水轮机抗泥沙磨损技术分析_张广
抗磨材料对水轮机抗磨蚀技术应用
抗磨材料对水轮机抗磨蚀技术应用摘要：新疆和田水电站水头中高、含沙量大、水轮机磨损严重.为了减少水轮机磨损,设计中采取了一些优化方案,总结大修的经验,通过改善部件结构、采用优质材料、提高大修质量、涂敷防护材料等方面的技术措施,使泥沙对水轮机的空蚀磨损得到了有效控制。
关键词：水电站运行、水轮空蚀、磨损、防护、技术总结正文：和田达克曲克水电站处在新疆和田喀什玉龙河规划修建了两梯四级混流式水电站,现投运开发梯极的第四级水电站，2015年5月建成发电。
电站为隧洞引水式地面厂房，设计水头99.8m，设计最大引水流量100m3/s。
电站总装机容量70MW（2台×35MW）水轮机的型号HLD307-LJ-28O；设备生产厂家为东方电机厂。
水电站在经过一年水轮机运行，空蚀磨损所造成的水轮破坏程度大。
电站虽运行时间短,但空蚀磨损却相当严重,造成大修周期缩短,检修工期长,水轮机效率的下降,能量损失,同时还影响到机组的稳定性和安全性。
电站目前是喀什玉龙河梯极开发的第二级水电站，喀什玉龙河汛期发电机高峰期，水质含沙量高，水轮机在正常年份运行中受泥沙磨损量很大。
2015年投运半年，电站库区被泥沙淤满，大坝库区泥沙计划性进行一次拉库排沙。
2016年-2017年机组运行时大量沙子随水流进入水轮机，2017年对#2机组水轮机铸铁顶盖先后被磨损穿眼，排水均压管出现严重漏水现象。
当时正值汛期丰水期，为了抢发电量，电站对磨穿漏水的顶盖采取了临时应急措施，临时补焊加厚处理，由于漏水量大，有三台功率为50kW，排水量100m3/h深井泵抽排漏水泵，及时不停的抽水，机组均压管和顶盖漏水量大不能从根本上解决止漏问题，机组运行期间几乎每周两次对均压管和顶盖结合处进行补焊，这种状况勉强坚持到2017年10月底，对#2机组停运进行检修发现，在水轮机和重要过流部件经含有大量泥沙的高速水流过时受气蚀破坏、泥沙磨损及相互耦合作用，导致水机的转轮、导叶、蜗壳、止漏环等关键部位有严重的磨蚀破坏，顶盖被沙子磨损的部位深度达2cm以上，提别在均压管结合面处磨损厚度为2mm，多出磨蚀击穿；影响了水电站的发电效益，同时降低了使用寿命，甚至危及电站的安全运行。
泥沙磨损对水轮机的影响以及防御措施
泥沙磨损对水轮机的影响以及防御措施摘要：水轮机在工作时，如果通过其内的水流含有大量的泥砂，则坚硬的泥砂颗粒将撞击和磨损过流部件的表面，从而使机件发生疲劳甚至损坏，这种现象称为水轮机的磨损。
水轮机磨损会产生严重的后果，轻时需检修处理，重时需要更换零部件甚至更换转轮。
本文通过对泥沙磨损、影响因素、防御措施等方面进行分析，提出了解决措施。
通过这些措施来提高水轮机的工作效率和使用寿命，具有实用价值和经济价值。
关键词：泥沙磨损影响磨措施1前言: 近些年来，国内外曾对泥砂磨损的机制、各种金属与非金属抗磨材料的抗磨稳定性、防止水轮机泥沙磨损的各种技术措施等进行了大量的实验室和现场的试验研究，取得了很多的成果。
我国黄河上的一些水电站也积累了诸如转轮的补焊修复，转轮叶片抗泥砂磨损的非金属材料复涂等方面的成功经验。
但是，水轮机泥砂磨损领域存在的问题仍很大，有待进一步的研究。
特别是要根除泥砂磨损给水轮机运行带来的严重危害，必须从水库和水电站沉砂设备的合理设计和运用，改善在含砂水流中工作的水轮机抗磨性能，研制抗泥砂磨损稳定性高的金属与非金属材料等方面入手，采取综合技术措施才能达到这一目的。
2.1 影响泥沙磨损的因素2.1.1砂粒破度，形状，尺寸，含砂量等。
（砂成分：石英，长石，花岗石硬度↑；形状：棱角形，尖角形，圆形等。
粒径>0.25mm不允许通过水轮机，建议0.05或0.05~0.1mm）2.1.2材料的抗磨性能（如金属表面渗碳，涂料，环氧金刚砂，抗磨橡胶等）。
