田灣河大型沖擊水斗式轉(zhuǎn)輪氣蝕的防范與修復(fù)

何 念 民， 何 林， 盧 寶 勝

(四川川投田灣河開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610213)

田灣河大型沖擊水斗式轉(zhuǎn)輪氣蝕的防范與修復(fù)

何 念 民， 何 林， 盧 寶 勝

(四川川投田灣河開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610213)

田灣河大型沖擊式轉(zhuǎn)輪氣蝕防范與修復(fù)中型線修復(fù)法，是根本解決氣蝕問(wèn)題的最佳方法，其處理時(shí)間短，效率高，但要完全解決，還需要不斷的研究與探索；焊接修復(fù)法為大面積磨損和氣蝕面積大而嚴(yán)重的轉(zhuǎn)輪所采用方法，進(jìn)廠處理工序復(fù)雜，工藝應(yīng)嚴(yán)格要求；金屬修補(bǔ)劑修復(fù)法為小面積氣蝕清水水質(zhì)的轉(zhuǎn)輪所采用方法，其處理時(shí)間短，難度小，可有效延長(zhǎng)轉(zhuǎn)輪使用壽命。

沖擊水斗式轉(zhuǎn)輪；氣蝕情況；防范與修復(fù)；應(yīng)用體會(huì)

1 概 述

田灣河是大渡河中游右岸的一條支流，發(fā)源于貢嘎山西側(cè)。田灣河從巴王海至河口河道長(zhǎng)48km，天然落差2 120m，河道平均比降44.2‰。全流域面積1 400km2，河口多年平均流量42.3m3/s。流域梯級(jí)串聯(lián)布置為“一庫(kù)三級(jí)”，龍頭水庫(kù)電站為仁宗海水電站(240MW)、依次是金窩水電站(280MW)、大發(fā)水電站(240MW)，每站均布置有兩臺(tái)立式、沖擊水斗式水輪發(fā)電機(jī)組，其單機(jī)容量目前居國(guó)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)組之首。

2 田灣河流域沖擊水斗式轉(zhuǎn)輪氣蝕情況

田灣河流域梯級(jí)電站水斗式轉(zhuǎn)輪由VATECHHYDRO設(shè)計(jì)制造，轉(zhuǎn)輪強(qiáng)度高、耐磨性好。但在仁宗海和金窩電站投產(chǎn)一年后檢查發(fā)現(xiàn)在圖1所示位置均出現(xiàn)不同程度的氣蝕現(xiàn)象，最初氣蝕厲害部位在圖1中a視1號(hào)位置，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，慢慢地在2號(hào)、3號(hào)位置也相繼出現(xiàn)氣蝕。隨著氣蝕的加劇，3號(hào)位置氣蝕深度不斷加深，甚至出現(xiàn)氣蝕貫穿，在水流的不斷沖擊下產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，如圖2所示。大發(fā)電站由于泥砂磨損嚴(yán)重，水斗未發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)氣蝕情況。

3 田灣河流域梯級(jí)電站轉(zhuǎn)輪氣蝕防范與修復(fù)

水斗氣蝕的加劇給轉(zhuǎn)輪運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患，同時(shí)影響轉(zhuǎn)輪效率，減少出力。目前轉(zhuǎn)輪氣蝕的防范各水電廠和廠家通行做法一是根據(jù)技術(shù)的發(fā)展采用新的型線進(jìn)行防范，二是采用新的防氣蝕和耐磨材料進(jìn)行高溫噴涂以進(jìn)行防范。在修復(fù)方面通用做法是采用焊接修復(fù)法。結(jié)合田灣河實(shí)際情況，現(xiàn)就轉(zhuǎn)輪氣蝕防范與修復(fù)主要工作論述如下。

圖1 水斗氣蝕區(qū)域示意圖

圖2 分水刃前尖端部氣蝕部位斷裂圖

3.1 轉(zhuǎn)輪過(guò)流型線修正法

針對(duì)田灣河轉(zhuǎn)輪氣蝕情況，我公司及時(shí)與設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠商進(jìn)行了咨詢(xún)與溝通，在廠商進(jìn)行技術(shù)回訪時(shí)專(zhuān)門(mén)針對(duì)此問(wèn)題做了充分的交流和探討，鑒于目前生產(chǎn)廠商已有新的沖擊式轉(zhuǎn)輪新型線，并可提高轉(zhuǎn)輪效率，公司決定在仁宗海備用轉(zhuǎn)輪上對(duì)過(guò)流型線進(jìn)行修改。

