水轮机磨蚀与防治措施

水轮机磨蚀与防治措施1 概述

近年来，随着各行业的不断创新与发展，很大程度上推动了 相关行业的发展建设，对于水轮机而言，也是如此。就目前来看， 我国水轮机其总容量已经居于世界领先地位，但在某些领域使用 的过程中，会受到多种因素的影响，尤其是水利工程建设及发电 过程中，水轮机会出现严重的磨损现象，这不仅仅d d降低了其 使用寿命，更会给经济财产带来一定的损失。下面文章就水轮机 磨损可能出现的几种原因进行简要分析，并针对原因提出合理化 措施。

2 水轮机磨蚀的原因分析 2.1 泥沙磨损

泥沙磨损是一种比较严重的破坏现象，在水利发电过程中， 河水中会渗入大量的泥沙，水轮机在作业时是不可避免的。依据 泥沙的特性所产生的破损程度也是有所不同的，河水中的泥沙会 在水轮机作业过程中产生极大的冲力，对水轮机内部各个部件产 生一定的磨损，尤其是对于坚硬的泥沙而言，对水轮机的破坏作 用力是绝对不容忽视的，它会在高速运转的情况下，形成一定的 切面，导致水轮机金属表面被切开，形成断裂，长此以往就会对 其形成严重的破坏，导致其水轮机难以再继续运行。

2.2 气蚀磨损

气蚀磨损是指水轮机过流通道内流动的水体中由于水压过 低，从而使水汽化产生的微小气泡在其形成、发展、溃灭过程中 对水轮机过流部件所产生的物理化学侵蚀作用。气泡的形成溃灭 过程是随着水流的连续不断高速流动，以很高的频率连续的进行。 气泡在破裂的过程中所产生的冲击波其冲击速度达到 100m/s400m/s，冲击范围为 1？滋 m-25？滋 m，压强达到 100MPa-

1000MPa；它伴随着微射流对水轮机过流部件的表面进行连续的 冲击。这种冲击破坏的作用面积虽然小，但由于能量和密度高， 所产生的冲击深度大且频繁，从而使过流部件表面出现麻点、针 孔等，严重时甚至产生蜂窝或海绵状裂纹。

2.3 耦合作用 2.3.1 泥沙磨损与气蚀磨损的耦合。

泥沙和气蚀是水轮机比 较常见的两种磨损现象，而且两者一般都是叠加相互产生的。泥 沙现象的产生会在水轮机内部形成较大的粗糙面来增大水轮机 零部件的磨损程度，当水轮机零部件表面形成较大阻力的时候就 会对水轮机产生极大的影响。在外力气蚀的作用下，零部件就会 出现松动，这样在力的作用下更容易将对零部件构成损害，两者 相互影响就会共同破坏水轮机，进而缩短其使用寿命。

2.3.2 磨蚀与震动的耦合。

水轮机在运行过程中由于受到自 身条件的影响，会产生极大的作用力，当这种作用力之间被高速 旋转的气泡所割裂时，就会对其剩下的内部空间产生极大的振动， 受力区域由于惯性就会阻碍其作用力对其产生的影响，这样就会 导致水轮机的叶片在瞬间产生脱离，经力的影响就会直接对水轮 机内部零件构成危险，严重时将对整个水轮机运行构成威胁，加 剧其磨损的破坏程度。

2.3.3 电化学作用与磨蚀的耦合。

相关人员在水轮机磨损防 治措施上做过大量的试验，通过采取指标测试的形式，将水中对 水轮机零部件影响的较大的化学元素，一种带电的粒子做了分析 后得知它会在合适的环境中析出，并且经过复杂的物理化学变化 过程，转变为臭氧，从而对水轮机表面产生化学腐蚀。另外，气 泡在破裂的时候，附带的能量会随之释放并对过流表面不断打击， 从而在部件局部产生高温，最高可达 300℃，材料局部受热后会 与周围材料出现温差，产生热电偶，同时伴随气泡破裂的不断击 打，在材料内部形成微电流并产生电解电离，导致电化腐蚀。在 此过程中，水中含有的一些矿物质就会发生质变，使部件附近的

水变为腐蚀性溶液，再次造成过流部件表面的化学腐蚀，使得磨 蚀进一步加剧。

3 水轮机磨蚀的防护措施 3.1 涂层防护

涂层防护是近年来比较常见的一种防治措施，在水轮机养护 中得到了较好的应用，下面主要针对比较常见的两种涂层方式进 行简要的分析与总结，希望通过文章的介绍可以为相关人员提供 一定的参考意见。

3.1.1 环氧金刚砂涂层防护。

环氧金刚砂分子结构紧密，该 涂层可以有效减少或隔绝酸、碱等腐蚀性介质对基材的扩散渗透 能力，且具有价格低廉、施工简易和抗磨性能好等特点，能对泥 沙磨蚀的非空化区起到有效的保护作用。在 70 年代三门峡水电 站首次采用了该技术，使用此涂层实现了对水轮机叶片正面、固 定导叶、中环等部位的保护；此后在多个水电站进行试验，结果 表明该涂层对水轮机过流部件的非气蚀区有很好的保护作用。但 对于严重气蚀区，该涂层的防护效果不够理想。

3.1.2 聚氨酯涂层防护。

聚氨酯为有机高分子化合物，该涂 层在抗气蚀磨损方面具有很好的效果。聚氨酯涂层可以吸收泥沙 颗粒的冲击力，且具有耐磨、强度高、弹性大等特点。但涂层抗 硬物冲击和割伤能力较差，一旦局部被划伤，会造成大面积脱落， 或因为粘接强度不够，往往机组运行时间不长涂层便大面积或整 体脱落。目前，国内已经研制成功粘接强度达到 30MPa 的聚氨 酯涂层，现已在各大水电站推广使用。

3.2 优化水轮机设计

在制造过程中，对水轮机进行优化设计，同样可以减少对其 损害。尤其是在水轮机工艺制造上，叶片的形状及大小需要符合 实际作业需要，使其受力过程中是完全均等的。此外，还可以采 用抗磨损材料，或是不锈钢转轮，来增强材料表面的光滑性，降 低磨损。设计过程中为了获得较好的叶片类型，可以采取数控机

床的切割方式对叶片进行加工处理，这样不仅能够减少误差，还 能确保切割形体的表面光滑度，保障了抗腐蚀能力。

3.3 减少过机泥沙

通过上文的分析得知，泥沙对水轮机的正常运行有着极其重 要的影响，所以在防治措施上必须对其进行良好的分析，针对实 际作业所产生的影响因素提出合理化的排沙作业方式，减少泥沙 对水轮机破坏性的影响。一般情况下，可以在设施作业旁安装排 沙作业设施，能有效缓解对水轮机的磨损。不仅如此，还可以采 用蓄清排浑、洪水排沙、平水发电等方式，也可以较好地解决排 沙与发电的关系。以上几种作业方式都在很大程度上降低了对水 轮机流程作业中部件的磨损，极大地提高了工作效率，延长了水 轮机的使用寿命。

4 结束语

从上面的分析得知，水轮机在运行过程中，其磨损是较为常 见的一种现象。在实际运行中若是能够依据具体问题，研究分析 其产生磨损的原因，并合理找出解决方案便会对其产生良好的作 用，延长水轮机的使用寿命。不仅如此，在一定程度上也能节约 成本，确保水轮机的质量，真正意义上发挥水轮机的作用，从而 推动相关行业的建设发展，造福于人。

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