2.1.3水流状态（水流速度及冲击方向）。
一般认为磨损量与流速成三次方关系2.2.1主要的抗磨措施防止泥砂对水轮机的磨损需要采取多方面的措施方能奏效。
一方面减少水轮机的泥砂数量，另一方面采用合适的机型、合理的运行方式以及抗磨材料，综合起来可分为如下几个方面：2.2.2.结构设计上改善水流流态在结构设计上尽量使过流表面平滑，没有凹凸不平，窄缝等造成局部旋涡产生。
瑞丽江一级水电站泥沙磨蚀的特点和防护措施
关键词：
磨蚀、冲蚀、气蚀、泥沙、水轮机。
一、概述
瑞丽江一级水电站位于缅甸北部掸邦境
内紧邻中缅边境的瑞丽江干流上。电站 距缅甸南坎、曼德勒的公路距离分别约 为63km、539km。电站至中国境内的瑞 丽、昆明的公路里程分别为94km、 893km。
一、概述
工程采用引水式开发，坝高47m，库容
活动导叶翼型有较大的偏心，使负压面平顺
光滑，上、下轴径的过渡凸肩偏置于正压面， 从而避免凸肩在背压面诱发磨蚀。采用 0Cr13Ni5Mo不锈钢整体铸造而成。设计上增 加了导叶高度，增加了导叶区域的过流面积 相应，降低导叶区域的流速。表面采用相对 流速较低的带有偏心的负曲率导叶，提高导 叶本体的抗磨蚀性能，对导叶整个过流面进 行喷涂抗磨材料WC/Co涂层（碳化钨）。
二、水轮机各部位磨蚀的特点 （一）转轮冲蚀磨损严重
瑞丽江一级水电站转轮型号为A351，直径为
2.8m，分15个长、15个短叶片。转轮上冠、 下环采用ZG0Cr13Ni5Mo不锈钢整体铸造而 成。转轮叶片采用0Cr13Ni5Mo钢板模压而成。 为适应多泥沙河流电站环境，设计上考虑了 转轮上冠外表面，下环迎水边及出水边，长、 短叶片进水边局部，长叶片出水边局部，以 及上、下转动止漏环均喷涂了抗磨材料 WC/Co涂层（碳化钨）。
以来，水轮机遭受泥沙磨损和气蚀的破 坏越发严重，尤其是2013年机组检修时 发现导叶大圆盘盘根密封处磨损严重， 有的底环抗磨层已全部冲蚀完，部分母 材也已损坏。
一、概述
根据中国水电顾问集体昆明勘测设计研究院提供的
水文数据，1957年7月～2001年12月连续45年实测 资料，瑞丽江一级水电站坝址多年平均流量 365m3/s、悬沙量876万t、含沙量0.76kg/m3，特别 是汛期（6月～10月）平均流量646.5m3/s、输沙率 607kg/s、含沙量0.939kg/m3，正常蓄水位725m时 库沙比仅为1.5，泥沙硬矿物含量大，泥沙硬矿物 （摩氏硬度大于5）含量占总沙量的68.17%，大量 的过机泥沙对过水部件的磨损严重，根据《水电水 利工程泥沙设计规范》，属于泥沙问题严重型水库 和电站。
水轮机泥沙磨损预估及抗磨损技术研究
水轮机泥沙磨损预估及抗磨损技术研究引言：水轮机作为一种转化水能为机械动能的重要装置，在水利工程和发电行业具有广泛应用。
然而，由于河流中存在大量的泥沙颗粒，水轮机在长期运行过程中容易受到泥沙磨损的影响，进而导致设备性能下降、寿命缩短等问题。
因此，对水轮机泥沙磨损问题进行预估和抗磨损技术的研究具有重要意义。
一、水轮机泥沙磨损预估的方法1.数值模拟方法：采用计算流体力学（CFD）方法，对水流在水轮机叶轮转动过程中的流动情况进行模拟，并通过数值求解沙颗粒对叶轮表面的磨损情况。
该方法具有较高的预测精度，但需要大量的模拟计算和实验验证。
2.经验公式法：根据历史运行数据和实际观测结果，发现泥沙磨损与水轮机流量、进口泥沙浓度、水轮机结构等因素有关，通过统计数据分析建立经验公式，进行泥沙磨损的预估。
该方法简单快捷，但准确度较低。
3.试验方法：通过设立试验装置，模拟水轮机的工作环境，进行泥沙磨损实验，通过测量叶轮表面的磨损量，来预估水轮机的泥沙磨损情况。
