葛洲壩電廠水輪機(jī)過流部件磨蝕與防護(hù)回顧

1、葛洲壩電廠水輪機(jī)過流部件磨蝕與防護(hù)回顧         06-02-16 11:49:00     作者：王建忠 涂陽文 王茂    編輯：studa9ngns摘要：葛洲壩電廠水輪機(jī)過流部件的磨蝕是泥沙磨損和空蝕聯(lián)合作用結(jié)果。從1989年開始篩選出適宜葛洲壩電廠水輪機(jī)過流部件的抗磨蝕涂層環(huán)氧金剛砂,涂后在葛洲壩電廠水輪機(jī)過流部件上的應(yīng)用是成功的，同時也要認(rèn)識到還要進(jìn)一步探索和研究，解決水電廠的這個老大難問題。 關(guān)鍵詞：水輪機(jī) 過流部件

2、磨蝕 環(huán)氧金剛砂 涂料 防護(hù)  1  前言葛洲壩水利樞紐是1970年代在長江干流上興建的第一座集航運(yùn)、發(fā)電、防洪于一體的綜合性大型水利樞紐工程，葛洲壩水電站是樞紐的主要組成部分，是三峽水電站的反調(diào)節(jié)電站，設(shè)計(jì)裝機(jī)21臺，總裝機(jī)容量2715MW。從1981年工程開始發(fā)揮效益以來，機(jī)組已實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行23年。電站年平均流量14300m3/s,年平均水量4529億m3，最小入庫流量2900 m3/s,多年平均含沙量為1.2 kg/m3,最大含沙量10.5kg/m3,年輸沙量5.26億噸，總庫容15.7億m3。大江電站裝機(jī)14臺，裝機(jī)容量1750MW；二江電站裝機(jī)7臺，裝機(jī)

3、容量965MW，分別由原哈爾濱電機(jī)廠與東方電機(jī)廠設(shè)計(jì)、制造,其水輪機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1： 葛洲壩樞紐大壩的壩軸線中部布置泄水閘,兩測是大江和二江電站,電站的兩外側(cè)為大江和二江船閘。由于葛洲壩電站位于南津關(guān)彎道的下段，在彎道環(huán)流作用下，泥沙產(chǎn)生橫向位移，底層含沙量大、粒徑粗的泥沙向凸岸右側(cè)運(yùn)動，表層清水向凹岸二江一側(cè)運(yùn)動，過機(jī)泥沙粒徑大小的分布與過機(jī)泥沙含量的分布成正比，愈靠右岸的機(jī)組，過流部件的磨蝕愈嚴(yán)重，過機(jī)含沙量和粒徑分布規(guī)律是:二江小而細(xì),大江大而粗,二江電站的含沙量為斷面(宜昌)平均值的0.940.98倍,18#為1.37倍,21#為1.6倍。過機(jī)泥沙粒徑18#為二江的1.22.0倍,21

4、#為1.22.9倍。最大粒徑達(dá)0.62mm，單機(jī)年過沙量在1500萬噸左右。為了提高水輪機(jī)過流部件的抗氣蝕性能和抗磨損能力，葉片材料采用0Cr13Ni4-6Mo不銹鋼鑄造，中環(huán)采用不銹鋼材料，8#21#機(jī)下環(huán)還增設(shè)900mm的不銹鋼段。2  過流部件的磨蝕情況葛洲壩電廠水輪機(jī)的磨蝕與國內(nèi)多泥沙河流水電廠同類機(jī)組具有共同的特點(diǎn)，即含沙量愈大，硬度愈硬，沙粒愈粗,運(yùn)行時間愈長，磨蝕愈嚴(yán)重。過流部件的磨蝕是泥沙磨損和空蝕聯(lián)合作用的結(jié)果，具體情況如下：2.1  轉(zhuǎn)動部件的磨蝕葉片的磨蝕葛洲壩電廠水輪機(jī)葉片材質(zhì)選用抗磨蝕性能優(yōu)良的OCr13Ni4-5Mo(125M