型線修正法主要是在圖1中a視1號(hào)位置及其前尖端部進(jìn)行修正，原有型線過(guò)厚，使兩側(cè)過(guò)流水分散弧度較大，根據(jù)廠商現(xiàn)有新技術(shù)是將其型線進(jìn)行適當(dāng)修薄，以減小過(guò)流水分散弧度。此工作量較小，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行打磨、修正、拋光即可，然后將此備用轉(zhuǎn)輪更換到氣蝕嚴(yán)重的1F機(jī)組上，將氣蝕嚴(yán)重的轉(zhuǎn)輪運(yùn)回廠家進(jìn)行焊接修復(fù)和型線修正。

3.2 氣蝕與磨損嚴(yán)重轉(zhuǎn)輪焊接修復(fù)法

針對(duì)金窩和大發(fā)轉(zhuǎn)輪情況，由于大發(fā)轉(zhuǎn)輪磨損嚴(yán)重，水斗葉已嚴(yán)重磨薄，超過(guò)其允許磨損量，需要進(jìn)行修復(fù)處理，金窩轉(zhuǎn)輪氣蝕和磨損也較嚴(yán)重，部分水斗3號(hào)位置也已斷裂，同樣需要修復(fù)處理。

兩臺(tái)轉(zhuǎn)輪按照招投標(biāo)流程，根據(jù)修復(fù)廠家情況先后分別由兩家廠商進(jìn)行焊接修復(fù)處理。各廠家根據(jù)自己的技術(shù)實(shí)力和經(jīng)驗(yàn)，按照轉(zhuǎn)輪原有型線樣板進(jìn)行了修復(fù)處理，并按照相應(yīng)規(guī)范做了探傷與試驗(yàn)，先后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝更換，以做最終的運(yùn)行檢驗(yàn)。

3.3 氣蝕轉(zhuǎn)輪金屬修補(bǔ)劑修復(fù)法

由于田灣河轉(zhuǎn)輪氣蝕面積并不大，在氣蝕前期可采用金屬修補(bǔ)劑進(jìn)行氣蝕修復(fù)，此方法簡(jiǎn)單易行，可避免焊接修復(fù)法方面的不利影響。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外新型材料工藝情況，決定采用天山可賽新TS2111超級(jí)金屬?修補(bǔ)劑進(jìn)行修復(fù)處理。

TS2111超級(jí)金屬?修補(bǔ)劑為雙組分，膠泥狀，高強(qiáng)度型，綜合機(jī)械性能好，施工工藝性好，固化速度快、無(wú)收縮，適用材質(zhì)廣泛，其低溫固化性能好，與金屬粘合強(qiáng)度高，可在不同氣候條件下操作。廣泛適用于修補(bǔ)和密封鑄鐵、鑄鋼、銅、鋁等合金的鑄件的氣孔、砂眼、裂紋等缺陷。修復(fù)后耐磨損、耐腐蝕。其主要物理機(jī)械性能如表1：

表1 TS2111修補(bǔ)劑主要物理機(jī)械性能

(表中數(shù)據(jù)為典型值，為說(shuō)明書(shū)數(shù)據(jù))。

轉(zhuǎn)輪采用X3CrNi13-4不銹鋼制作，其主要物理機(jī)械性能為：

表2 轉(zhuǎn)輪采用X3CrNi13-4不銹鋼制作物理機(jī)械性能表

將金屬修補(bǔ)劑的物理機(jī)械性能參數(shù)與轉(zhuǎn)輪材質(zhì)性能參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，金屬修補(bǔ)劑硬度滿足轉(zhuǎn)輪材質(zhì)硬度要求，即不低于HB260～300(表面85ShoreD硬度相當(dāng)于HB730)；其小面積抗壓強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度符合要求，主要需要驗(yàn)證項(xiàng)目是金屬修補(bǔ)劑與氣蝕部位金屬的結(jié)合力情況。如結(jié)合力較差，則金屬修補(bǔ)劑將很容易被沖刷掉，對(duì)轉(zhuǎn)輪氣蝕就起不到防護(hù)作用，如結(jié)合力較好則可滿足要求。