该方法具有较高的准确度，但需要大量的试验工作。
二、水轮机抗磨损技术的研究1.材料改良：通过选用具有耐磨性能的材料，如高铬合金、高锰钢等，替代传统的金属材料，提高水轮机叶轮和导叶的抗磨损能力。
此外，采用涂层技术、喷涂技术等方法，在叶轮表面形成一层坚硬的保护层，提高其耐磨性能。
2.结构优化：通过优化叶片的形状和结构，改变水流在叶轮上的流动方式，降低泥沙颗粒对叶轮表面的冲击和磨损。
此外，对导水管道的布置和叶轮的安装位置进行合理设计，减少泥沙颗粒的冲刷和磨损。
3.清沙技术：通过采用清淤机械、清淤航运等方法，及时清除水轮机工作环境中的泥沙颗粒，减少其对水轮机的磨损影响。
此外，加强对水库、河道的管理，建立科学的泥沙调度制度，降低河流中的泥沙浓度，进一步减少水轮机的磨损。
4.保养维护：定期对水轮机进行检修和维护工作，对已经磨损的叶轮和导叶进行修复或更换，保持其正常运行状态。
此外，严格遵守水轮机的使用规程，合理控制水轮机的运行参数，减少泥沙磨损的可能性。
混流式水轮机转轮泥沙磨损和空蚀破坏的修复
混流式水轮机转轮泥沙磨损和空蚀破坏的修复
潘杰
【期刊名称】《低碳世界》
【年(卷),期】2015(000)028
【摘要】水轮机的转轮作为整个水轮发电机组最主要的工作部件,长期工作在含沙水流中必然会遭受到磨蚀破坏,这是普遍存在的问题,同时也长期困扰着多泥沙河流水电站.泥沙的磨损以及空蚀破坏是影响转轮寿命及性能最为重要的因素,要想延长水轮机转轮的寿命并提升水轮机性能,水轮机的转轮在受到泥沙磨损以及空蚀破坏之后就要进行及时的修复.本文主要阐述了混流式水轮机转轮经泥沙磨损以及空蚀破坏的情况,并提出了相应的修复方案,希望对相关人士能有所帮助.
【总页数】2页(P63-64)
【作者】潘杰
【作者单位】国网四川电力公司雅电集团科元电力建设有限公司发电检修安装分公司,四川雅安 625000
【正文语种】中文
【中图分类】TK730.8
【相关文献】
1.大中型水泵空蚀与泥沙磨损预防及修复技术
2.水工蝶阀的空蚀破坏和泥沙磨损
3.叶茂水电厂水轮机转轮室空蚀修复
4.浅析水泵空蚀与泥沙磨损的预防及修复技术
5.混流式水轮机转轮在含沙水中的泥沙磨损分析
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混流式水轮机转轮磨蚀处理与防护探讨
混流式水轮机转轮磨蚀处理与防护探讨洪门电厂335000摘要：通过长期对水轮机磨蚀情况的观察，发现混流式水轮机受磨蚀最严重的位置在叶片背面出口靠近下环位置和下环内外表面位置。
通过对造成叶片磨蚀的原因进行分析，我们发现造成磨蚀现象的主要原因是河水中的大量泥沙以及叶片制造工艺粗糙所造成的。
因此我们对大部分的河水水流特性和磨蚀现象进行分析，发现水轮机使用聚氨酯涂层防护、高速氧燃喷漆碳化钨防护、优化转轮设计、减少过机泥沙等磨蚀防护措施，可取得一定的效果。
关键词：混流式水轮机；水轮机磨蚀；防护措施水轮机转轮是水轮发电机机组的重要组成部分，水轮机转轮是整个水轮发电机组的重要组成构件。
在实际工作过程中，水流中的泥沙磨损和空蚀现象是造成转轮损坏的主要原因。
转轮被磨蚀破坏后直接导致水轮机通流部件发生损坏，从而导致水轮机转轮的工作效率降低，同时使得水轮机的电能损失增大，还会使水轮机机组产生振动与噪声，这大大缩短了水轮机机组的使用寿命，同时也缩短了检修周期，以至于消耗大量的人力和金钱，造成一定的经济损失。
1转轮磨蚀的特点和外观特征1.1转轮磨蚀的特点混流式转轮磨蚀严重的主要部位是叶片进水边靠近上冠和下环处、下环内表面和叶片出水边靠近下环内表面处，其中混流式转轮叶片与下环的连接处磨蚀最严重，从进口到出口边磨蚀范围逐渐加大，磨蚀程度逐渐加深，形成一个磨蚀三角区，在这个三角区中，叶片与下环同时磨蚀。