5、W機(jī)組)和OCr13Ni6Mo(170MW機(jī)組)鑄造而成,但磨蝕依然存在。其進(jìn)水邊愈靠外緣磨損愈重，頭部外緣磨損十分驚人，曾在15#機(jī)葉片上鉆孔試驗(yàn)，運(yùn)行近40000小時，頭部外緣磨損不小于16mm，厚度僅正面就磨損2.4mm。葉片出水邊的磨損狀況與進(jìn)水邊相似,也是愈靠外緣磨損愈重，出水邊外緣磨損特別嚴(yán)重,3#機(jī)運(yùn)行60000小時后,出水邊厚度減少不小于的13 mm；20#機(jī)運(yùn)行24000的小時,厚度減少21mm,運(yùn)行近38000小時,葉片與轉(zhuǎn)室的間隙難以測量，葉片外緣端面200mm×70mm×60mm穿透性磨蝕坑幾乎連成片,被迫利用中環(huán)進(jìn)人孔盤車補(bǔ)焊磨蝕破壞部位。19#2

6、1#運(yùn)行80000小時,葉片外緣磨蝕和背面啃邊十分嚴(yán)重，在葉片采取了防護(hù)措施的條件下，其出水邊外緣圓角已不復(fù)存在,外緣形同狼牙狀的“利刃”,部分已穿孔。1999年底，20#機(jī)擴(kuò)大性大修，更換了五個帶裙邊的不銹鋼新葉片，葉片與裙邊是整鑄經(jīng)機(jī)加工而成，運(yùn)行不到20000小時，裙邊磨蝕嚴(yán)重，下端厚度由原來的15mm成為“利刃”，根部厚度40mm局部蝕穿,不得已對部分裙邊修型。葉片與轉(zhuǎn)輪室單邊間隙逐年增大，1#7#機(jī)以0.3mm/年增加，8#21#機(jī)以0.761.12 mm/年增加，且背面吊孔處1000mm×250mm是其強(qiáng)氣蝕區(qū)，磨蝕嚴(yán)重；葉片外緣背面啃邊在其轉(zhuǎn)動中心線處最嚴(yán)重,離中心線愈

7、遠(yuǎn)啃邊相對較輕。輪體、連接體、泄水錐的磨蝕轉(zhuǎn)輪體的材質(zhì)為ZG20MnSi，連接體、泄水錐的材質(zhì)為碳素鋼焊接而成，由于其相對流速不大,因此磨損是其破壞的主要形式。以5#機(jī)為例，運(yùn)行26345小時，發(fā)現(xiàn)其表面布滿了魚鱗坑，這些魚鱗坑與相對流速方向相同，多數(shù)深度小于0.6mm，少數(shù)深度在0.61.5mm之間，其4#葉片下轉(zhuǎn)輪體上原補(bǔ)焊的兩個焊疤，軸向焊疤高出表面2.9mm，周向焊疤高出表面1.52.1mm不等。隨著運(yùn)行小時的增加，魚鱗坑增大加深，磨損加劇。2.2  固定部件的磨蝕轉(zhuǎn)輪室的磨蝕葛洲壩電廠水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪室的磨蝕是比較典型的，兩臺170 MW機(jī)組中環(huán)的材質(zhì)分別為0Cr13

8、和1Cr18Ni9Ti，基礎(chǔ)環(huán)、下環(huán)的材質(zhì)為碳素鋼，運(yùn)行21000小時，1#機(jī)中環(huán)、下環(huán)就出現(xiàn)了局部磨蝕，進(jìn)行了局部補(bǔ)焊打磨處理；運(yùn)行近120000小時，中環(huán)局部材料整塊剝落0.4m2，其混凝土基礎(chǔ)也被掏空，中環(huán)局部厚度僅有4mm，只得將脫落部位鑲嵌不銹鋼板，并對中環(huán)實(shí)施大面積灌漿處理。3#6#水輪機(jī)中環(huán)材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，7#機(jī)為0Cr13Ni5Mo，下環(huán)的材質(zhì)均為碳素鋼，由于中環(huán)與下環(huán)的連接不是光滑過渡，而是中環(huán)高出下環(huán)710mm，致使下環(huán)出現(xiàn)嚴(yán)重的磨蝕破壞，在中環(huán)與下環(huán)聯(lián)接法蘭的圓周表面上，高120150mm范圍內(nèi)均出現(xiàn)蜂窩狀氣蝕，最深達(dá)55mm，迫使每次機(jī)組大修時用不銹鋼焊條向

