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黑麋峰抽水蓄能有限公司 湖南长沙 410213
摘要：水轮机磨蚀是指水轮机在汽蚀破坏和泥沙磨损的联合作用下的破坏情况，这个问题一直困扰着运行在多泥沙河流上的水电站。水轮机中的过流部件，像水轮机叶片、转轮本体、导叶、尾水管等，常常会受到水沙的磨蚀而造成过流部件表面的金属流失，让设备在运行中出现振动与噪音，导致设备低下的运行效率、频繁大修、缩短使用寿命，严重影响机组的稳定与安全。文章关键针对水电站水轮机磨蚀因素和防护措施实施探讨。
关键词：水轮机过流部件；磨蚀；防护方法
1、水轮机的关键磨损形式
1.1气蚀
汽蚀是指水轮机的过流通道中水压太低让水汽化形成汽泡与水压高时，汽泡的凝结破灭经过所引发的一连串物理化学情况对机器表面的破坏。这种破坏是一种高压细射流冲击、金属氧化与电解，对机器表面相对严重的损坏。我们常常见到的机器表面针孔形状、麻面与海绵状等都是以为你气蚀所导致的。气蚀在机器材料表面的破坏没有显著的方向性，我们不可以小看这种破坏，在破坏严重的时候会让水轮机的叶片非常快失效。
1.2泥沙磨损
泥沙磨损是指水流中含有的泥沙对水轮机过流部件导致的磨损破坏。高速含沙水流通过部件表面时，会导致摩擦与切削功能，含沙水流冲击部件表面的瞬间，能形成高温高压让金属表面氧化，温度的急剧变化会引发金属保护膜的破坏而造成部分冲蚀。在泥沙的重复冲击下，形成交变应力加速保护膜的破坏。在冲蚀经过中不一样材料的冲蚀规律随冲蚀角的改变而异。当冲蚀角相对低时，材料的冲蚀率有一峰值，这是由于韧性材料的微切削是冲蚀的关键机理，抗冲蚀功能的重要原因是水轮机叶片的弹性模量；另外流速、沙粒直径与介质流态等也是关键的影响原因。当中激烈的偏流会引发部分增大流速，导致增加材料的部分损坏，偏流还会引发侧向加速度，让沙粒与材料表面的接触应力增加了，加剧了材料的冲蚀磨损。
1.3冲蚀和气蚀的复合磨损
高速水流在含量有泥沙与气泡的状况下对流过的材料形成磨损被称之为冲蚀和气蚀的复合磨损，一般水电行业把其称之为磨蚀。水轮机形成冲蚀和气蚀的复合磨损关键是在水、气与沙的一起作用下产生的，这是中国水电设备严重受磨蚀的关键因素。
2、水电站水轮机的防护
2.1优化水轮机设计
经过查看分析，高流速、脱流、旋涡等都会让水轮机的磨损加大。所以，在水轮机的设计和制造工艺上，叶片的形状要跟水流流态相符，而且作用在叶片上一定要分布平均的压力，此外使用抗磨蚀材料像不锈钢转轮，提升加工光洁度等，能进一步提高过流部件的抗磨能力。为了保证叶片的叶型更加准确，能应用数控机床对叶片实施精加工，减小叶片的流道误差而且过流表面光滑，能够更好地保证过流部件的抗磨蚀能力。
2.2减少过机泥沙
在水电站早期的建设经过中，中国有过很多的经验和教训，像在每年汛期时，水流中的泥沙非常多，水电站设施不到位的排沙，从而让过机泥沙对水轮机导致非常大的磨蚀。所以，在实施水电站设计时就必须要思考怎样把泥沙经过水轮机流道减少，像设置必然容量的沉沙池、排沙洞等设施；此外，使用蓄清排浑、洪水排沙、平水发电等形式，也能够相对好地处理排沙和发电的关系。
2.3环氧金刚砂防护
环氧金刚砂分子构造紧密，这涂层能够有效把酸、碱等腐蚀性介质对基材的扩散渗透能力减少或隔绝，而且具备低廉价格、简易施工与抗磨性能好等特征，可以对泥沙磨蚀的非空化区起到有效的保护功能。在七十年代三门峡水电站第一次使用了这技术，应用这涂层完成了对水轮机叶片正面、固定导叶、中环等位置的保护；此后在多个水电站实施试验，结果说明这涂层对水轮机过流部件的非气蚀区有非常好的保护功能。但对于严重气蚀区，这涂层的防护结果不是很理想。
