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摘 要： 摘 要：多泥沙河流運行機組，普遍存在水輪機及部件磨損的問題，通過分析造成設備磨損的影響因素，討論減少泥沙磨蝕的措施。 關鍵詞：泥沙、水輪機及部件磨蝕、措施 水輪機及部件磨損是多泥沙河流水電站機組運行中存在的主要設備缺陷，形成原因復雜，影響因素
摘 要：多泥沙河流運行機組，普遍存在水輪機及部件磨損的問題，通過分析造成設備磨損的影響因素，討論減少泥沙磨蝕的措施。
關鍵詞：泥沙、水輪機及部件磨蝕、措施
水輪機及部件磨損是多泥沙河流水電站機組運行中存在的主要設備缺陷，形成原因復雜，影響因素多。其中泥沙磨蝕、氣蝕影響和機械振動都是設備及部件磨損的重要因素。結合黨河三級電站運行實踐來重點討論泥沙磨蝕對水輪機運行的影響和減少泥沙磨蝕的措施。
1 電站概況
黨上三級水電站位于酒泉市肅北縣境內黨河上游干流上。電站采取渠首引水、引水暗渠接壓力前池工程布置形式。電站調節庫容小，渠首的清淤排沙采取定期啟閉閘門調節水位的方式進行清理。引水渠道前端設長度為150米的沉砂池，主要用于沉淀推移質泥沙，定期機械清理。
1.1河流泥沙情況
黨河多年平均徑流量約為3.5億m3。流域地表徑流為集中的降雨和冰雪融水水系，由于地表植被較差，河流泥沙量較大。經水文地質調查，黨河河道年平均輸沙量為65.3萬t，其中懸移質平均含沙率為1.93kg/m3;推移質泥沙為懸移質泥沙總量的10%，主要為卵石及砂礫。
1.2 電站設備情況
電站水輪機型號為HLA235-LJ-115，轉輪直徑115cm，機組額定水頭117米，額定轉速500r/min，空蝕系數0.05。電站為高水頭、小流量引水式電站，機組轉速高。由于河流泥沙量大、硬度高等原因，對水輪機過流部件如轉輪、導葉、抗磨板、密封環等磨蝕嚴重，設備部件安裝間隙變大，機組漏水量加大，耗水率增加，影響設備安全運行和經濟運行。電站每年冬季定期檢修主要工作就是修復或更換已磨損的水輪機過流部件。
2 水輪機及部件磨蝕及原因分析
2.1 磨蝕情況
因泥沙磨蝕的原因，混流式水輪機磨損部位主要是轉輪導葉和轉輪室部件，包括導葉立面和端面、葉片頭部背面、葉片外緣端面和出水邊緣及出口根部;抗磨板、密封環、下環內側等。磨損表現特點有導葉出現裂紋、進水邊有分布不均凹坑;止漏環單邊不規則，間隙變大;抗磨板出現明顯坑槽等。
2.2 磨蝕危害
(1)水輪機過流部件磨蝕后，會影響水輪機轉動部分運轉時不平衡，機組振動、擺度變大，機組不能正常穩定運行。磨蝕嚴重時造成導葉漏水量大，影響機組正常停機。
(2)水輪機過流部件水封面、間隙變大，機組漏水量加大，加大機組耗水率，降低水能轉化效率，影響水輪機工作效率，不利于設備的經濟運行。
(3)檢修工作量大，定期需對水輪機導葉、轉輪等過流部件進行修復和更換。黨上三級水電站裝輪和導葉一般在2至3年時間需要換新，修復過流部件的水力效率一般也較難達到設計工況。
2.3 磨蝕原因分析
本例中電站水輪機及部件磨損產生原因主要是泥沙磨蝕和空蝕共同作用形成的，其中泥沙磨蝕作用更大。泥沙磨蝕的作用一般來說，水流流道邊壁材料的磨損破壞程度與水流中泥沙運動速度的平方成正比。水流流場偏流會造成水流紊流和局部流速加大，本質是偏流產生側向加速度增大沙粒與過流面的接觸力，使磨損強度增大。當水流偏離設計工況時，在轉輪葉片進出口處會發生水流漩渦，水中含有沙粒以不同角度撞擊葉片表面，過流部件表面會出現不同程度磨損。這是泥沙磨蝕的主要原因。