形成三角区磨蚀的主要原因是转轮叶片间的二次回流引起的脱流。
由于叶片工作面与下环内表面的夹角小于90°，在二次回流的作用下，形成脱流涡，使沙粒以较大的冲角打击叶片工作面及下环内侧，此外还是转轮流速最高的区域和焊接影响区域，所以叶片磨蚀最为严重。
1.2转轮磨蚀的外观特征转轮磨蚀破坏最主要的原因是泥沙磨损和空蚀破坏，两种原因引起的破坏形式有所不同。
泥沙磨损的外观特征是表面呈角鳞状波纹、鱼鳞坑、鱼鳞槽，磨损轻微的地方有沿着水流方向的划痕和斑点。
水轮机泥沙磨损预估及抗磨损技术研究
水轮机泥沙磨损预估及抗磨损技术研究
随着水电站建设不断发展，水轮机介质泥沙磨损已成为水电行业的主要耗材。
介质泥沙磨损会直接影响水轮机的寿命，以及水电站的可靠性和可用性。
为了提高水电站的性能，有必要对水轮机泥沙磨损进行预估和抗磨损技术研究。
首先，在预估水轮机泥沙磨损的方面，首先需要对泥沙的空间分布进行调查。
在调查的基础上，可以进行计算机模拟，模拟泥沙在水轮机工作过程中的运动轨迹，分析水轮机的磨损程度。
此外，还可以利用改进的Richardson模型来预测水轮机工作过程中泥沙磨损。
同时，可以利用多因素磨损模型来预测水轮机工作过程中泥沙磨损。
其次，在抗磨损技术方面，有几种方法可以有效减少水轮机泥沙磨损。
第一，可以增加水轮叶片表面粗糙度，使叶片能够降低泥沙粒子的动能，减少磨损。
第二，可以配置水轮机尾部护泥，并设置水轮机前部前推翼，使水流的运动形式发生变化，减少泥沙粒子进入水轮叶片向前抛射的速度，从而减少磨损。
第三，在水轮机叶片表面可以采用涂覆工艺，涂覆一层磨损耐用的合金，如铝锆合金，以增加表面硬度，减少磨损。
此外，还可以使用水流场模拟方法，通过建立三维水流场模型来模拟水流运动，以便在设计水轮机时改善水流场，减少水轮机磨损。
综上所述，预估水轮机泥沙磨损的方法包括调查泥沙的空间分布以及改进的Richardson模型和多因素磨损模型；抗磨损技术方案有增加水轮叶片表面粗糙度，设置前推翼和涂覆工艺，以及利用三维水
流场模拟技术。
最后，通过进行上述研究，可以有效预估水轮机的磨损情况，并根据具体情况采取相应的措施，提高水电站的可靠性和可用性。
水轮机泥沙磨损预估及抗磨损技术研究
水轮机泥沙磨损预估及抗磨损技术研究水轮机是一种主要用于发电的机械设备，它将水的压力能转变为机械能或者电能，因此被广泛用于水电站。
随着水电站的发展，水轮机也不断改进。
但是，水轮机也会遭受到易磨损物质的摧残，如泥沙等，这也是水轮机变形和损坏的主要原因之一。
因此，对水轮机泥沙磨损的发生程度和原因进行预估，并且研究能抗磨损的新型技术，是非常必要的。
预估水轮机泥沙磨损的程度，主要有两类方法，一是以理论数学方法为基础，利用船舶等抗磨损设计方法对水轮机泥沙磨损发生的程度进行评估。
这种方法可以得到水轮机外壳表面的磨损程度、噪声及流量等参数，但是由于水轮机的参数较多，而且实验过程较为复杂，因此该方法比较耗时。
二是以实验方法为基础，通过采集水轮机施工过程中泥沙的矿物学特征，以及水轮机在潮汐期间不同位置的流速等信息，来预估水轮机泥沙磨损的程度。
这种方法可以直接测量泥沙含量，从而直接判断水轮机磨损程度，但是需要大量的实验数据，不能对水轮机系统进行整体分析。
针对水轮机泥沙磨损的抗磨损技术，主要有三大类型：防止性技术、延缓性技术和控制性技术。
1、防止性技术，是在水轮机初始设计阶段，通过改变机械结构、提升机械耐久性和减少机械摩擦耗能等方面，预防泥沙磨损的发生，比如采用抗磨损材料、改进机械设计结构、减少摩擦系数等措施，从而抑制机械磨损程度。
2、延缓性技术，是指在水轮机安装完成后，结合水轮机运行情况，通过除污筛，抑制泥沙的进入，从而减少水轮机的磨损。
