小水電站低負(fù)荷運(yùn)行及氣蝕預(yù)防措施

1、IIf編號(hào)：SM-ZD-19467小水電站低負(fù)荷運(yùn)行及氣蝕預(yù)防措施Through the p rocess agreeme nt to achieve a uni fied action p olicy for differe nt people, so as tocoord in ate acti on, reduce bli ndn ess, and make the work orderly.編制:審核:批準(zhǔn):本文檔下載后可任意修改精編解決方案 I SOLUTION TEMP LATE小水電站低負(fù)荷運(yùn)行及氣蝕預(yù)防措簡(jiǎn)介：該方案資料適用于公司或組織通過(guò)合理化地制定計(jì)劃，達(dá)成上下級(jí)或不同的人

2、員 之間形成統(tǒng)一的行動(dòng)方針，明確執(zhí)行目標(biāo)，工作內(nèi)容，執(zhí)行方式，執(zhí)行進(jìn)度，從而使整 體計(jì)劃目標(biāo)統(tǒng)一，行動(dòng)協(xié)調(diào)，過(guò)程有條不紊。文檔可直接下載或修改，使用時(shí)請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱 讀內(nèi)容。1前言小型水電站由于來(lái)水受環(huán)境因素的制約，運(yùn)行工況大多偏離額定工況。按照運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，小水電站所采用的反擊 式水輪機(jī)是不能在低于額定出力的50%工況下運(yùn)行的，但 是出于經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素的綜合考慮，只要切實(shí)做好防止氣蝕的措施，小型水電站在低負(fù)荷工況下運(yùn)行是有必要的。以里石門(mén)水庫(kù)壩后電站為例，其擔(dān)負(fù)著防洪、灌溉和發(fā)電三項(xiàng)任務(wù)。設(shè)計(jì)時(shí)裝機(jī)容量為1X 5 0 0 kW,水輪機(jī)型號(hào)為HL220WJ50A,適用水頭為3 85 4m,流量為1

3、 .771.91m3/ So除了防洪時(shí)（同時(shí)也為豐水期）的滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，大多情況下，都低于額定工況運(yùn)行。特別是近年來(lái)的大旱天氣，造成水庫(kù)水位持續(xù)偏低；同時(shí)下游農(nóng)業(yè)用水和生活用水的迫切需求，再加上華東電網(wǎng)“電荒 的嚴(yán)峻形勢(shì)，迫使其基本上處于低負(fù)荷運(yùn)行。另外，豐水期來(lái)臨時(shí)，為了盡量多利用來(lái)水發(fā)電，一般都將發(fā)電機(jī)運(yùn)行功率因素值提高（即減少無(wú)功出力）來(lái)多發(fā)有功，大多情況下將功率因素值提高到0.9 00. 9 5。因提高功率因素所欠發(fā)的無(wú)功，則通過(guò)枯水期多發(fā)無(wú)功給予 彌補(bǔ)，即在枯水期機(jī)組有功出力不足時(shí)，適當(dāng)調(diào)低發(fā)電機(jī)的 運(yùn)行功率因素值，以增加機(jī)組的無(wú)功出力，一般把數(shù)值設(shè)為0.6左右。由于上述情況的存在，里

4、石門(mén)水庫(kù)壩后電站的運(yùn)行工況大多是偏離額定工況低負(fù)荷運(yùn)行的，當(dāng)然，機(jī)組均是在切實(shí) 做好防止氣蝕的措施和避開(kāi)氣蝕嚴(yán)重區(qū)下運(yùn)行的。2預(yù)防氣蝕措施水輪機(jī)是水電站中將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作的核心設(shè)備，其重要性可想而知。而水輪機(jī)運(yùn)行的優(yōu)劣及 其使用壽命的長(zhǎng)短，則與“氣蝕”有著極為密切的關(guān)系。2.1氣蝕的產(chǎn)生和危害水輪機(jī)的氣蝕是怎樣產(chǎn)生的呢？在反擊式水輪機(jī)的流道中，由于邊界條件的變化，局部流速的增高，致使壓力下 降或因轉(zhuǎn)輪葉片迫使水流的力矩發(fā)生改變，使轉(zhuǎn)輪葉片背面 產(chǎn)生負(fù)壓。因?yàn)樗泻屑s5%的空氣和氣核，當(dāng)壓力低于 空化壓力時(shí)，就會(huì)發(fā)生空化現(xiàn)象，產(chǎn)生大量氣泡。這些氣泡 進(jìn)入高壓區(qū)后，開(kāi)始凝結(jié)并破裂

5、，四周的水質(zhì)點(diǎn)則高速向氣 泡中心撞擊，形成局部高壓，而撞擊后的水質(zhì)點(diǎn)反方向運(yùn)動(dòng) 時(shí)又會(huì)形成局部低壓，產(chǎn)生大量氣泡，這種氣泡的產(chǎn)生和潰 裂過(guò)程稱(chēng)為氣蝕。氣蝕對(duì)金屬材料的破壞作用主要是機(jī)械作用，一種是屬于在屈服點(diǎn)內(nèi)的疲勞破壞，另一種是屬于超過(guò)屈服點(diǎn)后塑性 變形使它破壞。水在水輪機(jī)的流道中產(chǎn)生空化現(xiàn)象后，這些 氣泡隨著水流進(jìn)入高壓區(qū)，在高壓作用下氣泡破裂而四周水 質(zhì)點(diǎn)向中心撞擊能形成極高的射流速度，產(chǎn)生對(duì)水輪機(jī)過(guò)流 邊界的高速?zèng)_擊，瞬間可達(dá)3 2 0 0 X 1 0 5 Pa,并且以10-20萬(wàn)Hz的頻率進(jìn)行。在反復(fù)沖擊載荷的作用下，金屬部件的表面質(zhì)點(diǎn)由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)為脆性狀態(tài)，即“疲勞”。它使金屬的持

