引水徑流式水電站水輪機磨蝕及治理.doc

引水徑流式水電站水輪機磨蝕及治理Erosion and Management of Turbine in RurnoffHydropower StationZhang Weiju(中水北方勘測設計有限責任公司，天津300222 )(China Water Resources Beifang Investigation Design andResearch Co. , Ltd. , Tianjin 300222 , China )摘要：本文根據新疆已建的引水徑流式水電站的運行情況, 分析瞭水輪機磨蝕破壞原因，從水工的佈置型式和水機選型及材 料防護等方面提出瞭解決辦法和治理措施Abstract: According to the operation of built run-off hydropower station in Xinjiang, this paper analyzes the causes of turbine erosion, and proposes resolutions and prevent!on measures from water engineering layout, type selection and materials on protection.關鍵詞：引水徑流式水輪機磨蝕沉沙處理比轉速安裝 咼程Key words: run-off type :turbine ;erosion :desilting :specific speed ; installation elevation分類號：TV7文獻標識碼：A文章編號:1006-4311(2011 ) 32-0041-010引言引水徑流式電站在大量含有泥沙的水進入機組時會引起水輪 機嚴重磨蝕，引水徑流式水電站水輪機的磨蝕原因都有哪些，應 該采取哪些治理措施呢？1高含沙量水、推移質進入機組是磨蝕的重要原因很多電站的設計建設，由於缺少泥沙實測資料，專業人員隻 能采用類比分析得出含沙量數據，由於地理位置、水文氣象資料 的差異，導致含沙量資料不準確，尤其是近幾年過度開發導致植 被的破壞，在汛期雨季山洪爆發時，在攔沙措施不利、沒有沉沙 措施及排沙不利的情況下，大量泥沙進入機組，導致機組嚴重磨以新疆塔采克引水徑流式水電站為例，安裝2臺額定出力2.526萬kW立式混流水輪機，額定水頭74m , 2號、1號機分 別於2008年3月底和4月初投入商業運行，2008年5月庫瑪 拉克河水量加大，水質變差，雨季大量泥石流進入庫瑪拉克河， 河水夾帶泥沙進入機組，19時1號機主軸密封突然大量噴水， 機組被迫停機，8月22日在對仁2號機組進行蝸殼內檢查時發 現轉輪出現嚴重磨蝕，轉輪上冠和頂蓋、下環和底環的間隙達到 瞭21mm ,固定導葉中部出現深約5mm磨痕，7月22日1號機運行中主軸密封漏水、水導油盆進水被迫停機，經檢查主軸橡 膠水封和抗磨板磨損嚴重已不能使用，經更換備件後機組並網運 行；8月25日運行中1號機組再次出現主軸密封漏水、水導油 盆進水被迫停機，1號機主軸密封環磨損20mm , 8月46日,2號機組主軸密封嚴重漏水被迫停機，經檢查主軸密封端蓋已磨 穿、橡膠水封壞、抗磨板磨損嚴重、檢修密封已無法封水，2號 機主軸密封磨損造成水導油盆進水從現場實測的泥沙資料看，汛期含沙量高達幾十公斤的水進 入機組，規范是不允許的，從尾水渠沉集的泥沙看大量推移質進 入瞭機組，泥沙顆粒直徑高達十幾公分，磨損部位多為顆粒沖擊 引起的坑凹，如此高的含沙量和推移質進入機組原因是什麼呢？電站引水渠道長6km ,取水口設有分水閘，汛期大量的泥 沙湧入時，分水閘沒有及時關閉，河道閘門也沒有充分開啟拉沙， 大量的泥沙進入瞭機組，引起機組的磨損破壞工程初設階段泥沙資料不全，沒有考慮汛期水質變差的工 況，初期沒有設置沉沙池，而推移質和較大顆粒的懸移質是不能進入機組的初期運行人員缺乏經驗，很難掌握泄水排沙與節約用水發 電的尺度，導致前池淤沙太多並進入機組，機組磨損嚴重2排沙設施的影響為防止取水口淤積，在取水口適當位置佈置沖沙閘，在沖沙 閘前設導沙坎，這樣的佈置利於前池排沙，減少大量泥沙進入機 組，新疆吾庫沙克引水徑流式水電站建於1976年，安裝3臺單機 容量為800kW水輪發電機組，設計水頭14.5m ,采用前池正向 進水發電及沖沙，運行後實測過機多年平均含沙量為6kg/m3 , 最大含沙量88.4 kg/m3o大量泥沙進入前池後，底部排沙孔口 為直角矩形，隻能排除少量泥沙，大量泥沙進入機組，造成水輪 機過流部件的嚴重磨蝕。

