度铜合金材料，保证轴套能够达到强度要求。

水轮机主轴磨损现场修复技术【精品】贯流式水轮机主轴磨损传统修复工艺对于水轮机主轴密封磨损问题主要采用以下修复措施：（1）更换部件目前水轮机主轴密封通常是采用填料密封方式，由于密封形式因素致使轴套经常磨损，一旦磨损较严重时都会采用更换轴套以解决密封渗漏严重问题。

（2）金属补焊金属补焊是最常用的修复方法，因存在热应力的影响，又因难以保证其修复后的同心以及表面的光洁度，一般企业不采用。

（3）索雷工业碳纳米聚合物材料修复技术索雷工业碳纳米聚合物材料修复技术是利用碳纳米聚合物材料特有的机械性能和耐磨性能，针对性的修复轴封磨损问题的一种修复工艺。

其优点是粘结力好，良好的抗压性能、抗磨损性能及具备优异的抗腐蚀性能等综合性能实现在线修复，修复效率高，不需要对设备大量拆卸。

索雷工业碳纳米修复技术在保证使用效果的前提下，不仅可以实现现场修复，而且可以实现短时间内解决设备问题，修复效率高，为企业大大减少停机时间，综合修复成本低，给企业设备维修维护方面提供有力的解决方案，大大降低企业的生产成本。

索雷工业碳纳米聚合物材料修复贯流式水轮机主轴磨损案例灯泡式贯流机组，其发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中，发电机主轴与水轮机转轮水平连接。

水流轴向通过流道，对称流过转轮叶片，然后流出直锥形尾水管。

机组的轴系支承结构、导轴承、推力轴承都布置在灯泡体内。

运行中机组主轴密封漏水严重，拆开后发现GFO盘根与机组主轴填料轴套磨损1.5mm左右。

由于设备构造形式及环境的制约，拆卸维修维护不便。

索雷工业针对轴封部位磨损的泄漏问题，经过分析给出了有效的治理方案，双方就此展开了积极合作。

相关数据如下：工作环境：泡体内，维修部件：大轴填料密闭室，转速：125r/min ，轴颈：约900mm，磨损尺寸： 15mm*2-3mm(宽*深)沟槽。

贯流式水轮机组的特点1、从进水到出水方向轴向贯通形状简单，过流通道的水力损失减小，施工方便，另外它效率较高，其尾水管恢复功能可占总水头的40%以上；2、贯流式机组有较高的过滤能力和比转速，所以在水头与功率相同的条件下，贯流式的要比转桨式的直径小10%左右；3、贯流式水轮机适合作了逆式水泵水轮机运行，由于进出水流道没有急转弯，使水泵工况和水轮机工况均能获得较好的水力性能。

快速、有效解决水轮发电机轴磨损问题关键词：水轮发电机轴磨损，轴磨损修复，快速修复水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。

水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出，是水电站生产电能的主要动力设备。

由于金属正常疲劳磨损、配合关系问题、安装问题、运行保养不当等原因，轴磨损是水轮发电机很常见的一个问题。

某企业两台2500KW卧式水轮发电机轴出现磨损问题，更换新部件是比较简单的方式，其成本是30万，需要的时间为10天。

返厂修复的成本为10万，需要的时间为一个月。

这两种解决方法不管是从修复成本还是修复周期来看，都不是很合适。

在这种情况下，建议采用索雷碳纳米聚合物材料修复水轮发电机轴磨损问题，该技术不仅可以现场、快速、低成本解决轴磨损问题，同时材料所赋予的各项性能和采取的相关修复工艺对传统维修方式起到了积极的改善作用。

该技术可实现在线快速修复，减少或避免了拆卸，大幅缩短企业停机停产时间，降低因突发性或重大设备问题造成的损失。

该技术简单易操作，企业维修人员在工程师指导下可自行修复，提高维修人员的操作技能，弥补了企业外协的经济损失，使企业人力资源得到更好的发挥。

我们还强化预测性维修，借助互联网和传感技术协助用户实施全天候在线监测、智能预警和诊断分析，及时发现并消除装备故障隐患，以防范风险、降低装备运营成本。

水轮发电机轴磨损修复现场情况如下：1.到达现场后查看轴磨损情况，核实尺寸；2.表面处理：用氧气乙炔对轴磨损部位进行表面烤油处理，然后用磨光机对其进行打磨处理，去除氧化层；3.工装内表面涂覆SD7000脱模剂，晾干备用；4.按比例调和索雷碳纳米聚合物材料至均匀无色差，然后将调和好的材料涂覆在修复表面，随后安装工装，等待材料固化；5.材料固化后，拆卸工装并测量修复后尺寸；6.尺寸测量无误后，回装设备，即可完成修复。

