水轮机抗泥沙磨损用高速喷镀新技术的试验研究
清水和含沙水中混流式水轮机空化磨蚀特性研究进展
清水和含沙水中混流式水轮机空化磨蚀特性研究进展发布时间：2021-12-02T05:47:36.525Z 来源：《建筑实践》2021年第22期作者：严欣[导读] 空化作为水轮机运行过程中不可避免的现象之一，影响着水轮机的使用寿命和安全稳定运行严欣（陕西地建土地勘测规划设计院有限责任公司，陕西西安 710075）摘要:空化作为水轮机运行过程中不可避免的现象之一，影响着水轮机的使用寿命和安全稳定运行。
当水流中含有泥沙时，泥沙颗粒对空化产生促进作用，导致空化磨蚀更加严重。
本文针对混流式水轮机在清水和含沙水中的空化、磨损和磨蚀已经改善措施进行归纳总结，为空化磨蚀的研究提供一定基础。
关键词:混流式水轮机；空化；磨损；磨蚀引言继三峡水电站之后，我国第二大水电站白鹤滩水电站首批机组也已经开始投产发电，水电在能源发展中的作用日益明显，水力发电在我国发电占比中仅次于火力发电，且成本低、污染少、易于运行。
近年来，城市用电需求不断增加，水力机械快速发展，我国水轮机正在不断向高水头、大容量发展。
混流式水轮机因其结构简单、效率高及水头范围广等特点成为目前世界各地应用最为广泛的水轮机之一。
空化作为水力机械运行过程中的常见现象之一，造成过流部件材料表面破坏，水轮机效率降低，带来经济损失，严重时会威胁水力机组的安全稳定运行。
以黄河流域为代表的我国许多水域中都含有大量泥沙颗粒，泥沙会对水轮机产生磨损破坏，磨损与空化两者之间相互促进，导致水轮机很短时间内遭受严重破坏。
目前已有许多学者专家进行了相关研究并提出改善空化性能的方法，但仍无法完全避免空化磨蚀带来的破坏。
因此，关于清水和含沙水中水轮机的抗空化磨蚀能力就成了迫切需要进一步深入研究的问题[1]。
混流式水轮机因其结构简单、效率高以及水头范围广等特点成为目前世界各地应用最为广泛的水轮机之一。
1.清水中空化空蚀是指水流中存在于负压区的气泡溃灭产生能量在过流部件表面造成破坏。
目前关于空化理论的研究主要还是通过观察空泡的发展来进行。
科技成果——多沙河流水轮机活动导叶整体磨蚀防护技术
科技成果——多沙河流水轮机活动导叶整体磨蚀防护技术技术开发单位
黄河水利委员会黄河水利科学研究院
成果简介
针对水轮机活动导叶因磨蚀导致漏水严重问题，提出了活动导叶整体磨蚀防护技术方案，即采用钢塑复合聚氨酯导叶密封装置替换原刚性密封方案，采用聚氨酯复合树脂砂浆对导叶剩余部分进行整体磨蚀防护处理。
通过不锈钢螺栓和粘接剂将聚氨酯密封板固定在活动导叶原刚性密封上，其余部位用聚氨酯复合树脂砂浆填充进行光滑过渡，保障导叶具有良好的抵抗泥沙磨蚀的能力。
提高了水轮机导叶全关状态下的密封性能，能够起到有效地抗磨和抑制漏水的作用，从而改善了正常停机时因导叶漏水量增大而导致的机组潜动现象，大大提高了机组的发电效率。
主要性能指标
1、聚氨酯导叶立面密封板
抗张强度：40-65MPa；NBS磨损指数：300-400%；邵氏硬度：80A-95A；延伸率：210-490%；撕裂强度：16-25kN/m；回弹率：40-58%。
2、聚氨酯复合树脂砂浆涂层
抗压强度：100-120MPa；抗拉强度：24-28MPa；与钢粘接强度：30-40MPa；抗冲磨强度：10-15h/（g/cm2）；空蚀率：0.05-0.1g/h；抗冲击强度：23-40MPa；厚度：2-5mm。
适用范围
适用于多泥沙水电站水轮机导叶出厂前的磨蚀预防护和常规导叶传统刚性密封磨蚀后的修复处理。
新型冲击式水轮机的设计和实验验证
新型冲击式水轮机的设计和实验验证一、引言水能是一种可再生的能源资源，全球各国都在寻求开发和利用水能资源的方法。
水轮机作为将水能转化为机械能的设备，一直以来都扮演着重要的角色。
然而，传统的水轮机存在效率低、造价高和环境污染等问题。