2.4聚氨酯防护
聚氨酯为有机高分子化合物，这涂层在抗气蚀磨损方面具备非常好的效果。聚氨酯涂层能够吸收泥沙颗粒的冲击力，而且具备耐磨、高强度、弹性大等特征。但涂层相对差的抗硬物冲击与割伤能力，局部一旦被划伤，会导致大面积脱落，或由于不够的粘接强度，常常机组运行时间不长涂层便大面积或全体脱落。现在，我国已经研制成功粘接强度达到30MPa的聚氨酯涂层，目前在各大水电站宣传应用。
2.5堆焊
堆焊是中国使用相对多的一种抗磨损解决办法，它的关键优势是简单的设备、成熟的技术、现场施工方便。一直以来，在每一个电站广泛使用，特别是中小型电站上。现在，高铬铸铁型、高Cr―Mn奥氏体型、Cr一Ni奥氏体不锈钢型与低氢马氏体不锈钢型等是关键用于水轮机抗磨蚀堆焊的焊条，当中0Cr13Ni4--6MoRe系列低氢马氏体不锈钢焊条具备相对好的抗磨蚀功能，其为1Crl8Ni9Ti（A102）2倍左右的抗磨蚀能力。堆焊法能让焊层和基体产生冶金结合，而且结合强度高。但这办法冲淡率大，焊层厚而且不平均，焊后容易出现变形，并也许对过流部件形成热影响而把部件的机械强度降低等功能。
2.6喷焊
在水轮机磨损方面修复另外常用的一种办法是喷焊法。在这个经过中，因为喷焊层通过重熔经过，因此和基体产生冶金结合。其结合强度能高达（300～500）MPa，覆层为致密无孔的铸态结晶组织，具备省材料与高效率等优势。
2.4高速氧燃喷涂碳化钨防护
丙烷、丙稀与氧气运用超音速火焰喷涂枪，通过混合燃烧后，在1 500m/s以上的形成速度高温气流，同时在喷嘴处它会把高压空气送入的碳化钨粉末粉末熔化，而且形成500m/s左右的高速射流，从而平均地把熔化后的粉末喷涂在材料表面上，产生高密度的加强涂层。这种涂层尽管在抗气蚀、抗硬物冲击方面相对弱，但对泥沙磨损具备非常好的抵抗能力。在不受硬物撞击的非气蚀区，就算含沙量非常高的河水中磨蚀率也会降低不少。碳化钨涂层是现在最为有效的表面防护办法，但需要专门的喷涂设备，相对高的成本。
3、抗磨损其他措施
3.1 过流部件选材和喷涂处理水轮机转轮、活动导叶、抗磨板等关键过流部件使用抗气蚀、磨损功能好与焊接功能好的不锈钢制做。在转轮部分容易磨蚀位置使用进一步防护方法像喷焊碳化钨涂层等。
3.2 使用泵板与无接触间隙密封的是机组主轴密封，使用泵板与无接触间隙密封的是工作密封，材料不锈钢的是泵板，把上止漏环处泄漏水排入顶盖排水腔的是经过泵板作用，把水排到集水井的是顶盖排水腔的排水管。静止部分和转动部分是工作密封不接触的，寿命长的密封，冷却或润滑在正常运行是不用的，避免固体进入主轴密封的转轮密宫环，把主轴密封的磨损防止了。
3.3 为避免汛期转轮磨损破坏修复延误机组运行就要选用备用转轮，影响发电，在相对高含沙量的电站配置备用转轮，方便更换一台机组转轮时，备用转轮投入应用。
结语：
水轮机磨损的因素多样复杂，对其研究是多个学科的系统项目。其磨损机理与处理方法的研究是避免与减轻汽蚀的一个关键课题。水轮机的磨蚀防护一定要参考每一个水电站的详细水文环境条件，依据各个电站、机组的本身状况，甚至细化到不一样部件的详细部位，有针对性地使用行之有效的方法，有效地保护水轮机的抗磨蚀能力，从而更好地保证水轮机组的安全稳定运行。
参考文献：
[1]王华仁，孙川宁.水轮机过流部件的磨蚀与表面防护[J].华电技术，2008，30（5）：30-32.
[2]任岩.黄河上的水电站水轮机磨蚀状态进修的研究[J].水力发电，2010（02）：85.