中小型轴流式水轮机易磨蚀部件的修复与抗磨蚀措施
廖伟丽;梁武科;罗兴琦;张乐福
【期刊名称】《水力发电》
【年(卷),期】1998(000)004
【摘要】轴流式水轮机在含沙水流中运行时,常遭到泥沙磨损和磨蚀破坏.通过对新庄、枣渠、绥德、且末4个水电站的磨蚀破坏部件的修复、转轮叶片测型与修型、叶片头部割圆角、叶片外缘加裙边、头部加导流板等抗磨蚀措施的综合治理,取得
较好效果,使机组出力增加、抗磨蚀能力提高.
【总页数】3页(P52-54)
【作者】廖伟丽;梁武科;罗兴琦;张乐福
【作者单位】西安理工大学水力机械及自动化研究所,西安,710048;西安理工大学
水力机械及自动化研究所,西安,710048;西安理工大学水力机械及自动化研究所,西安,710048;哈尔滨大电机研究所,哈尔滨,150040
【正文语种】中文
【中图分类】TV7
【相关文献】
1.大峡水电站水轮机抗磨蚀技术措施及磨蚀修复 [J], 王旺宁
2.万家寨水电站水轮机过流部件抗磨蚀措施的使用效果 [J], 方源;冯栓江
3.水轮机过流部件用材料的抗磨蚀技术措施 [J], 高家诚;孙玉林
4.表面工程对水轮机过水部件抗磨蚀机理及抗磨蚀合金材料的应用和施工？… [J],
杨学唐;杨志洲
5.龚嘴水电站水轮机过流部件抗磨蚀改造综述 [J], 李东
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水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及解决措施摘要：随着经济的发展和资源的开发，近些年来，我国的水利事业发展迅速，给人们的生产生活带来了诸多便利，但是仍存在着一些问题，比如水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及解决措施，本文就对此进行了研究，希望能对我国相关行业提供些许帮助。

关键词：水轮机；转轮叶片裂纹；产生原因；解决措施1水轮机转轮叶片裂纹产生原因1.1受力分析混流式水轮机与转桨式水轮机不同，其叶片是由上冠和下环固定，无法根据水流和工作情况的变化进行调节，需要在设计好的工作程序中运行，如不设计工作情况则容易破坏无撞击进口和反向出口的最佳条件，水流方向和流量改变，容易在叶片出水处和末尾水管内部产生移动旋涡，旋涡轮流出现产生的交变力，交变力对于叶片冲击产生的频率时会产生共振效应，长时间的强烈震动最终导致叶片裂纹。

1.2超负荷工作水电站工作强度过大，为了提升工作效率使得水轮机超出正常工作效率范围，转轮承受应力时间久了就会超出本身所能承受的荷载，这对叶片是一种损伤，也存在着安全隐患。

水轮机在设计时对其应用环境实地了解较少，不同地域水流情况并不相同，叶片在承受水的应力时会发生变化，叶片最大受力点在出水处和下环之间的连接部分，连接部分的受力比较薄弱，长期的压力冲击会导致叶片开裂。

在使用过程中水轮机难免会遇到操作不符合流程的问题，有时会导致受损，现代焊接技术质量难以承受长期水流冲击，在发生轻微变形时会产生气缝。

水轮机生产制作过程中的一些不精密操作也是导致叶片在工作中面对高强度工作而产生裂缝的原因之一，零部件衔接不够精确，在使用时受水流冲击作用会产生晃动，长久使用整体运行状态不稳固导致产生裂纹。

2预防水轮机叶片裂纹生成的措施2.1确保正确选型水轮机型选择要根据水电站的实际情况，将可能导致叶片开裂的原因进行分析比对，对吸出高度、额定出力、额定转速等参数综合计算，最终选择适合机型，正确选择将增加其使用寿命和稳定运营时间。

前文所提，在水力的作用下叶片振动频率有可能和涡列频率产生共振，在使用过程中造成叶片超出负荷的情况。

34MW轴流转桨式水轮机桨叶磨蚀现象分析及修复实践摘要：通过对某水电站34W轴流转桨式水轮机投运一年后出现的磨蚀现象进行分析研究，明确判断出原因为大粒径异物撞击所致。

