中小型水电站水轮机的磨蚀与防护

水轮机在含沙水流中运行时，常遭到泥沙磨损和磨蚀破坏。本文主要介绍作者近年来在中小型水电站，对水轮机的易磨蚀部件进行修复、修型、改型等抗磨蚀措施方面的实践情况。通过综合治理，使水轮机出力增加，抗磨蚀性能提高。     

混流式水轮机转轮磨蚀处理与防护

水轮机转轮是整个水轮发电机组的核心工作部件，含抄水流中的转轮容易遭受磨蚀破坏，是一个普遍存在的问题，并且也是一直困扰多泥沙河流水电站的难题。长期的研究与实践表明，恰当的选型与良好的水力性能、合适的材质与优良的制造工艺是水轮机抗磨蚀的最根本方法。但对已建成的水电站而言，采用合理的运行方式和一定的检修措施，可延缓或减轻水轮机的磨蚀。     

环氧砂浆抗磨技术在青铜峡水电站转轮叶片上的应用

青铜峡水库上游降雨量少，流域蒸发严重，地表黄土层遇雨随流而下注入黄河，造成严重的泥沙问题，河段汛期平均含量12．9kg，多年平均含水沙量9，83kg／m^3，实测瞬时最大含沙量431kg／m^3，挟沙水流对电站水轮机过流部件（尤其是叶片）产生严惩的磨蚀破坏，影响电站的安全和经济运行。自1968投产开始，为提高电站水力机械的抗磨蚀能力，青铜峡水电站作了大量试验研究，在涂抹环氧砂浆层保护叶片方面获得了成功。目前，青铜峡水电站应用这一技术保护转轮叶片及其它水力机械，收到了良好的效果。     

含沙水流水轮机两列导叶相对位置对活动导叶磨损的影响

为减轻含沙水流对水轮机活动导叶的磨蚀破坏,以比转速为150的混流式水轮机水力模型A227-46为研究对象,在分析导叶磨蚀机理的基础上,对水轮机两列导叶相对位置对活动导叶磨蚀的影响.采用CFD商用软件在含沙水流条件下分别对不同活动导叶与固定导叶相对位置的流场分布进行数值模拟计算,获得沿翼型弦长方向在导叶内外侧各选取的6个点上的压力,并换算为压力系数绘制出各布置方案的压力系数沿翼型弦长的变化曲线,得到压力分布变化规律.通过对比找出含沙水流条件下水轮机活动导叶与固定导叶周向偏置较好的相对安放位置角φsg为8°;同时,若减小两者的径向相对位置,即合理地增大活动导叶分度圆的直径,可使活动导叶区的流速下降,从而减轻泥沙磨损与空蚀破坏程度;同时,也改善了转轮的入流条件,有利于水轮机性能指标的提高.     

不锈钢空蚀磨蚀的形貌特征研究

本文利用转盘、高头水洞、ＳＥＭ、光学金相、ＥＤＡＸ和波谱等研究了奥氏体不锈钢表面发生纯空蚀、纯磨蚀、空蚀磨蚀共存、静水和动水腐蚀的形貌特征以及某些奇特现象；分析对比了黄河水轮机叶片的原体形貌；讨论了空蚀的机制。     

含沙水流中水轮机导叶的设计研究

依奇点分布法和前人分析实验得到的含沙水流中固体颗粒的受力分析结果,利用相对阻塞和相对抽吸的观点对含沙水流中水轮机导叶进行设计。经模型试验表明,与传统方法设计的导叶相比,用本文提出的方法设计的导叶在含沙水流中运行时,水力效率高,耐磨蚀。     

考虑水压力的混流式转轮振动特性分析

采用CFD技术对混流式水轮机进行全流道流动计算,将流动计算得到的水压力分布以离散点的形式作用于转轮过流表面;考虑离心力的作用并基于有限元技术,对混流式水轮机的整体转轮和单个叶片的振动特性进行了分析,对水压力和旋转离心力联合作用下混流式转轮振动特性的变化进行了研究.结果表明,在不同工况下运行时,水压力和旋转离心力对转轮和叶片的振动特性有不同程度的影响.在工程实际中应对此影响进行分析,为水力机组的稳定运行提供依据.     

基于CFD的转轮叶片对虹吸式水轮机水力性能的影响分析

为了更加高效地利用超低水头水力资源,设计了一种采用虹吸式出水流道的轴流式水轮机。针对这一形式的水轮机,在设计水头和额定转速下采用CFD进行三维数值模拟,计算各过流部件的水力损失,研究水轮机的水力性能。通过改变转轮叶片出水边翼形,对比分析转轮出口水流流态与虹吸式出水流道水头损失的关系,研究不同叶片对虹吸式水轮机水力性能的影响。结果表明,在水头、转速和导叶开度相同的情况下,各修改方案中叶片3使得出水流道水头损失较小,其对应的平均涡角为13.26°,出水流道水头损失为0.135 m,水轮机的效率也较高(为89.33%)。此外,选取效率较高的叶片,改变叶片数量,分析其对虹吸式水轮机水力性能的影响。     

水力机械抗磨蚀材料及其防护技术的进展

综述了水力机械过流部件抗磨蚀材料及防护技术的发展历程，概括了抗磨蚀材料的组织结构及机械性能与磨蚀的关系；讨论了抗磨蚀材料从铸铁，青铜到合金钢的发展历程，分析了表面抗磨技术的应用现状，指出表面覆层处理是解决磨蚀的有效方法，其关键是抗磨蚀材料的设计与选择，最后对抗磨蚀材料及其防护技术进行了预测。     

水轮机过流部件抗磨蚀新技术

小水电站基本分两种类型：一类为原有水利工程配套而建设的坝后式电站和灌渠上的电站;另一类是河道引水式电站,第一类电站水质好、水流清澈;第二类电站存在水质差、杂物多、泥沙含量大等问题。近年来,生态环境恶化,水土流失加剧,加上建设初期考虑泥沙磨蚀问题不够充分,导致引水式电站水轮机泥沙磨蚀问题愈演愈烈。本文针对引水式电站水轮机磨蚀问题,提出应用非金属坑磨材料涂层防护水轮机过流部件。