9、下堆焊200mm左右的過渡層。8#21#水輪機(jī)中環(huán)材質(zhì)與3#6#機(jī)相同，下環(huán)汲取了3#7#機(jī)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，向下延伸了900mm的不銹鋼段，其余為碳素鋼，在新機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行8000小時左右鑒定性大修中，中環(huán)中上部圓周內(nèi)有少量魚鱗坑，下環(huán)表面均布滿較淺的魚鱗坑。在運(yùn)行了40000小時左右時，整個過流部件上均布滿了0.51.5mm深的魚鱗坑，且在下環(huán)的“喉管”處（球面與錐面的過渡部位）300mm左右的高度內(nèi)存在一個明顯的磨損帶，形同沖擊出的沙灘帶，磨損十分嚴(yán)重。在運(yùn)行了100000小時左右時，中環(huán)的磨損已十分嚴(yán)重，20#機(jī)中環(huán)經(jīng)鉆孔測量其厚度僅有15mm，比設(shè)計(jì)加工的25mm減少了10mm，即中環(huán)的年磨

10、損量不小于0.71mm?；顒訉?dǎo)葉的磨蝕活動導(dǎo)葉無明顯的磨蝕痕跡；運(yùn)行60000小時左右時，立面密封下部鴿尾槽磨蝕，高80mm，呈正八字形，下部密封條無法固定，導(dǎo)葉下端面出現(xiàn)蜂窩狀氣蝕破壞，深度達(dá)2030mm，下端面出水角部分缺損；運(yùn)行大于100000小時，除導(dǎo)葉下端面和出水角磨蝕面積增大外，下軸頸過渡球面局部磨蝕，由于導(dǎo)葉表面已進(jìn)行抗磨蝕材料保護(hù)，因此，表面無明顯的磨蝕痕跡。其它部位的磨蝕底環(huán)、固定導(dǎo)葉與下部護(hù)板，支持蓋中、下段外側(cè)，在機(jī)組運(yùn)行的初期，磨損不明顯，僅局部有較淺的魚鱗坑。隨著運(yùn)行時間的延長，底環(huán)上止漏密封內(nèi)側(cè)至圓弧表面磨蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)溝槽，底環(huán)外圓與座環(huán)基礎(chǔ)內(nèi)圓接縫處間隙隨運(yùn)行時間

11、的增加越來越大，以1#、2#機(jī)最為明顯，已達(dá)2045mm。固定導(dǎo)葉與基礎(chǔ)護(hù)板，支持蓋中、下段外側(cè)，蝸殼進(jìn)人門內(nèi)側(cè)已布滿了魚鱗坑，深淺不一，磨損已相當(dāng)嚴(yán)重，均在運(yùn)行大于60000小時后的機(jī)組大修中采用抗磨蝕材料進(jìn)行了保護(hù)。     06-02-16 11:49:00     作者：王建忠 涂陽文 王茂    編輯：studa9ngns3  過流部件防護(hù)情況葛洲壩電廠運(yùn)行初期，水輪機(jī)過流部件的磨蝕研究大多是試驗(yàn)室結(jié)論，需要通過實(shí)踐來檢驗(yàn)。因此，從第一臺機(jī)組投運(yùn)開始，對水輪機(jī)過流部件的磨蝕破壞問題就十分重視,在科研院所的支持下，尋找防護(hù)水輪機(jī)過流部件的金屬與非金屬材料，以減緩其磨蝕破壞的速度，延長機(jī)組的檢修期，縮短檢修時間。(1)1983年3月，在3#機(jī)轉(zhuǎn)輪體和中環(huán)上涂刷兩塊環(huán)氧砂漿進(jìn)行抗磨試驗(yàn)，經(jīng)300