摘要：水轮机磨蚀是指水轮机在汽蚀破坏和泥沙磨损的联合作用下的破坏情况，这个问题一直困扰着运行在多泥沙河流上的水电站。水轮机中的过流部件，像水轮机叶片、转轮本体、导叶、尾水管等，常常会受到水沙的磨蚀而造成过流部件表面的金属流失，让设备在运行中出现振动与噪音，导致设备低下的运行效率、频繁大修、缩短使用寿命，严重影响机组的稳定与安全。文章关键针对水电站水轮机磨蚀因素和防护措施实施探讨。
关键词：水轮机过流部件；磨蚀；防护方法
1、水轮机的关键磨损形式
1.1气蚀
汽蚀是指水轮机的过流通道中水压太低让水汽化形成汽泡与水压高时，汽泡的凝结破灭经过所引发的一连串物理化学情况对机器表面的破坏。这种破坏是一种高压细射流冲击、金属氧化与电解，对机器表面相对严重的损坏。我们常常见到的机器表面针孔形状、麻面与海绵状等都是以为你气蚀所导致的。气蚀在机器材料表面的破坏没有显著的方向性，我们不可以小看这种破坏，在破坏严重的时候会让水轮机的叶片非常快失效。
1.2泥沙磨损
泥沙磨损是指水流中含有的泥沙对水轮机过流部件导致的磨损破坏。高速含沙水流通过部件表面时，会导致摩擦与切削功能，含沙水流冲击部件表面的瞬间，能形成高温高压让金属表面氧化，温度的急剧变化会引发金属保护膜的破坏而造成部分冲蚀。在泥沙的重复冲击下，形成交变应力加速保护膜的破坏。在冲蚀经过中不一样材料的冲蚀规律随冲蚀角的改变而异。当冲蚀角相对低时，材料的冲蚀率有一峰值，这是由于韧性材料的微切削是冲蚀的关键机理，抗冲蚀功能的重要原因是水轮机叶片的弹性模量；另外流速、沙粒直径与介质流态等也是关键的影响原因。当中激烈的偏流会引发部分增大流速，导致增加材料的部分损坏，偏流还会引发侧向加速度，让沙粒与材料表面的接触应力增加了，加剧了材料的冲蚀磨损。
1.3冲蚀和气蚀的复合磨损
高速水流在含量有泥沙与气泡的状况下对流过的材料形成磨损被称之为冲蚀和气蚀的复合磨损，一般水电行业把其称之为磨蚀。水轮机形成冲蚀和气蚀的复合磨损关键是在水、气与沙的一起作用下产生的，这是中国水电设备严重受磨蚀的关键因素。
2、水电站水轮机的防护
2.1优化水轮机设计
经过查看分析，高流速、脱流、旋涡等都会让水轮机的磨损加大。所以，在水轮机的设计和制造工艺上，叶片的形状要跟水流流态相符，而且作用在叶片上一定要分布平均的压力，此外使用抗磨蚀材料像不锈钢转轮，提升加工光洁度等，能进一步提高过流部件的抗磨能力。为了保证叶片的叶型更加准确，能应用数控机床对叶片实施精加工，减小叶片的流道误差而且过流表面光滑，能够更好地保证过流部件的抗磨蚀能力。
2.2减少过机泥沙
在水电站早期的建设经过中，中国有过很多的经验和教训，像在每年汛期时，水流中的泥沙非常多，水电站设施不到位的排沙，从而让过机泥沙对水轮机导致非常大的磨蚀。所以，在实施水电站设计时就必须要思考怎样把泥沙经过水轮机流道减少，像设置必然容量的沉沙池、排沙洞等设施；此外，使用蓄清排浑、洪水排沙、平水发电等形式，也能够相对好地处理排沙和发电的关系。
2.3环氧金刚砂防护
环氧金刚砂分子构造紧密，这涂层能够有效把酸、碱等腐蚀性介质对基材的扩散渗透能力减少或隔绝，而且具备低廉价格、简易施工与抗磨性能好等特征，可以对泥沙磨蚀的非空化区起到有效的保护功能。在七十年代三门峡水电站第一次使用了这技术，应用这涂层完成了对水轮机叶片正面、固定导叶、中环等位置的保护；此后在多个水电站实施试验，结果说明这涂层对水轮机过流部件的非气蚀区有非常好的保护功能。但对于严重气蚀区，这涂层的防护结果不是很理想。