因此，研发新型冲击式水轮机成为了提高水能利用效率和可持续发展的重要途径。
二、新型冲击式水轮机的设计1. 内部构造新型冲击式水轮机的设计灵感来自于水击式瞬时加热器。
它采用了冲击式设计，即利用水流的冲击力来驱动转子旋转。
水流在进入水轮机时经过喷嘴加速，然后以高速撞击转子叶片，使转子叶片产生力矩，从而驱动转子旋转。
与传统水轮机的叶轮相比，新型冲击式水轮机的叶片更加简单和易于制造。
2. 转子材料选择为了保证冲击式水轮机的稳定性和耐用性，转子材料的选择至关重要。
一般情况下，高强度和耐腐蚀性的材料是首选。
比如，钛合金、不锈钢和镍基合金都是常用的转子材料。
此外，可以通过表面处理技术，如涂覆陶瓷材料或增加耐磨层，来提高转子的耐磨性能。
3. 涡轮设计涡轮是新型冲击式水轮机的核心部件。
其设计需要综合考虑转子的旋转速度、流量、叶片形状等因素。
一般来说，设计涡轮时应遵循流体动力学理论，以确保水流在涡轮叶片上的冲击充分转化为机械转动力。
此外，采用可调节叶片角度的设计有助于提高水轮机的效率。
三、新型冲击式水轮机的实验验证1. 实验装置为了验证新型冲击式水轮机的性能和效率，需要搭建相应的实验装置。
实验装置包括供水系统、水轮机、负载系统、测量传感器和数据采集系统等。
供水系统用于提供水流，水轮机将水流转化为机械能，负载系统模拟实际使用情况，测量传感器用于监测各项参数，数据采集系统用于记录实验数据。
2. 实验过程在实验过程中，需要调整流量、压力和转速等参数，以及记录水轮机的转速、扭矩和输出功率等信息。
通过改变水流条件以及水轮机的设计参数，可以获取不同工况下的性能曲线和效率曲线。
此外，还可以进行一些特殊的试验，如冷启动试验、部分负载试验和自适应调整试验，以评估新型冲击式水轮机的工作性能。
科技成果——大型水利设备过流部件循环修复再制造及表面防磨减阻节能处理技术
科技成果——大型水利设备过流部件循环修复再制造及表面防磨减阻节能处理技术
技术开发单位
天津阿麦特工程技术有限公司、爱德艾瑞（北京）科技发展有限公司
成果简介
该技术针对水轮机及离心泵的汽蚀磨损这一业内通病难题，结合军转民技术，首次在国内用高频爆震熔射技术将专有的非晶金属陶瓷粉末熔射在零件表面形成高韧性、抗冲击超硬涂层，在非晶陶瓷涂层上进一步选择性涂覆专有抗汽蚀、磨蚀的聚合物陶瓷涂层，形成双涂层防护。
该技术开发了配套专用涂层施工工艺，可在用户现场实现灵活快速涂层施工，双涂层既可抵抗泥沙冲刷磨损，又能很好解决强汽蚀对水轮机和泵的过流部件破坏，使水轮机部件的金属磨耗失重量降低为原来的1/40，成功解决水利过流部件的汽蚀磨损难题。
该技术研发成功后，从2015年开始陆续在国内一些有代表性的水电及泵站进行推广，目前已服务50余套机组累计230余件过流部件，其抗汽蚀抗磨损效果卓越。
主要性能指标
1、非晶陶瓷涂层硬度HRC70～80，非晶陶瓷涂层厚度0.3mm，非晶陶瓷涂层结合强度≥70MPa。
2、聚合物陶瓷涂层厚度2-3mm，聚合物涂层结合强度≥40MPa，聚合物最高工作温度170℃。
适用范围
适用于水电站、提灌抽水泵站、挖泥泵、污水泵过流部件的修复及抗磨蚀涂层防护场合。
基于热扩散重熔技术的水轮机叶片抗磨蚀研究
基于热扩散重熔技术的水轮机叶片抗磨蚀研究李志红;杜懋远;梁兴;黄小军;刘强【期刊名称】《南昌工程学院学报》【年(卷),期】2017(036)006【摘要】针对水轮机叶片抗磨蚀问题,采用热扩散重熔技术和封孔技术相结合的复合表面处理技术,获得一种新的高显微硬度、高结合强度和低孔隙率钴铬碳化钨涂层,利用定量金相图谱分析法与普通的超音速火焰喷涂制备的钴铬碳化钨涂层进行抗磨蚀试验对比分析.研究表明,高显微硬度、高结合强度、低孔隙率的新涂层失重量较少,刮削痕迹较为均匀;而普通涂层刮削痕迹集中,涂层破坏严重.通过复合表面处理技术得到的高性能涂层对于叶片的抗磨蚀防护具有非常明显的效果.