1996年電力公司對電站進行改造，前 池部分改造主要內容有：將原前池底板坡度由1:6.49改為仁1 , 使前池有一段水平段，便於泥沙沉積於前池底部沖沙孔進口由 矩形改為喇叭形，增加幹擾面積，在攔沙坎上部設擋沙懸板，防 止在水流的擾動下泥沙由攔沙坎進入管道，使沉積在前池的泥砂 在沖沙水的作用下排入泄水道，該水電站投入運行後，經檢測無 大量泥沙進入蝸殼，機組磨蝕大大減輕3安裝高程的影響水輪機的安裝高程，□安二□尾+Hs[1] , Hs=10-?犖 /900-KaoH[2]公式中：Kcj是與過機泥沙含量有關的參數，泥沙 含量越高，Ko值越大，Hs值越小，機組安裝高程越低[5],這樣 才有可能盡量避免水輪機的氣蝕；如果對泥沙含量估計不足,Ko 值取值偏低，導致機組安裝高程實際取值過高，機組在較高含沙 量情況運行時極易產生氣蝕，會導致水輪機的磨蝕破壞嚴重，很 多電站都出現過此情況，所以在計算水輪機的安裝高程時，過機 泥沙含量資料及其Ko取值非常重要[4]4機組轉速的影響從比轉速的計算公式ns=3.13n11 ( Q11q ) 0.5[1]rT以看出，選取較高的單位轉速可提高發電機同步轉速，減輕發電機重量, 降低機組造價，缺點是較高的單位轉速引起轉輪出口相對流速上升，對水輪機磨蝕不利，還會引起單位飛逸轉速上升及轉動部件 的離心應力升高。

采用較大的單位流量可以減小轉輪直徑，減小 水輪機重量，降低機組造價，減小廠房尺寸，但單位流量過大會 導致水輪機過流速度偏高，惡化水輪機的綜合性能引水式電站 由於引水管線較長，很多情況下又無法設置調壓井，為確保電站 的安全運行就要求增加機組GD2 ,如果采用較高單位轉速導致機組GD2降低，因此在優化配置單位轉速和單位流量時，應綜 合考慮減少磨蝕破壞以及機組的過渡過程等綜合指標，減小轉速 對機組選型是必要的[3]5抗磨損其他措施5.1過流部件選材及噴塗處理水輪機轉輪、活動導葉、抗磨板等主要過流部件采用抗氣蝕、磨損性能好和焊接性能好的不銹 鋼制做在轉輪局部易磨蝕部位采用進一步防護措施，如噴焊碳 化鎬塗層等5.2機組主軸密封采用泵板和無接觸間隙密封工作密封采用泵板和無接觸間隙密封，泵板為不銹鋼材料，通過泵板作用將上 止漏環處泄漏水排入頂蓋排水腔，頂蓋排水腔的排水管將水排至 集水井工作密封的靜止部分與轉動部分不接觸，密封壽命長，正常 運行不需冷卻或潤滑，轉輪密宮環防止固體進入主軸密封，避免瞭主軸密封的磨損5.3選用備用轉輪為防止汛期轉輪磨損破壞修復耽誤機組運行，影響發電，在含沙量比較高的電站配置備用轉輪，以便更換 一臺機組轉輪時，備用轉輪投入使用參考文獻：[1]鄭淵•水輪機•中國科技文化出版社，2003 : 58.[2]水電站機電設計手冊•北京：水力電力出版社，1989 : 36.⑶水力發電廠機電設計規范•中國電力出版社，2004 : 6.[4]張維聚等•戈蘭灘水電站水輪發電機組及其附屬設備設計.水利水電工程，2009 , 28 : 43.[5]程則久•含沙水流上水電站安裝高程的研究•水機卫集•天津：水機磨蝕實驗研究中心，1993 : 222作者簡介：張維聚（1963-），男，山東威海人，高級工程師,士，從事水電站設計工作。