3、控制性技术，是指在水轮机运行过程中，结合实验信息，综合分析水轮机泥沙磨损情况，并采取相应措施，延缓水轮机泥沙磨损的发生。
以上就是有关水轮机泥沙磨损预估及抗磨损技术研究的内容，可以看出，水轮机泥沙磨损预估和抗磨损技术研究对于水轮机的可靠性和运行寿命具有重要的意义。
未来，随着水轮机运行条件的改善，水轮机的磨损问题也会逐步减少，从而提高水轮机的运行可靠性和可靠性。
浅议水轮机运行减少泥沙磨蚀的措施
浅议水轮机运行减少泥沙磨蚀的措施摘要：多泥沙河流运行机组，普遍存在水轮机及部件磨损的问题，通过分析造成设备磨损的影响因素，讨论减少泥沙磨蚀的措施。
关键词：泥沙、水轮机及部件磨蚀、措施水轮机及部件磨损是多泥沙河流水电站机组运行中存在的主要设备缺陷，形成原因复杂，影响因素多。
其中泥沙磨蚀、气蚀影响和机械振动都是设备及部件磨损的重要因素。
结合党河三级电站运行实践来重点讨论泥沙磨蚀对水轮机运行的影响和减少泥沙磨蚀的措施。
1 电站概况党上三级水电站位于酒泉市肃北县境内党河上游干流上。
电站采取渠首引水、引水暗渠接压力前池工程布置形式。
电站调节库容小，渠首的清淤排沙采取定期启闭闸门调节水位的方式进行清理。
引水渠道前端设长度为150米的沉砂池，主要用于沉淀推移质泥沙，定期机械清理。
1.1河流泥沙情况党河多年平均径流量约为3.5亿m3。
流域地表径流为集中的降雨和冰雪融水水系，由于地表植被较差，河流泥沙量较大。
经水文地质调查，党河河道年平均输沙量为65.3万t，其中悬移质平均含沙率为1.93kg/m3；推移质泥沙为悬移质泥沙总量的10%，主要为卵石及砂砾。
1.2 电站设备情况电站水轮机型号为HLA235-LJ-115，转轮直径115cm，机组额定水头117米，额定转速500r/min，空蚀系数0.05。
电站为高水头、小流量引水式电站，机组转速高。
由于河流泥沙量大、硬度高等原因，对水轮机过流部件如转轮、导叶、抗磨板、密封环等磨蚀严重，设备部件安装间隙变大，机组漏水量加大，耗水率增加，影响设备安全运行和经济运行。
电站每年冬季定期检修主要工作就是修复或更换已磨损的水轮机过流部件。
2 水轮机及部件磨蚀及原因分析2.1 磨蚀情况因泥沙磨蚀的原因，混流式水轮机磨损部位主要是转轮导叶和转轮室部件，包括导叶立面和端面、叶片头部背面、叶片外缘端面和出水边缘及出口根部；抗磨板、密封环、下环内侧等。
磨损表现特点有导叶出现裂纹、进水边有分布不均凹坑；止漏环单边不规则，间隙变大；抗磨板出现明显坑槽等。
水轮机过流金属表面泥沙磨蚀机理及其保护性措施
水轮机过流金属表面泥沙磨蚀机理及其保护性措施摘要：本文从水轮机在水电站实际运行状态中分析了水轮机过流金属表面在泥沙作用下受到磨蚀和空蚀破坏。
关键词：水轮机；泥沙磨蚀；空蚀1前言水轮机是一种利用水的落差来实现能量转换的机械，即把水能通过特制的机械设备转换为机械旋转能量，并带动发电机转子旋转，应用法拉第电磁感应定律，导线在旋转的磁场中产生电能。
导线即发电机定子线圈，由励磁装置给发电机转子线圈充磁产生旋转磁场。
本身带有能量的水流作功于水轮机转轮，将水能传递给转轮，转轮旋转作功，并通过主轴将旋转机械能传递给发电机。
作功后的水流排人尾水，完成第一步能量转换工作。
水流经过的地方就称之为过流通道。
在水轮机过流通道中工作的零件如蜗壳，座环，导叶，顶盖，底环，转轮室，转轮，尾水管，管型壳，机壳，喷嘴，喷针等都为金属（铸铁，铸钢，焊接碳素钢材，不锈钢或其它有色金属等）制造，所以这些零件也称为过流金属零件，其与流体介质直接相接触的部位就是过流金属表面。
当流体介质通过过流金属表面，并进行一定形式的能量交换时，过流金属表面就会受到流体介质的各种物理和化学作用。