【总页数】4页(P96-99)【作者】李志红;杜懋远;梁兴;黄小军;刘强【作者单位】南昌工程学院江西省精密驱动与控制重点实验室,江西南昌330099;南昌工程学院江西省精密驱动与控制重点实验室,江西南昌330099;南昌工程学院江西省精密驱动与控制重点实验室,江西南昌330099;南昌工程学院江西省精密驱动与控制重点实验室,江西南昌330099;南昌工程学院江西省精密驱动与控制重点实验室,江西南昌330099【正文语种】中文【中图分类】TK730【相关文献】1.葛洲坝水电站水轮机叶片抗磨蚀的研究与防护 [J], 李翠林;卢进玉;刘洁;邓键2.基于VERICUT的水轮机叶片五轴联动数控加工仿真技术研究 [J], 邓维鑫;周奎;司徒渝;许明恒3.水轮机叶片ZL6抗磨蚀复合涂层的组织结构与性能研究 [J], 李士同;吕宇鹏;朱瑞富4.水轮机叶片CrMnN抗磨蚀涂层的组织结构与性能研究 [J], 李士同;朱瑞富;张福成5.水轮机叶片表面抗磨蚀技术研究现状 [J], 谌昀;周新;付青峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
水力机械中冲蚀磨损规律及抗磨措施研究进展分析
水力机械中冲蚀磨损规律及抗磨措施研究进展分析摘要：由于水利水电工程机械在运行的过程中会受到一定程度的冲蚀磨损，给工程项目的施工质量造成严重影响，为了能够提高水利水电工程的施工效果，避免水利机械被冲蚀磨损而影响正常运行，必须要对水利水电机械抗磨损的相关策略进行研究，保证水利水电机械的整体运行质量全面提升。
关键词：水力机械；冲蚀磨损；抗磨措施；研究进展在水利水电工程机械运行的过程中，大量的过流部件受到冲蚀磨损，很容易引发工程危害和经济损失。
根据相关的数据资料统计显示，水利水电工程水利机械冲蚀磨损占据总破坏数的8%左右，在固液两相流工况的条件下冲蚀磨损，会导致机械材料损耗，也会影响水利水电机械部件的运行效果，由于我国的河流含沙量比较大，对水利水电机械磨损的情况非常严重。
一、水利机械冲蚀磨损的主要危害由于水利机械运行的环境非常的恶劣，各种密封过流部件很容易承受巨大的冲击力引发冲蚀磨损等问题，还存在着彼此交互作用的问题，严重影响了材料的使用效果。
从长期来看，在工况运行的过程中，如果没有对冲蚀磨损的机理以及抗腐蚀材料进行深入研究，很容易造成过流部件两相设计不够成熟完善，严重影响水利机械的使用寿命，引发巨大的经济损失[1]。
例如，严重的水利机械冲蚀磨损很容易导致材料结构受到破坏，引发洞穿、磨坑的情况，给水利机械的安全稳定运行造成了非常严重的影响，最终使得水利机械使用寿命缩短、出力减少，效率下降，必须要进行频繁的检修。
水泵机械在长时间的冲蚀磨损之下，很容易引发过流部件材料损失、扬程效率降低，导致过流部件之间的间隙增大，在运行时会产生大量的噪音和污染，水利输送矿浆的过程中由于矿浆的腐蚀性比较大，磨损问题非常显著，引起密封失效，轮转轴承漏油问题相当严重，给生态环境造成严重破坏。
二、固液两相流流场对使机械磨损的理论固液两相流流场中的颗粒浓度分布以及流体的速度都会对水利机械磨损造成不同程度的影响。
为了确保对固液两相流中的固体颗粒产生的模冲蚀磨损作用，必须要建立完整的实验模型，对不同工况下的冲蚀磨损性能进行合理预测。
扎拉水电站水轮机抗泥沙磨损设计
云南水力发电YUNNAN WATER POWER 128第35卷第1 期1 概述扎拉水电站是西藏玉曲河干流下游河段七级开发方案中的第6级，坝址位于碧土乡扎郎村附近，距左贡县城约136km，距昌都约290km，距河口约83km；厂址位于察隅县察瓦龙乡珠拉村，引水线路长约5.5km。
引水系统采用1洞1室2管4机布置，电站布置在下游珠拉村，采用地面厂房，安装4台单机250MW 冲击式水轮发电机组，总装机1000MW。