在機組流態較差時，設備空蝕現象本身表現得明顯。在與泥沙磨蝕的共同作用下，水中存在的雜質主要是泥沙，水的潔凈度與氣泡產生成反比，水質越清，越難產生氣泡。因此泥沙本身對金屬表面形成切削外，水流紊流度越大，磨蝕越嚴重，同時含沙水流促進空化現象產生，加劇空蝕。
3 減輕磨蝕措施
減輕水輪機及部件磨損措施，主要考慮的因素是水工建筑物的水力設計、水輪機部件加工技術、材料性能與表面技術以及合理的設備運行方式，這些都是抗磨蝕的主要措施和手段。
3.1 合理布置排沙攔沙設施
(1)合理布置引水樞紐，特別是樞紐進水口的布置。本例中電站引水樞紐布置考慮設置攔沙和沖沙設施，根據河流來水來沙實際，泄洪閘和沖沙閘底板高程低于引水渠閘底板高程，高差達3米，有效保證河道大部分推移質暫時淤積在泄流排沙設置處。通過定期閘門調度拉排泥沙至渠首下游，減少進入引水渠道的泥沙量。
(2)對于較長渠道，可以在前端設置擋砂坎、沉沙池，使泥沙盡可能沉淀在沉沙池內。在前池部位可以采取正面沖砂，側面引水的布置方式，同時設置擋砂坎。在壓力鋼管入口，可以采取虹吸引水方式，都能有效減少泥沙進入機組過流面。
(3)控制尾水運行水位，減少河道下游淤積。
3.2 采取合理調度運行方式
(1)采取合理機組運行方式，優化調度，避開高泥沙運行時段。在河流來水中含泥沙量大時段優先考慮排沙措施，減少泥沙對過流部件的磨蝕。一般情況下，轉輪磨損隨機組負荷增加而變大，但混流式機組在小開度時也會磨損嚴重。因此，在實際運行中考慮通過調整負荷、機組間差異化運行等控制措施保持設備穩定運行，機組過流流態平穩。
(2)改善設備工況，避開氣蝕區運行。泥沙對過流部件表面產生磨蝕，設備水力振動會增加水流紊亂，加速設備部件的磨蝕和氣蝕現象。因此在設備運行時，要及時調整機組運行狀態，保持設備平穩運行，運行過程中觀察水輪機振動和擺度，加強尾水管的脈動監測，綜合判斷機組振動運行范圍，做到機組的避振運行。
(3)及時檢查補氣裝置的完好性。補氣裝置的作用是降低真空度，抑制真空渦帶，減少氣蝕破壞，能有效地防護過流表面的磨損。
3.3 過流部件的選材和防護處理。
選用抗磨材料，提高水輪機過流部件的加工工藝。水輪機部件鑄造時，要嚴格控制轉輪、導葉的制造工藝，與模型設計一致;部件材料上要選擇硬度高、彈性好，具備較強抗磨蝕能力的材料;同時減少制造質量缺陷，避免沙眼、毛刺等。
過流表面的防護硬度越高，抗切向沖擊磨蝕的能力就越強。因此過流面防護處理上可以采取選用在韌性母材上加高硬度表面防護的措施，轉輪葉片等過流面采取碳化鎢金屬粉末激光熔覆或其他合金噴焊等措施，提高抗磨性能。
3.4 保證檢修工作質量。
要重點控制水輪機部件氣蝕部位的修補質量和設備回裝的安裝技術參數，確保水輪機各項部件的缺陷處理和回裝的工作質量。通過定期檢修工作及時處理水輪機部件磨蝕缺陷，保證設備安全穩定運行。
4 結語
水輪機及部件磨損的形成原因較為復雜，多泥沙河流的泥沙磨蝕影響是其中的重要原因。通過運行實踐，采取適時排沙、合理調度運行、部件過流面防護以及加強檢修等綜合措施可以減輕泥沙對水輪機及部件磨蝕的影響作用，達到保護過流部件、延長檢修周期、提高機組利用率等效果。——論文作者：劉剛 康少龍
本文出自《中國電業》(月刊)創刊于1950年，由中國電力報社主辦。報道電力工業的重大事件以及電力行業在政策與體制、投資與融資、基本建設、企業管理和經營、杰出人物、農村電氣化、世界各國電力發展等多方面的理論研究和工作實踐。內容豐富，設計和制作精美。