通过对比两种修复方法，选择和确定了适合机型的修复措施。

通过修复作业，证明该方案简单有效，经济可行。

关键词：水轮机桨叶大粒径异物撞击磨蚀修复1、概述某水电站为河床式，装机4台（3×34MW+3MW），2014年投产，34MW轴流转桨式水轮机由东风电气集团东风电机厂有限公司生产，型号：ZZD471-LH-550，额定水头17m，额定流量225.40 m3/s，额定转速107.1r/min；发电机为立轴悬式，型号为SF34-56/8200。

1#机组于2014年12月15日开展1＃机组流道检查工作，在对机组水轮机过流部件进行检查的过程中，发现1#水轮发电机组桨叶进水边出现较为明显的磨蚀破坏现象：2、现象特征该水电站1#机组水轮机为轴流转桨式机型，采用5片桨叶布置，桨叶转动角度为31°，叶片外缘旋转轮廓直径为Φ5550mm，其中进水边长度约2.2m。

机组流道检查过程中，我们发现1#机组的5片桨叶均出现了较明显的磨蚀破坏现象，其特征为：1、磨蚀现象的发生部位均为桨叶进水边靠叶片外缘20-30mm处至900-1000mm区域内，详见图1。

2、桨叶迎水面，背水面，出水边及叶片外缘裙边和转轮室均未发现有任何磨蚀或气蚀痕迹，详见图2。

3、桨叶磨蚀区域磨蚀程度呈不规则正态分布，最严重位置均为进水边靠叶片外缘400-600mm区域，桨叶进水边形线破坏程度由此区域向进水边靠大轴侧和叶片外缘裙边侧逐渐减轻，直至消失。

4、桨叶进水边原有形线和倒角被破坏，磨蚀破坏位置呈多为犬齿状，少数部位并有钝器打击痕迹，磨蚀部位与叶片迎水边和背水边的过渡不自然，呈明显锋利锐角状，少数部位可看到有磨蚀部位金属材料上卷下翻超过叶片迎水面和背水面形线情况出现，详见图3。

浅析水轮机主轴磨损原因及现场解决措施发表时间：2018-05-30T09:05:01.860Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：周绍文祝庭达[导读] 摘要：接触式水轮机采用径向密封，在长期运行中，易受到水流中的细小泥沙颗粒摩擦等原因造成磨损，影响了发电的稳定性，经生产实践证明采用磨损轴颈衬套焊接技术处理具有较好的修复效果。

（罗平锌电股份有限公司云南罗平 655800）摘要：接触式水轮机采用径向密封，在长期运行中，易受到水流中的细小泥沙颗粒摩擦等原因造成磨损，影响了发电的稳定性，经生产实践证明采用磨损轴颈衬套焊接技术处理具有较好的修复效果。

关键词：水轮机，磨损衬套焊接1.基本情况某厂水轮发电机组装机容量3×12.5MW，最大工作水头76m，额定转速1288 r/min，水轮机的主轴密封形式为金属间隙密封，表面浇铸一层厚度为10mm的巴氏合金，漏水通过主轴旋转由主轴密封座排水槽通过管路排出，设计保证总间隙为0.5mm-0.7mm，投入运行后，漏水量较大，严重影响水轮机水导轴承的运行。

后来采用高强度耐磨橡胶填料密封，填料超出密封槽0.50mm，虽然密封效果很好，漏水量达到要求，但经过多年的运行，发现水轮发电机组主轴密封轴领处（材料#45钢）有不同程度磨损。

由于每年逐步加厚填料，磨损深度不断增加，最深度达3-4.5mm，漏水量也在不断的增大，严重影响的发电稳定运行。

磨损情况详见图1。

图1 水轮机主轴磨损情况2.水轮机主轴磨损原因由于主轴是承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力，同时传递转轮产生的扭矩。

主轴密封是转动主轴与固定装置之间的封水装置，是水轮机在运转过程中，有效阻挡尾水管中的水从主轴与端盖之间的间隙外溢，防止水轮机轴承进水，维持轴承与机组的正常运行，是主轴水轮机的关键部件之一。