扎拉水电站最大水头690.55m，水头较高，对应的水流速度快，高速射流的含沙水直接对喷嘴、转轮等过流部件造成严重破坏，主要磨损部位包括喷针（中部和尾部）、喷嘴出口边和水斗。
过机泥沙将是影响机组运行的关键性因素，所以需对水轮机的泥沙磨损情况进行预估，并提出相应的抗泥沙磨损措施。
2 泥沙参数玉曲河位于雪域高原区，属山区性河流，径流补给中雪山融水、地下水占有较大比重，人类活动主要为游牧业，农业比重低，水土流失不严重。
玉曲河流域有左贡水文站2008年7月以来、扎拉坝址专用站2013年以来的泥沙资料。
扎拉水电站水轮机抗泥沙磨损设计胡定辉，何峰，何志锋，林炎华，马凌腾（长江勘测规划设计研究有限责任公司，武汉 430010）摘 要：扎拉水电站西藏玉曲河干流下游河段七级开发方案中的第六级，安装4台单机250MW 冲击式水轮发电机组，机组最大水头690.55m，多年平均过机泥沙含量0.2kg/m 3。
电站具有水头高、泥沙含量偏大的特点，过机泥沙将是影响机组运行的关键性因素设计人员采用在工程所在地收集的泥沙样本，对扎拉电站的水轮机转轮材料进行了圆盘喷射泥沙磨损试验。
根据试验结果，拟合出材料的磨损量与泥沙参数的关系式，并对水轮机的泥沙磨损情况进行预估，提出了相应的抗泥沙磨损措施。
关键词：扎拉水电站；水轮机；泥沙磨损；磨损措施中图分类号：TV734.2+1 文献标识码：A 文章编号：1006-3951(2019)01-0128-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2019.01.033Anti- sediment abrasion design of turbine at Zhala Hydropower StationHu Dinghui, He Feng,He Zhifeng, Lin Yanhua, Ma Lingteng(Chang jiang Survey Planning Design and Research Co., Ltd., Wuhan 430010)Abstract: Zhala hydropower station is the sixth station of the seven-level development plan for the downstream section of the Yulu River There have 4 turbine-generator units, each unit capacity is 250MW. The maximum water head of the unit is 690.55m, and the multi-years average sediment content is 0.2kg/m 3. The power station has the characteristics of high water head and high sediment content, and the sediment passing through the turbine will be the key factor affecting the operation of the unit. The engineer used the sediment samples collected at the project site to conduct a disc spray and sand abrasion test on the turbine runner material of the Zara Power Station. According to the test results, we fit the relationship between the wear amount of the material and the sediment