如果在进行能量交换时过流金属表面出现组织缺陷或流体介质含有泥沙及化学腐蚀性物质，就会在过流金属表面发生明显的组织疏松和机体磨削现象，这种现象严重时将造成过流金属表面受到破坏而使整个机器丧失很大的作用功能。
轻则也会使机器的使用效果和寿命大为降低。
因此有效地减少或消除这种破坏影响已成为流体机械行业，特别是从事水轮机科研和生产的科技工作者们当前所面临的一个紧迫问题。
2 泥沙磨蚀中国幅员辽阔，南北方的气候，地质，植被，风沙，环保等自然环境都有非常太的显著区别。
从泥沙磨蚀角度来看，北方远比南方的情况严重得多。
如新疆，青海，甘肃，山西，河北，内蒙等地森林植被被严重破坏，风沙较大。
在汛期时，河流中水质含大量泥沙对水轮机过流金属表面磨蚀损害特别大，尤其是黄河流域更显得突出。
南方情况也不容乐观，同样是因森林植被被滥砍滥伐，随意开荒等自然环境遭到严重破坏，使长江有成为第二条黄河的威胁，也使许多水电站出现较严重的水轮机过流金属表面被磨蚀损坏的现象。
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转轮是整个水电机组的核心部件，转轮叶片的 泥沙磨损破坏会直接影响电站的正常安全运行，水 轮机叶片水力设计主要采如下的抗泥沙磨损技术。
1） 适当加厚转轮叶片，特别在叶片的出水边磨 损严重的 部 分，这 样 有 利 于 延 长 转 轮 的 维 修 周 期。 出水边加厚需要注意倒角修型，防止卡门涡和压力 脉动的出现。
损程度同含沙水流速度 3 ～ 4 次方成正比关系。所 以降低水轮机通道内部水流的相对速度，就可以有 效地缓解泥沙对过流部件的磨损破坏程度，在多泥 沙河流电站水轮机选型过程中需要特别注意。文 献［5］指出多泥沙电站机组选型时应采用较低的比 转速，这样 能 有 效 降 低 水 轮 机 通 道 内 的 相 对 速 度， 增大真机尺寸，在一定程度上提高了过流部件的抗 磨损 能 力，但 比 转 速 不 能 一 味 降 低，它 还 受 到 电 站 参数和机组能量指标的制约。
破坏作用。水轮机过流部件的泥沙磨损程度同过
机泥沙的含量、泥沙颗粒属性、水轮机材料、水流的
速度及流态等因素关系密切，国外的 SEW 集团和
Voith 集团通过相关试验总结出一系列泥沙磨损程 度与 相 关 因 素 的 关 系 式［2］。 SEW 集 团 采 用
X5CrNi13 /4 钢材进行试验研究，测得试件的磨损率
1） 在过流通道拐弯和截面面积变化较大的位
第1 期
张 广，等： 水轮机抗泥沙磨损技术分析
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置适当增加过渡圆弧，削弱含沙水对过流部件的冲 击破坏强度。
2） 尽可能减少导叶端面间隙，减少间隙漏水 量，合 理 布 置 导 叶 端 面 和 立 面 密 封，要 方 便 易 磨 损 密封的维护和更换。
3） 合理选择水轮机上下止漏环的位置，高水头 水轮机转轮上冠应采用梳齿密封，下环采用斜阶梯 式密封。 2. 4 加工制造
式中： W 为磨损量，m3 / kg； α 为撞击角度； c 为常数；
Vp 为撞击速度； n 为磨损与速度关系曲线上直线的 斜率，n 的取值需要通过试验来确定，相对于塑性材
料来 说，脆 性 材 料 对 来 流 速 度 的 敏 感 性 较 大，相 应
的 n 值较大。