本厂水轮机主轴采用接触式径向密封，在长期的运行中，水流中的细小泥沙颗粒摩擦通过，加上高强度耐磨橡胶填料不断摩擦主轴，给水轮机主轴造成了较大的磨损。

水轮机叶片裂纹原因分析及现场修复措施发表时间：2018-10-25T17:15:15.383Z 来源：《防护工程》2018年第19期作者：杭天培王乾坤[导读] 近年来，华能雨汪电厂在长底水电站水轮机大修中发现水轮机转轮的叶片频繁发生裂纹，严重威胁水电站的安全经济运行云南滇东雨汪能源有限公司华能雨汪电厂云南省曲靖市 655507摘要：近年来，华能雨汪电厂在长底水电站水轮机大修中发现水轮机转轮的叶片频繁发生裂纹，严重威胁水电站的安全经济运行，本文对长底水电站水轮机转轮叶片裂纹产生的原因进行分析及并对其进行现场处理，消除事故隐患，保证了机组安全稳定运行。

关键词：裂纹转轮叶片水轮机坡口一、引言华能雨汪电厂长底水电站长底水电站装机规模4×4.5MW,水轮机型号为ZDJP502～LH～250(0°),设计参数：水头15m，额定转速214.3r/min，飞逸转速 472r/min，额定出力 4737kW，额定流量 34.61m3/s，2010年1月份投产，在历次大修中发现每台水轮机转轮叶片根部均存在裂纹现象，1号机组有3只叶片根部发现裂纹，2号机组、3号机组、4号机组有1只叶片根部焊缝发现裂纹。

二、裂纹产生原因分析通过对比每台机组叶片根部焊缝裂纹，裂纹分布在距叶片上冠约220mm处，长200～400mm，该位置正处于转轮叶片应力集中区。

一般转轮叶片存在四个高应力区，它们的位置在叶片进水边正面(压力分布面)靠近上冠处；叶片出水边正面的中部；叶片出水边背面靠近上冠处；叶片与下环连接区内。

对裂纹打磨发现，焊缝内部存在条状缺陷，有的约3mm左右气孔、夹渣缺陷，在外部应力的作用下可能会成为裂纹源，造成裂纹的产生。

转轮结构图（图1）裂纹示意图（图2）三、修复方案1、焊材的确定转轮材质为ZG230-450，叶片材质为0Cr13Ni4Mo，转轮直径800mm，长1200mm，叶片根部厚度75mm，转轮为铸钢材料，焊缝为异种钢焊接，根据一般异种焊接匹配原则，选择焊材为A102，A102是钛钙型药皮的Cr19Ni10不锈钢焊条。

水电站水轮机磨蚀原因及防护措施【關键词】水轮机过流部件；磨蚀；防护方法水轮机磨蚀是指水轮机在汽蚀破坏与泥沙磨损的联合作用下的破坏现象，这个问题长期困扰着运行在多泥沙河流上的水电站。

多年来，许多水利水电工程技术人员和科研工作人员做了大量的研究工作，从磨蚀原因的研究到对磨蚀的防护以及治理措施技术等方面都取得一定的成果，对我国水轮机应用与防护做出了很大的贡献，但是目前仍然有许多问题难以解决。

本文在这里对水轮机的磨蚀以及防护措施加以研究。

1、磨蚀发生机理的研究1．1 气蚀及其机理汽蚀是指水轮机的过流通道中水压过低使水汽化产生汽泡和水压高时汽泡的凝结破灭过程所引起的一系列物理化学现象对机器表面的破坏。

这种破坏是一种高压细射流冲击、金属氧化和电解，对机器表面的损坏较为严重。

我们经常见到的机器表面针孔形状、麻面和海绵状等都是由于汽蚀所造成的。

汽蚀在机器材料表面的破坏无明显的方向性，我们不能小看这种破坏，在破坏严重的时候会使水轮机的叶片很快失效。

1．2 泥沙磨损泥沙磨损是指水流中含有的泥沙对水轮机过流部件造成的磨损破坏。

高速含沙水流经过部件表面时，会造成摩擦和切削作用，含沙水流冲击部件表面的瞬间，可产生高温高压使金属表面氧化，急剧的温度变化会引起金属保护膜的破坏而导致局部冲蚀。

在泥沙的反复冲击下，产生交变应力加速保护膜的破坏。

在冲蚀过程中不同材料的冲蚀规律随冲蚀角的变化而异。

当冲蚀角较低时，材料的冲蚀率有一峰值，这是因为韧性材料的微切削是冲蚀的主要机理，抗冲蚀性能的关键因素是水轮机叶片的弹性模量；此外流速、沙粒直径和介质流态等也是重要的影响因素。