parameters .Then we estimate the sediment abrasion of the turbine and put forward the corresponding measures to resist the sediment abrasion.Key words: Zhala Hydropower Station; Turbine; Sediment abrasion收稿日期：2018-08-13作者简介：胡定辉（1980），男，湖北武汉人，高级工程师，主要从事水电站机电设计工作。
水轮机磨蚀与防治
关 键 词 水 轮 机 泥 沙磨 损 空 蚀 磨 蚀 中图分类号 Ｔ ７ Ｋ３ 文 献标 识 码 Ａ 文 章 编 号 １０—９０ ２ １）１０３—５ ０ ７６８ （０ １０—０９０
我 国是 多 泥沙河 流 国家 ，水 轮机 泥沙磨 蚀 破坏 是 我 国水 电站 的特殊 问题 。过机 泥沙 是产 生水 轮机 磨蚀 的根源 ，泥 沙来 自水 土 流失 。我 国黄河 、长江 等七 大 流域 和新 疆等 地 的 内陆河流 都有 不 同程度 的
水土 流 失 。据 统 计 ，我 国年 平 均 输 沙 量 在 １ ４万 ｔ
我 国对水 轮 机泥 沙 磨 蚀 问 题 的 研究 已 有 ５ ０多 年历 史 ，早在 ２ ０世纪 ５ ０年代 ，在 修 建北 京 官厅 水 库和 黄河 三 门峡 等 水 利 枢 纽 工 程 以及 １５ ９６年 编 制 国家 １ ２年科 技 发 展 规划 时 ，就提 出水 轮 机 泥 沙 磨 损 的问题 。经 过几 代科 技工 作者 和水 电厂运 行 与检 修人员 的共 同研 究 与实践 ， 已经取 得 了减缓 水轮 机 磨 蚀破 坏 的不少 综合 治理 成果 ，但 综 观全局 ，我 国
是 部位 比较 固定 ，常 见 于转 轮 叶片 的负 压 面 等处 ； 泥沙磨 损 可分 为平 面磨损 和局 部磨 损两种 。在多 泥
沙 水 中运行 的水 轮机 ，其 过流 部件 金属表 面产 生 大 面积 波 纹 、鱼 鳞 坑 及 沟 槽 称 为磨 损 ，常 见 于 正 压 面 ，如 叶 片和 导 叶 的正 面 等 处 ，清 水 电站 则没 有 ； 由于水 轮机 过流 部件 金属 表 面的局 部 区域 受材 质疏 松 、缩孑 等 凹 凸不平 或 设 计 加 工 不合 理 （ 轴 流式 Ｌ 如 水轮 机 叶片 吊孔 ） 原 因 引起 的较 深 的 冲 沟 和坑 穴 等 等 破坏 称 为局部 磨损 。有 时局 部磨 损 比平 面磨 损危 害 还要 大 ，应 引 起足 够重 视 。 众所 周 知 ，多 泥沙 河 流 上 的水 电站 有 汛 期 （ 浑 水） 非汛期 （ 水 ） 和 清 ，水 轮 机 在 一 年 运 行 中 ，清 、 浑水 条 件 同时存 在 。因为 汛期来 水 量大 ，水 电厂可 以多 发 电 ，但 汛期 水 中泥 沙 含 量也 多 （ 占全年 输 约 沙量 的９ ％以 上 ） ０ ，而 且 泥 沙 大都 集 中在 几 次 沙 峰 期 。因 而汛期 尤其 是沙 峰期 水轮 机过 流部件 金属 表 面 的磨蚀 破坏 也就 特别 严重 。 国内对其 破坏 的认 识 尚有 不 同看法 ，还 需通 过实践 深 入研究 探讨 ，以求
水轮机的空化空蚀、泥沙磨损
水轮机的空化空蚀、泥沙磨损水轮机的空化空蚀、泥沙磨损第一节空化与空蚀空化与空蚀是发生于液体作为介质的水力机械中的一种特有现象，而在固体和空气中一般不会发生空化和空蚀。
（气蚀一词，来源于拉丁文，形成空穴之意，目前国内的译法很不统一，有气蚀、汽蚀、空蚀、空穴、空泡等各种译法）一、空化现象这是一种流体力学现象。
把给定温度下，液体开始汽化的压力叫做临界压力。
（在不同温度下，液体的临界压力是不同的）。