2013年4月26日，仁宗海電站2F機(jī)組進(jìn)行A級(jí)檢修，我部對(duì)仁宗海2F機(jī)組轉(zhuǎn)輪水斗的氣蝕部位采用天山可賽新TS2111超級(jí)金屬?修補(bǔ)劑進(jìn)行了填補(bǔ)、壓緊、打磨等修復(fù)處理，同時(shí)對(duì)金窩電站1F機(jī)組轉(zhuǎn)輪也進(jìn)行了同樣處理。

4 轉(zhuǎn)輪氣蝕修復(fù)后運(yùn)行情況

4.1 轉(zhuǎn)輪過(guò)流型線修正法后運(yùn)行情況

2014年4月23日，將仁宗海經(jīng)過(guò)型線修正的備用轉(zhuǎn)輪更換到1F機(jī)組上進(jìn)行運(yùn)行檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)半年時(shí)間的運(yùn)行，在2014年11月17日的1F機(jī)組D級(jí)檢修檢查中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)輪原有氣蝕部位不再有氣蝕痕跡，但在分水刃前段凹形背部又出現(xiàn)氣蝕痕跡(如圖1中4號(hào)位置)，在2015年及2016年的機(jī)組檢修中發(fā)現(xiàn)，斗葉內(nèi)部已無(wú)氣蝕現(xiàn)象，分水刃前段凹形背部氣蝕痕跡變化不大。

4.2 轉(zhuǎn)輪焊接修復(fù)法運(yùn)行情況

2012年5月，大發(fā)2F水輪發(fā)電機(jī)組A修時(shí)將經(jīng)過(guò)焊接修復(fù)的轉(zhuǎn)輪更換至2F機(jī)組上進(jìn)行運(yùn)行檢驗(yàn)，在2013年8月的例行檢查中發(fā)現(xiàn)此轉(zhuǎn)輪有3個(gè)斗葉根部存在貫穿性的裂紋，最長(zhǎng)長(zhǎng)度達(dá)580mm。

2014年5月19日，金窩將經(jīng)過(guò)焊接修復(fù)的轉(zhuǎn)輪更換至1F水輪發(fā)電機(jī)組上進(jìn)行運(yùn)行檢驗(yàn)，在2014年10月18日的例行檢查中發(fā)現(xiàn)有一水斗上半部存在310mm左右的貫穿性裂紋。

4.3 轉(zhuǎn)輪金屬修補(bǔ)劑修復(fù)法運(yùn)行情況

2013年11月10日，在仁宗海2F機(jī)組D級(jí)檢修時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)輪水斗情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有13個(gè)水斗氣蝕部位的金屬修補(bǔ)劑已被全部沖刷掉(如圖3所示)，有9個(gè)水斗的金屬修補(bǔ)劑還存留部分在上面(如圖4所示)，有一個(gè)水斗分水刃前端已斷裂。金屬修補(bǔ)劑已被沖刷掉的水斗氣蝕情況在擴(kuò)大、加深。仁宗海1F機(jī)組轉(zhuǎn)輪水斗氣蝕部位未采用金屬修補(bǔ)劑進(jìn)行修復(fù)，在2013年10月30日的例行檢查中發(fā)現(xiàn)，氣蝕部位面積在緩慢擴(kuò)大，深度在不斷地加深，情況嚴(yán)重的是分水刃前尖端已斷脫，如圖5所示，1F機(jī)組像此情況的水斗有5個(gè)(每個(gè)轉(zhuǎn)輪水斗數(shù)為21個(gè))。對(duì)比同期仁宗海1F機(jī)組和2F機(jī)組氣蝕情況， 顯然2F機(jī)組水斗氣蝕變化幅度小于仁宗海1F機(jī)組，2F機(jī)組還保留有金屬修補(bǔ)劑的水斗氣蝕情況變化不大。

圖3 仁宗海2F機(jī)組水斗氣蝕部位修復(fù)運(yùn)行后情況圖

金窩電站1F機(jī)組轉(zhuǎn)輪水斗因汛期泥砂原因，水斗磨損較重，轉(zhuǎn)輪氣蝕部位的金屬修補(bǔ)劑已被沖刷殆盡，氣蝕現(xiàn)象依然嚴(yán)重，有4個(gè)分水刃前尖端已斷裂。

圖4 仁宗海2F機(jī)組水斗氣蝕部位修復(fù)運(yùn)行后情況圖

圖5 仁宗海1F機(jī)組水斗氣蝕斷裂圖

5 田灣河大型沖擊水斗式轉(zhuǎn)輪氣蝕修復(fù)應(yīng)用的體會(huì)