其中激烈的偏流会引起局部流速增大，造成材料的局部损坏增加，偏流还会引起侧向加速度，增加了沙粒和材料表面的接触应力，使材料的冲蚀磨损加剧。

1．3 磨蚀磨蚀是指在气蚀与泥沙磨损的联合作用下对水轮机部件的破坏作用。

汽蚀破坏是针对清水而言的，而泥沙磨损则是针对水中泥沙的破坏而言。

水轮机组主轴磨损应该这样修复
灯泡贯流式水轮机组的水轮机部分由转轮室、导叶机构、转轮、尾水管组成。

水电站转轮和桨叶为不锈钢材料，转轮室主要材料为Q235，其韧性和防汽蚀性能不佳。

长期处于超高设计水头运行，尾水出现大量的汽泡，运行过程中水流在水轮机中流动通过压力低于汽化压力区，从桨叶间隙过水部份水汽化沸腾产生汽泡，产生局部冲击压力，产生对金属周期性的撞击并产生水击压力，使金属表面受到反复的冲击载荷，造成材料的破坏，导致金属晶体汽蚀脱落，汽蚀反复发生在同桨叶进、出水边的转轮室上，故在长时间超高水头运行下，逐渐发生汽蚀，并不断加深。

索雷碳纳米聚合物材料现场修复水轮机组
1.根据转轮室相应的部位加工一弧形转轮室样板，以方便转轮室修复时测量；
2.进行表面除油处理，先用碳弧气刨把汽蚀层刨掉，清除松散金属层；
3.然后用喷砂进行除锈，达到Sa3级别；
4.调和并涂抹碳纳米聚合物材料，用样板尺沿基准刮涂；
5.材料固化，保证材料完全固化；
6.检查修复面，并达到与基准尺寸一致。

水轮机运行中的故障分析及处理措施
水轮机是一种利用水能转换成机械能的装置，广泛应用于水电站等领域。

在水轮机运行中，可能会出现各种故障，导致设备停机或性能下降。

本文将对水轮机运行中常见的故障进行分析，并提出相应的处理措施。

一、叶片损坏故障
1. 故障现象：叶片出现裂纹、磨损或腐蚀现象。

2. 故障原因：叶片长期受水流冲击和轮毂的旋转力矩作用，容易疲劳破裂或磨损。

水中悬浮物质的冲击和腐蚀也会对叶片造成损伤。

3. 处理措施：定期检查叶片的状况，发现有裂纹或磨损的叶片及时更换。

可以使用涂覆或液压操作进行修复，提高叶片的耐磨性能。

二、轴承故障
1. 故障现象：轴承发出异常声音，温度升高。

2. 故障原因：轴承因长期负荷工作而磨损，或者进水、污染物侵入轴承导致故障。

3. 处理措施：定期检查轴承的润滑情况和工作状态，及时更换磨损的轴承。

加强轴承的冷却和密封措施，避免水和污染物进入轴承。

三、密封故障
1. 故障现象：轴封处出现漏水或漏油现象。

2. 故障原因：密封件老化、磨损或安装不当导致泄漏。

密封面的几何形状不平整或互相错位也会导致密封失效。

3. 处理措施：定期检查密封件的状况，发现问题及时更换或维修。

需要注意密封件的材质选择和几何形状的相互匹配，确保密封的有效性。

轴流式水轮机桨叶边缘汽蚀破坏的现场修复方法
黄志雄
【期刊名称】《广西电力》
【年(卷),期】2001(024)001
【摘要】轴流转桨式水轮机的间隙汽蚀破坏严重威胁着机组安全经济运行。

介绍了一种在不吊出转轮的情况下，对受损坏的桨叶边缘进行现场修复的方法。

【总页数】3页(P25-26，30)
【作者】黄志雄
【作者单位】西津水力发电厂,
【正文语种】中文
【中图分类】T730.323
【相关文献】
1.轴流式水轮机转轮室汽蚀处理 [J], 吴树林;解毅林;余天然;石明成;龚继平
2.混流式水轮机的汽蚀破坏与吸出高度 [J], 胡金荣
3.龙羊峡水电站水轮机尾水管里衬汽蚀破坏原因分析及处理 [J], 祁广福
4.水轮机尾水管里衬汽蚀破坏分析处理 [J], 柴双明;李郁侠;贺梅
5.轴流式水轮机转桨叶片操作系统的三维结构设计 [J], 宋文武;符杰;杨佐卫;喻华全
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