中国黄河水利委员会水ຫໍສະໝຸດ 科学研究院以黄河良好的母材材质和加工工艺可以明显提高过 流部件的抗磨能力。多泥沙电站机组转轮加工主 要采 用 组 焊 结 构，上 冠、下 环 采 用 抗 磨 性 能 良 好 的 ZG00Cr13Ni5Mo 不锈钢超低碳精炼铸造或不锈钢 板热辊压加工成型。转轮叶片多数采用 0Cr13Ni5Mo 不锈钢板热弯成型或 ZG00Cr13Ni5Mo 不锈钢超低 碳精炼铸造。转轮叶片出水边和上冠、下环的连接 部位 使 用 应 力 三 角 块，并 以 圆 弧 连 接 过 渡，从 而 减 轻泥沙磨损。导叶材质通常使用 ZG0Cr13Ni5Mo 不 锈钢铸造或 0Crl3Ni5Mo 不锈钢电渣熔铸，导叶表面 采用硬化处理，使其硬度不低于 HB280，以提高抗 磨能力。整个加工过程采用全方位数控机床进行， 要特 别 注 意 水 轮 机 叶 片 的 加 工，尽 量 减 少 误 差，保 证叶片几何的正确性，提高过流表面的粗糙度［8］。
三门 峡、小 浪 底 电 站 泥 沙 磨 损 为 研 究 对 象，对 几 种
不 同 材 料 的 磨 损 损 失 与 泥 沙 含 量、含 沙 水 流 动 速
度、泥 沙 粒 径 的 关 系 开 展 研 究，得 到 了 泥 沙 磨 损 与 其相关因素的关系［3 － 4］。
泥沙粒径与材料磨损程度关系式：
W = Kdn
第 37 卷 第 1 期 2015 年 2 月
黑龙江电力 Heilongjiang Electric Power
Vol. 37 No. 1 Feb． 2015
水轮机抗泥沙磨损技术分析
张 广，魏显著，刘万江
（ 哈尔滨大电机研究所 水力发电设备国家重点试验室，哈尔滨 150040）
摘 要： 为了解决水电站水轮机泥沙磨损的问题，笔者根据国内外科研人员在水轮机抗泥沙磨损技术研究成果，分析了影响
高水头混流式水轮机磨损的主要部位是导水 机构，导叶出口处的最大流速可达到 50 ～ 60 m / s， 使导水机构的泥沙磨损程度远超过转轮叶片。目 前水力设计上采取如下减轻导叶区域泥沙磨损技 术措施。
1） 适当扩大活动导叶分布圆的直径，在强度允 许的前提下增大导叶相对高度，有利于降低过 流 速度。
2） 合理增加导叶数量，保证固定导叶与活动导 叶数量相同，可以使流动更加均匀。
W = Kv s t 2. 6 ∶ 3. 5 0. 954 ∶ 1. 139 0. 95 ∶ 1． 00
（ 4）
式中： K 为与试件材料、泥沙含量、泥沙颗粒属性相
关的系数； v 为含沙水的速度； s 为泥沙含量，单位 kg / m3 ； t 为磨损时间，h。
2 设计与制造技术
2. 1 水轮机选型 通过以上的分析可知，水轮机过流部件泥沙磨
Analysis of anti － send － abrasion technology for hydraulic turbine
ZHANG Guang，WEI Xianzhu，LIU Wanjiang
（ National Key Laboratory of Hydropower Equipment，Harbin Motor Institute，Harbin 150040，China）
Abstract： In order to solve send abrasion in hydraulic turbine，the author analyzes the reasons for abrasion according to the research result of anti － send － abrasion technology for hydraulic turbine from the researchers both in China and abroad，and propses the designing and manufacturing and measurs to protect the surface，which are the selection，hydraulic design，structural optimization and processing of hydraulic turbine，and