2.4聚氨酯防护
聚氨酯为有机高分子化合物，这涂层在抗气蚀磨损方面具备非常好的效果。聚氨酯涂层能够吸收泥沙颗粒的冲击力，而且具备耐磨、高强度、弹性大等特征。但涂层相对差的抗硬物冲击与割伤能力，局部一旦被划伤，会导致大面积脱落，或由于不够的粘接强度，常常机组运行时间不长涂层便大面积或全体脱落。现在，我国已经研制成功粘接强度达到30MPa的聚氨酯涂层，目前在各大水电站宣传应用。
2.5堆焊
堆焊是中国使用相对多的一种抗磨损解决办法，它的关键优势是简单的设备、成熟的技术、现场施工方便。一直以来，在每一个电站广泛使用，特别是中小型电站上。现在，高铬铸铁型、高Cr―Mn奥氏体型、Cr一Ni奥氏体不锈钢型与低氢马氏体不锈钢型等是关键用于水轮机抗磨蚀堆焊的焊条，当中0Cr13Ni4--6MoRe系列低氢马氏体不锈钢焊条具备相对好的抗磨蚀功能，其为1Crl8Ni9Ti（A102）2倍左右的抗磨蚀能力。堆焊法能让焊层和基体产生冶金结合，而且结合强度高。但这办法冲淡率大，焊层厚而且不平均，焊后容易出现变形，并也许对过流部件形成热影响而把部件的机械强度降低等功能。
2.6喷焊
在水轮机磨损方面修复另外常用的一种办法是喷焊法。在这个经过中，因为喷焊层通过重熔经过，因此和基体产生冶金结合。其结合强度能高达（300～500）MPa，覆层为致密无孔的铸态结晶组织，具备省材料与高效率等优势。
2.4高速氧燃喷涂碳化钨防护
丙烷、丙稀与氧气运用超音速火焰喷涂枪，通过混合燃烧后，在1 500m/s以上的形成速度高温气流，同时在喷嘴处它会把高压空气送入的碳化钨粉末粉末熔化，而且形成500m/s左右的高速射流，从而平均地把熔化后的粉末喷涂在材料表面上，产生高密度的加强涂层。这种涂层尽管在抗气蚀、抗硬物冲击方面相对弱，但对泥沙磨损具备非常好的抵抗能力。在不受硬物撞击的非气蚀区，就算含沙量非常高的河水中磨蚀率也会降低不少。碳化钨涂层是现在最为有效的表面防护办法，但需要专门的喷涂设备，相对高的成本。
3、抗磨损其他措施
3.1 过流部件选材和喷涂处理水轮机转轮、活动导叶、抗磨板等关键过流部件使用抗气蚀、磨损功能好与焊接功能好的不锈钢制做。在转轮部分容易磨蚀位置使用进一步防护方法像喷焊碳化钨涂层等。
3.2 使用泵板与无接触间隙密封的是机组主轴密封，使用泵板与无接触间隙密封的是工作密封，材料不锈钢的是泵板，把上止漏环处泄漏水排入顶盖排水腔的是经过泵板作用，把水排到集水井的是顶盖排水腔的排水管。静止部分和转动部分是工作密封不接触的，寿命长的密封，冷却或润滑在正常运行是不用的，避免固体进入主轴密封的转轮密宫环，把主轴密封的磨损防止了。
3.3 为避免汛期转轮磨损破坏修复延误机组运行就要选用备用转轮，影响发电，在相对高含沙量的电站配置备用转轮，方便更换一台机组转轮时，备用转轮投入应用。
结语：
水轮机磨损的因素多样复杂，对其研究是多个学科的系统项目。其磨损机理与处理方法的研究是避免与减轻汽蚀的一个关键课题。水轮机的磨蚀防护一定要参考每一个水电站的详细水文环境条件，依据各个电站、机组的本身状况，甚至细化到不一样部件的详细部位，有针对性地使用行之有效的方法，有效地保护水轮机的抗磨蚀能力，从而更好地保证水轮机组的安全稳定运行。
参考文献：
[1]王华仁，孙川宁.水轮机过流部件的磨蚀与表面防护[J].华电技术，2008，30（5）：30-32.
[2]任岩.黄河上的水电站水轮机磨蚀状态进修的研究[J].水力发电，2010（02）：85.