注意：当液体温度一定，而压力降低到相应的临界压力时，也会出现汽化现象，同时溶解于液体中的气体析出，形成空泡（空穴）。
通过水力机械流道中的液流，如果某个地方的流速增高，必然会引起此处的局部压力下降，当压力降低到当时液流下的临界压力时，这个低压区的液流就会开始汽化——出现空泡（汽泡），空泡随液流运动到较高压力区，由于P↑，汽泡中的蒸气要重新凝结成水，汽泡溃灭。
因为体积突然收缩，汽泡原先占有的空间形成真空，于是周围的高压液流质点高速冲近来，将对过流表面产生非常大的瞬间脉冲压力（水锤压力）。
同时，在压力增高时，原来从液流中分解出来的小汽泡，在水锤压力的作用下被急剧压缩，直到汽泡的弹性力大雨水锤压力时，汽泡将停止压缩而瞬间膨胀，所以对过流表面又形成另一种水锤压力。
空化：随着压力变化，液流中出现空泡状态（初生、发展、溃灭）及产生一系列物理化学变化称作空化（空穴）。
空蚀：指当空泡的溃灭过程发生于固壁表面，而使材料破坏，即由空化引起的材料破坏（侵蚀）。
二、空蚀机理空蚀对过流部件造成的破坏，主要有四种理论：机械作用、电化作用、化学作用和微射流理论。
1、机械作用在过流表面的某处，随着液流不断流过，空泡不断形成—溃灭—压缩和膨胀，将产生很高的冲击压力。
通过高速摄影的圆盘实验观察到，汽泡凝结时间约万分之一秒，水锤压力可以达到几百个甚至几千个大气压，对边壁材料造成破坏。
（1）空泡在溃灭过程中产生冲击波，从空泡的中心向外放射时具有和大的冲击力，对材料产生破坏。
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黔研 ’ 脚
泥磨现 攫 沙损状
件2000--4000h 即报废， 扬程高的泵仅仅
运行 1000h 就报废。
我国河流含沙量大， 年平均 1 万t 000 以上， 115条河流， 有 直接人海泥沙 19.4t, 黄河及其支流水轮机都受到磨蚀。 我国大 中型机组有 132 台水轮机泥沙磨损严重， 共计 12000 万kW，中 小型有2200万kW, 1 0万台， 约341 )万kW， 在黄河上泥沙含量 最大的流段， 长期平均含沙量是 16kg/m' , 高峰期高达800kg/m' 。 泥沙的矿物成分相 当复杂， 轻矿物、 石英、 长石、 云母等占 90%以上。石英颗粒以其尖角或半尖角 磨损水力设备， 这是磨蚀的主要原因。 大 部分磨蚀发生在转轮下环和叶片出水边。 河南三门峡 1 号机改造前检修平均间隔 是 1000h ( 包括汛期 )， 因被迫停机导致损 失每年高达3000 W ho 4 号机运行两年， 过流部件严重损坏， 效率降低8.7%。一 般电站，大修期只有 5 年，葛洲坝 17 号 机20mm厚叶片出水边磨蚀速度3.5mm/ 10000h, 15 号机转轮叶片进水边头部磨 蚀速度 4.3mm/ l 0000h。黄河泵站过流部
的硬度和韧性的新材料， 即使用硬度计也 不能在镀层表面留 下痕迹。新材料的硬度 Hv大于 1 ， 0 密度为5， 延伸率大于30 % ， 0 具有较高的抗撕裂性能。附着力大于
15M 。 用新材料可 a P 采 使设备 命提高几 寿
倍。本文试验机采用的喷镀材料为WCNIC r 。
;甲 喷镀效果对比 冰
由于泥沙磨损与水流流速的 2 一 次 3 方成比例， 水轮机部件过流表面上具有较 高的流速部位， 泥沙磨损就比较严重。该 电站定期检修时已经确认， 具有较高流速 的部件是转轮、 导叶、 衬垫、 套筒等。这 些部位的流速取决于转轮叶片进水边入口 处的周速， 约为4 而5。最大输出功率时， 0 在导叶开度部位的流速约为28m/， ，与固 定导叶进水边入口部位流速 11m/， 和吸出 管人口部位流速 IO m/5相比，很明显是流 速较高的， 泥沙磨损便集中发生在这种流 速较高的部位。 作为真机现场试验， 喷镀部位选择转 轮叶片进水边人口部位和导叶的过流表 面。 在转轮下环一侧叶片进水边入口部位 采用焊接修补材料为WEL 的 M， 3 修补后 达到设计要求形状， 在叶片前端从叶片进 水边入口 处起的SO mm范围内， 喷镀镀层 厚度为0 smm，在转轮的两枚叶片上实施 . 这种喷镀。 导叶木身材料为13C 5N 铸钢， r i 喷镀厚度为0 2mm， . 仅在一枚叶片过流表 面上实施喷镀， 并对补焊的转轮和铸钢导 叶在喷镀以后的耐磨性能进行了对比。 硬 度检验结果表明， 镀层的硬度 Hv300 为
