水轮机尾水管里衬气蚀破坏的分析处理

作者：吐尔逊托乎提　(乌鲁瓦提水力发电厂 新疆和田 848000)　来源：互联网　时间：2004-3-3

1　前言 乌鲁瓦提水电厂位于和田县境内，和田河支流—喀拉喀什河中上游，离和田市71km。电站总装机容量4×15MW，年发电量1.97亿MW·h。 1.1水轮机的参数 水轮机型号 HLFJ2511—LJ—1620 最高水头 106m 设计水头 76m 最低水头 58.7m 极限最低水头 53.7m 额定转速 428.6r/min 设计流量（单机） 22.14m3/sec 吸出高度 -2.52m 1.2 机组运行状况 电站机组由1998年开始土建，1999年开始预埋件及机组安装，2000年12月并网发电。2002年10月发现1号尾水管进人孔漏水，经打开进人孔检查发现尾水管里衬，4个补气管上、下部及补气管和里衬连接处严重气蚀。2003年4月下旬开始对4台机组正式中修，7月15日完成。对4台机组水轮机转轮及尾水管里衬检查时发现以下几个问题。 1）、1号机尾水管里衬气蚀比较严重，进人孔上部锥管段气蚀穿透造成漏水，补气管及里衬连接处周围气蚀破坏面积400×500mm2，深度达8～10mm的点有4处。 2）、补气管上、下面气蚀也严重，用10mm厚的钢板做的补气管上、下面有40×70mm2面积气蚀破坏穿透，其它部位也不同程度的气蚀。 3)、转轮与泄水锥之间的气蚀破坏体120×120×10mm3大小共14处（每个叶片与泄水锥连接处），转轮叶片与叶片之间60×60×10mm3左右的气蚀破坏体有14处。 以上是1号机的气蚀程度，其它3台机也均存在同样的气蚀破坏，比1号机气蚀程度较轻。 2　气蚀原因 1）、水轮机在运行时始终没有滿负荷情况下运行，在总运行时间内水轮机带滿负荷时间占不到总运行时间的10%，机组在大部分情况低负荷运行，甚至处于空载旋转备用状态，这样造成气蚀损坏。 2）、水轮机尾水管补气方式 电站水轮机尾水管补气主要是通过在尾水平台上各设一个补气阀，采用自然补气方式，电站机组转速高，在尾水管内出现涡带，出现真空，因真空破坏阀有时吸气多，有时吸气少，吸气不均匀，真空破坏阀的弹簧动作不灵活，没有足够的气进去破坏真空，造成气蚀。 3）、运行工况与气蚀破坏的关系 水轮机尾水管里衬气蚀破坏是由于空腔气蚀造成的，空腔气蚀与涡带形状有关，并与水轮机的运行工况有关。 混流式水轮机在非设计工况运行时，由于水流沿法向出口遭到破坏，转轮出口水流进入尾水管时有一个圆周分速度，形成有一定频率的旋转涡带。此涡带中心具有很大的真空，当其周期性的碰触尾水管管壁时，一方面会造成管壁的气蚀，另一方面还会使尾水管内出现周期性的压力脉动，尾水管出流阻力发生变化，并使水轮机出流，产生波动，这是空腔气蚀。发生空腔气蚀是因为机组轴向，横向振动增大，尾水管壁振动剧烈，尾水管内产生强烈的噪音及周期性的水流冲击，严重时甚至发生共振。气蚀对水轮机过流表面的破坏过程会缩短机组的检修周期，增加检修的复杂性，耗费大量的人力、物力，减少发电量。 这次中修1号机尾水管里衬被空腔气蚀修复达120h之多，比其它3台机多40至50个小时。为了准确地分析1号水轮机尾水管里衬及补气管的气蚀破坏的主要原因对我4台机组并网发电以来运行资料进行了分析统计，乌鲁瓦提水电厂机组运行时间统计（见表1） 表1 机组运行及空载时间对照（2000.12.4～2003.4.30） 机组 运行小时 空载运行小时数 合计 2001 2002 2003 2001 2002 2003 运行 空载 （空载运行） （%） 1G 5703 24764 701 208 183 41 11168 432 3.86 2G 3843 2538 2042 112 113 19 7423 244 3.28 3G 3115 2623 1228 131 155 19 6966 305 4.38 4G 1139 4480 2346 82 41 25 7965 133 1.07 由表可看见1号机组自2000年12月投产运行至2003年4月30日大修，共运行了11168h，其空载运行432h，占总运行小时的3.86%，在中修中发现过流部件有异常损坏，但里衬气蚀比较严重。据生产部门统计，在此期间1号机在55%以下负荷运行了约6142h。 各台机组空载运行时间多，其中1号机空载运行时间最长，水轮机尾水管里衬气蚀破坏也最严重，这与有关空腔气蚀的理论相吻合。因此1号水轮机经常在非设计工况下运行是造成尾水管里衬气蚀破坏的主要原因。 3、处理方法 3.1 尾水管里衬的处理 1) 尾水管里衬气蚀破坏处，在堆焊前用砂轮机将母体表面的水 分、油污及铁锈清除干净。2) 用J507焊条在气蚀区堆焊。3) 焊完后用砂轮机修磨光滑。4) 用防锈漆刷一层补焊的部分。 3.2补气管的处理 1)1号机补气管在里衬连接处已开裂，无法进行补焊。因此， 把原有的补气管取掉，用同样厚的钢板做成补气管把4个补气全部更换。2) 2＃、3＃、4号机的补管气蚀比1号机轻，用砂轮机修磨后，用J507焊条运行补焊，并打磨光滑。3) 所补焊的补气管进行刷防锈油。4) 对在补气管进气的真空破坏阀进行了修改，把真空破坏阀的压缩弹簧割除一部分，增加进气量。 3.3 转轮与泄水锥之间的处理 先用砂轮把气蚀表面的铁锈除掉后，用J507焊条进行补焊，并进行打磨光滑，刷防锈漆。 4、结束语 1）因我厂机组发电时间短，经验不足，在以后的运行 当中，应尽量使机组负荷带滿，避免机组在非设计工况下运行。 2）禁止机组在严重振动区和气蚀危险区运行。若系统需要可采用带一定负荷躲开机组振动及气蚀危险区调频、调相运行。 3）因这一次对整个机组进行一次检查，未把转轮吊出，在大修时，转轮吊出，在中修时没有处理完的部分一并处理。 4）尾水管里衬及补气管的气蚀情况要加大观察力度，发现气蚀及时进行处理。 （刊登于《小水电》2004年第1期） 供稿:中国农村水电及电气化信息网信息员、水利部农村电气化研究所 赵建达