surfacing electrode，epoxy resin coating，polyurethane coating and high － speed oxygen － combustion tungsten carbide coating． The practice shows that the factors influencing send abrasion in hydraulic turbine is sendiment content，properties，marterials of hydraulic turbine，water flow and condition． When design hydraulic turbine，relatively low specific speed and water flow should be selected，with protection coating selected by the turbine type and head range． Key words： hydraulic turbine； send abrasion； designing and manufacturing； anti － abrastion coating
与来流速度的关系式为
·
δ（ u）
= Ku3. 4
（ 1）
·
式中： δ 为磨蚀率，μm / h； K 为与材料属性有关的常
数，需要通过试验获得； u 为来流速度。
Voith 得到的结论与 SEW 的基本一致，试件磨
损量 W 的近似关系式为
W（ α） = cVnp
（ 2）
·62·
黑龙江电力
第 37 卷
目前，中国的大中型水电机组中有 30% ～ 40% 存在不同程度的泥沙磨损破坏问题，个别水电站水轮 机组泥沙磨损问题特别严重，使水电机组效率降低较 快，导致机组检修频繁，这给水电机组的正常运行和 电网的安全稳定带来极大的隐患［1］。为此，本文根 据近年来国内外水电站及科研机构在工程实践、试验 及理论方面抗泥沙磨损技术的研究成果，分析了影响 水轮机泥沙磨损的因素，从水轮机设计制造技术、抗 磨涂层及材料的应用等方面提出了抗泥沙防磨蚀措 施，为从事相关工作的科研人员提供了参考。
（ 3）
式中： W 为试件损失的重量，mg； K 为与试件材料、
泥沙含量及磨损时间相关的系数； d 为泥沙粒径，
m； n 为 泥 沙 粒 径 指 数，n = 0. 9 ～ 1. 4，一 般 取 值
为 1. 1829。
材料损失 的 重 量 与 含 沙 水 来 流 速 度、含 沙 量、
磨损时间的关系式：
1 影响泥沙磨损的因素
水轮机过流部件表面主要受水流中的悬移质
收稿日期： 2014 － 09 － 02。 作者简介： 张 广（ 1983—） ，男，工程师，博士，研究方向为水力机械
多相流研究与设计。
泥沙影响，小 粒 径 的 悬 移 质 泥 沙 与 水 充 分 混 合，随
水流运动，对水轮机过流部件表面产生切削和冲击
为了避免泥沙磨损与空化现象同时出现引起 严重的联合破坏，多泥沙电站选型时需要注意水轮 机吸出 高 度 的 选 择，应 尽 量 减 小 机 组 的 吸 出 高 度［6］。国内有 关 科 研 机 构 在 专 门 的 泥 沙 磨 损 试 验 台上针对清水和含沙水两种介质进行过多次水轮 机 性 能 对 比 试 验，结 果 表 明 含 沙 水 对 水 轮 机 的 效 率、运 行 工 况 和 压 力 脉 动 影 响 并 不 大，对 水 轮 机 初 生空化有一定影响。因此，在确定多泥沙电站吸出 高度时，应留有较 大 裕 度。 文 献［7］建 议 多 泥 沙 电 站初生空化安全系数适当增大到 1. 10 ～ 1. 15。在