真机现场试验期间检查了每年的磨损 状况。在一年或两年后的检验， 转轮是在 安装状态， 3 年后再将转轮取下进行检 第 查， 对喷镀的叶片和未喷镀的叶片进行了 对比。 未喷镀的叶片在下环侧进水边发生 泥沙磨损， 磨损痕迹的发展方向是沿着下 环一侧到上冠， 另一个未喷镀叶片则沿水 流方向发展， 这两个叶片磨损状况的不同 是补焊时少许的形状差异引起的。 实施喷 镀的两个叶片很明显没有发生泥沙磨损。
179m， 0 转速6 n i m / r
， 转速 为高 混流式水
轮机其转轮直径 1288mm, 17 枚叶片， 导 叶20 枚。雨天后泥沙浓度明显增大，泥 沙粒子直径数十微米， 占大多数是含Si的 石英成分，为了提高耐磨性就必须考虑
20 第 电am1 08年2期 气 5
产
经
这种泥沙条件。
: “镀 位 定 喷部确
产
经
亚洲 是世界上江河中 含量最多的地区， 泥沙 特别是在中国， 有30%的水电 站遭受到不同 程度的磨损， 损失巨 大。然而迄今为止， 还没有有关泥沙成分、运行时间等方面的试验研究报告。本文结合真机现场试
验，论述了高压高速高温喷镀新技术在水轮机抗泥沙磨损及空蚀、磨蚀等方面的科研成果。
水轮机抗泥沙磨损用高速 喷镀新技术的试验研究
磨与速关 罐为转轮叶片进水边人口 周速的0. 倍。导 7 叶过流表面上没有发生像转轮那样的局 部磨损， 只在表面的波面上有磨损。而经 过喷镀的导叶很明显没有发生磨损。但 10 40 。 法兰盘外部有磨损，与转轮相比其磨损 量约为 1/ 一1/3。试验结果表明，导叶喷 4 、 霆 镀层的磨损量与水流速度的3 一 次方成 4 暗搪材料选择 比例。 喷镀层厚度的选定取决于过流表面 对6 多种抗磨材料进行了又 试验， 水流速度的幂次指数。 0 忆匕 有两组材料占优势。一种是陶瓷金属涂 层， 它是将陶瓷硬颗粒嵌人金属的两相层 磨损与泥沙的关系 结构， 采用高速、 高温、 高压氧焰喷镀新 技术，其喷管燃烧器可将火焰加速到音 磨蚀有2 种机理: 刨削和捶击。 要求 速。该镀层具有较高粘结强度和耐磨性 抗磨材料尽可能坚硬。通过硬度试验， 可 塑性和脆性。对于给定的温度 能。 C 和W 1 Cr3 。 C一2C新 也 上 材料 具有 述 得到弹性 、 高性能。另一种是聚亚氨脂聚合体混合 和载荷， 脆性取决于韧性和硬度。应当明 物，有相当低的磨损率。根据磨蚀规律， 确材料的塑性究竟是多少才不发生磨损。 要求抗磨材料很硬， 延伸率好， 抗磨蚀性 对于可塑性低、硬度高的材料， 受力层的 高，与母体钻结牢。 综合了陶瓷和有机物 特性完全是脆性形式， 其耐磨性差。微硬
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调查表明， 水轮机损坏， 由泥沙磨损 引起的占大多数， 其中混流式较多。电站 铸隔3 一 年就要修理， 4 迫切希望延长寿 命， 减少维修费用。 高压高速高温喷镀新 技术可以有效抵抗泥沙磨损，但有关实 际的侦缉试验、 泥沙成分、 运行时间等的 试验研究实际上几乎没有。真机现场试 验的主要任务是确定遭到泥沙磨损严重 的水轮机部件及其材料、 位置以及磨损 程度与泥沙本身 ( 浓度、 颗粒尺寸、 硬度 化学成分等 )，水流速度等方面相互关 系，以便取得一种预测和预防方法。 某电站 1 号机单机容量 11M 水头 W，