從上述田灣河流域梯級(jí)電站轉(zhuǎn)輪水斗氣蝕防范與修復(fù)應(yīng)用及后續(xù)的運(yùn)行檢驗(yàn)情況可知，一是采用修正型線方法解決氣蝕效果比較明顯，但氣蝕部位在發(fā)生變化，而氣蝕變化程度較小也說(shuō)明型線處理方法很正確，效果也突出，但最佳的型線修正還需要更進(jìn)一步的研究論證與運(yùn)行應(yīng)用檢驗(yàn)，從而也驗(yàn)證型線修正也是徹底解決氣蝕問(wèn)題的最佳方法。二是焊接修復(fù)法是氣蝕與磨損嚴(yán)重部位所采用的方法，兩臺(tái)轉(zhuǎn)輪運(yùn)行后均不同程度地存在貫穿性裂紋，其焊接修復(fù)工藝需要完善，焊接修復(fù)過(guò)程需要更加細(xì)致，并嚴(yán)格控制焊接溫度在工藝要求范圍，同時(shí)對(duì)焊后的消應(yīng)處理需要嚴(yán)格執(zhí)行，并進(jìn)行全面的超聲、滲透等探傷檢驗(yàn)，確保轉(zhuǎn)輪無(wú)焊接缺陷、應(yīng)力消除徹底。三是在清水水質(zhì)中小面積的氣蝕部位采用金屬修補(bǔ)劑還是有一定的防護(hù)作用，從仁宗海1F和2F機(jī)組的對(duì)比中看效果還是比較明顯。同時(shí)也看出金屬修補(bǔ)劑防護(hù)時(shí)間還不能達(dá)到半年進(jìn)行一次修補(bǔ)的要求，在后續(xù)的工作思路中應(yīng)縮短其修復(fù)時(shí)間，筆者認(rèn)為在3～4個(gè)月修補(bǔ)一次效果可能更理想。再則也需要不斷加強(qiáng)和改善修補(bǔ)工藝，由于轉(zhuǎn)輪處于潮濕環(huán)境，處理時(shí)未對(duì)氣蝕部位進(jìn)行干燥處理，氣蝕孔內(nèi)難免存在水分，影響修補(bǔ)劑與金屬的結(jié)合力度，所以以后修補(bǔ)時(shí)需要采用電吹風(fēng)對(duì)氣蝕部位進(jìn)行加熱，將氣蝕部位水分清除干凈，在進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)需要將氣蝕部位填充夯實(shí)，以讓金屬修補(bǔ)劑與轉(zhuǎn)輪氣蝕部位進(jìn)行有效的結(jié)合。

6 結(jié) 語(yǔ)

田灣河大型沖擊式轉(zhuǎn)輪氣蝕防范與修復(fù)中型線修復(fù)法，是根本解決氣蝕問(wèn)題的最佳方法，其處理時(shí)間短，效率高，但要完全解決，還需要不斷的研究與探索；焊接修復(fù)法為大面積磨損和氣蝕面積大而嚴(yán)重的轉(zhuǎn)輪所采用方法，進(jìn)廠處理工序復(fù)雜，工藝應(yīng)嚴(yán)格要求；金屬修補(bǔ)劑修復(fù)法為小面積氣蝕清水水質(zhì)的轉(zhuǎn)輪所采用方法，其處理時(shí)間短，難度小，可有效延長(zhǎng)轉(zhuǎn)輪使用壽命?？傊?，田灣河流域沖擊水斗式水輪機(jī)組單機(jī)容量為國(guó)內(nèi)之首，水斗式轉(zhuǎn)輪集合了目前同類(lèi)型電站轉(zhuǎn)輪的主要問(wèn)題，其處理與防范具有一定的代表性，可為類(lèi)似電站提供經(jīng)驗(yàn)借鑒和參考。

(責(zé)任編輯:卓政昌)

2016-12-09

[TM622]；TK735+.1；TV

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1001-2184(2017)01-0136-04

何念民(1974-)，男，四川武勝人，高級(jí)工程師，從事水電站水輪發(fā)電機(jī)組及輔助設(shè)備安裝、調(diào)試、維護(hù)、管理等技術(shù)工作；

何 林(1987-)，男，四川武勝人，助理工程師，從事水電站運(yùn)行管理等技術(shù)工作；

盧寶勝(1985-)，男，四川廣元人，工程師，從事水電站水輪發(fā)電機(jī)組及輔助設(shè)備檢修、維護(hù)、管理工作.