6、久極限即屈服點(diǎn)下降，當(dāng)水擊壓力大于屈服點(diǎn) 時(shí)，金屬晶粒脫落，嚴(yán)重時(shí)，水輪機(jī)葉片會(huì)產(chǎn)生空孔、 缺口，甚至脫落，造成水輪機(jī)過(guò)流部件的破壞。同時(shí)機(jī)組也產(chǎn)生了 大量的振動(dòng)和噪聲，降低了水輪機(jī)的出力和效率，并且使水 輪機(jī)的檢修周期縮短，增加了檢修工作的復(fù)雜性和工作量。其后果是造成電站運(yùn)行成本升高和人力、物力的耗損。所以，在水輪機(jī)的生產(chǎn)制造，水電站的設(shè)計(jì)施工以及運(yùn)行管理中，都應(yīng)設(shè)法減輕或阻止氣蝕的產(chǎn)生。2.2避開(kāi)氣蝕嚴(yán)重區(qū)運(yùn)行防止或減輕氣蝕的措施主要有：改善水輪機(jī)的設(shè)計(jì)，提高轉(zhuǎn)輪的加工工藝水平，采用抗蝕材料，采取補(bǔ)氣裝置，還 有就是避免水輪機(jī)長(zhǎng)期在低水頭、低負(fù)荷下運(yùn)行。我從1 9 9 5年開(kāi)始參加電站運(yùn)行

7、管理工作后，觀察到個(gè)現(xiàn)象：當(dāng)機(jī)組出力接近1952 0 5 kW時(shí)，機(jī)組產(chǎn)生的振動(dòng)和發(fā)出的噪聲就急劇增大；當(dāng)機(jī)組出力高于或低于 該出力時(shí)，機(jī)組產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲便逐漸減少。對(duì)此，經(jīng)過(guò) 與技術(shù)人員的討論分析，再結(jié)合本水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，可 以認(rèn)為這個(gè)出力范圍（19 52 0 5 kW）即為電站水輪機(jī)的氣蝕嚴(yán)重區(qū)，也就是實(shí)際運(yùn)行時(shí)必須避開(kāi)的工況。其實(shí)， 在枯水期只要避開(kāi)此工況，最低出力至175kW左右時(shí)仍可正常運(yùn)行，在其后的檢修中也未發(fā)現(xiàn)明顯的氣蝕現(xiàn)象，只 是在敏感部位有些發(fā)黑現(xiàn)象。2.3防止氣蝕的處理措施里石門(mén)水庫(kù)壩后電站從1992建成投產(chǎn)以來(lái)，一直存在著低負(fù)荷運(yùn)行的情況，為此，電站工作人員采取了許

8、多切 實(shí)可行的防氣蝕措施。由于1 9 9 7年前電站由私人承包管理，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的低負(fù)荷運(yùn)行，在1997年大修時(shí)拆出轉(zhuǎn)輪后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片背 面已呈蜂窩點(diǎn)狀，可見(jiàn)氣蝕的嚴(yán)重性。電站工作人員首先采 取對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片的補(bǔ)焊措施，但由于電站的熱處理技術(shù)不過(guò)關(guān)， 靜平衡試驗(yàn)條件有限，在重新裝回轉(zhuǎn)輪后發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有提高出 力和減輕氣蝕，于是電站工作人員決定采用不銹鋼轉(zhuǎn)輪。由 于Cr使金屬具有一定的抗腐蝕性，提高了強(qiáng)度和韌性，加Ni、Mo在室溫時(shí)，材料是不穩(wěn)定的單相奧氏體，一旦受壓變形，就會(huì)析出馬氏體，使表面高度耐磨，加Ni還會(huì)提 高金屬的韌性和強(qiáng)度，Mo對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化作用，提高鋼的抗磨性和抗蝕性，同時(shí)除Mo外，合金

9、元素都具有使材料晶粒細(xì)化的特性，加強(qiáng)了材料抗蝕性能土能?？紤]到價(jià)格因素，電站決定委托杭州發(fā)電設(shè)備廠加工制作普通鋼上冠和下環(huán)、0Crl3Ni5Mo不銹鋼葉片的轉(zhuǎn)輪。使用至今，葉片仍未見(jiàn)明顯的氣蝕跡象。其次，為減輕氣蝕，電站采取了補(bǔ)氣措施。補(bǔ)氣能破壞真空，降低真空度，減輕氣蝕破壞，改善運(yùn)行穩(wěn)定性。在水 輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行區(qū)補(bǔ)氣會(huì)使機(jī)組效率有所提高，負(fù)荷在7 0%左右時(shí)，補(bǔ)氣對(duì)效率無(wú)明顯影響，在高負(fù)荷區(qū)補(bǔ)氣反而會(huì)使根據(jù)壩后電站的實(shí)際情況，采用尾水短管在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)補(bǔ)氣，具有減輕氣蝕和提高效率的雙重功效。最后，電站還對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行技改。根據(jù)轉(zhuǎn)輪中心偏后的實(shí)際情況，拓寬轉(zhuǎn)輪內(nèi)徑錐度，使之前移5mm，同時(shí)修 整導(dǎo)葉兩端面和底環(huán)端面，提高兩者的表面光潔度，有效地 減輕了水輪機(jī)間隙氣蝕的發(fā)生，與此同時(shí)也提高了水的利用 率，增加了機(jī)組的發(fā)電量。3結(jié)束語(yǔ)在采取切實(shí)的防蝕措施后，避開(kāi)氣蝕嚴(yán)重區(qū)，機(jī)組在低負(fù)荷工況下運(yùn)行，