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摘要：随着我国用电需求逐渐的增加，我国对于水电站的安全，更加的重视。水轮机，是水电站的主要设备之一，运行的质量，直接关系到企业的经济效益。但是在实际的应用中，水轮机的磨损，不仅时常出现，同时当前的防护措施，也不是很理想；对此本文就水轮机磨蚀与防护措施的研究，结合其防护的意义和磨损产生的原因进行分析，希望对于我国水电站生产水平的提升，有着积极促进的意义。
关键词：水轮机；磨蚀；防护措施
前言：
水力发电，是目前非常常见的发电方式；而水轮机组是水电站常用到的系统装置，在应用的过程中，常受到泥沙、气蚀、腐蚀性介质的影响，使其水轮机组出现磨蚀的情况，加上水轮机的使用时间和环境等，都直接关系到水电厂的经济效益；为了更好的促进水电厂的可持续发展，需要加强此方面的研究，明确水轮机组磨损的原因、发生部位，并采取针对性的措施，保证其稳定运行是非常有必要的。
1、水轮机概述
水轮机，是指借助水流产生的能量，并将其转换为机械能的动力装置；是水电厂中的重要设备之一，按照工作原理，可分为冲击式水轮机、反击式水轮机；前者转轮，在水流的作用下，发生旋转实现动能的转换，此时水流压力不变；后者转轮，受到水流反作用力的影响，而发生转动，实现压力能的转换，此时水流的压力能、动能，都发生了改变。
2、水轮机磨蚀原因
水轮机在应用的过程中，会出现一系列不同程度的磨蚀情况，目前对于水轮机磨损方面的原因分析，发现主要因素包括泥沙磨损、气蚀破坏、藕合作用等。
2.1泥沙磨损
水力资源的应用，避免不了河水中含有的泥沙，这对于水轮机相关部件的影响，是非常大的；加上水轮机的经常使用，也会造成磨损情况的发生；尤其是当其处于高速运行工作装态势时，泥沙磨损的程度大大的增加；使其本来就相对比较薄弱的构件按部位，形成二次受损。这与水电站的地理位置、河水中含泥沙的量，有一定的关系，同时对于水轮机的磨损程度也是不一样的；尤其注重河流汛期时，泥沙对于水轮机部件的磨损。
2.2气蚀破坏
气蚀磨损，主要出现在较低水压的状况中，此时水压较低，出现水汽化生成的气泡，都会对于水轮机接触过的部件，形成一定的损坏。尤其是在气泡的溃火阶段，此时水流的流速、频率都相对较高；使其在破裂时，出现巨大的冲击波，不仅冲击速度较大，同时也具备一定的强度，以及较广的冲击范围；在微射流的作用下，破坏水轮机内部构件的接触表面，使其出现多次较大的冲击深度，继而出现麻点等损坏，甚至形成裂纹等情况。
2.3藕合影响
同时藕合影响，也分为泥沙磨损、气蚀磨损；磨蚀、震动；以及电化学反应、磨蚀之间的耦合；本文对其几种耦合作用，进行仔细的分析，具体如下几点所示；
2.3.1泥沙磨损与气蚀磨损之间的耦合
泥沙磨损、气蚀磨损两种破坏形式，不仅会同时出现，同时一旦同时出现，影响的后果会更为严重，其中前者磨损情况，是水轮机磨损的主要原因之一，此时气蚀作用，或使其磨损情况加速；同时前者磨损情况，会使水轮机内部构件的接触面，出现不同程度的磨损，磨损的后果相对较轻；这又为水轮机的水蚀发生，奠定了一定的基础，使其原本就表面疏松的构件，磨损情况更加的严重。但是当两种情况一起发生时，磨损的效果往往会叠加，此时藕合作用的应用，增加了水轮机磨蚀的速度、范围以及强度。
2.3.2震动和磨蚀
技术人员，对于水轮机组磨蚀原因的分析，往往忽略其振动的作用，过低的水压，形成的气泡，在破裂过程中，出现的水流冲击不仅相对比较强大，同时也造成了紊流脉动的强大震动。在其影响下，以及惯性作用，气泡在与叶片脱离的过程中，对于水轮机组产生较大的冲击，从而增加了磨蚀情况的影响。
2.3.3磨蚀和电化学反应
过机水流中，含有大量的溶解氧带电粒子，会在指定影响下析出，并经过一定的物理化学反应形成臭氧，直接对于水轮机组，形成化学腐蚀情况。同时当气泡破裂时，释放的能量会使其部件表面温度升高，材料受到高温的影响，形成温差、热电偶；最终使其内部材料，受到微电流的影响，出现电解电离的反应，使其水质呈现酸性，加剧了水轮机的腐蚀。
3、磨损的防护措施
导致水轮机出现磨蚀情况的因素有很多，要采取合理的防护措施，还要对于水力资源的实际情况展开分析，掌握其磨损的，在总结和实践的过程中，使其防护措施更加的有效，以及具有针对性，从而更好的保证水轮机组的稳定运行。目前针对于多泥沙河流水电站的水轮机组磨蚀状态的检修，包括在线监测以及离线监测；其中水电站水轮机磨蚀状态检修系统，如图1所示；
图1、水电站水轮机磨蚀状态检修系统图
3.1合理的采取涂层防护技术
涂层防护技术，能够对于水轮机组的表面起到保护的作用，使其磨蚀情况发生缓慢；我国目前的涂层防护技术，应用已经非常广泛，几种常见的表面涂层防护方式，包括碳化钨喷涂水轮机磨蚀防护、环氧金刚砂涂层防护、抗磨焊条堆焊防护、聚氨酯涂层防护几种。其中环氧金刚砂涂层防护方式，具有抵御酸碱介质的作用、成本低、操作简易、抗磨性强的优势；针对于泥沙磨蚀的效果明显，但是磨蚀情况严重时，效果并不是很明显。其中聚氨酯涂层防护防护，具有吸收泥沙冲击力、耐磨性高、强度高的优势，但是不利应用于硬物冲击力大的环境中。其中抗磨焊条堆焊防护方法，适用于气蚀磨蚀范围内应用，具有较强的抗磨作用，但是堆焊材料的选择，要根据实际的气蚀强度、环境情况等因素的要求。其中高速氧燃喷涂碳化钨防护方法，涂层材料的主要成分为丙烷、丙稀、氧气；在燃烧后，产生的高温气流，与碳化钨粉粉末反应，使其粉末喷涂更加的均匀，但是成本相对较高。
3.2改善水轮机制造工艺
经过对于水轮机组磨蚀的原因分析，发现加强水轮机设计、制造等方面的改善，是非常有必要的；可以根据实际水流状态，优化叶片的设计形状，保证叶片上的作用力，更加的均匀分布；在转轮的材料选择上，尽量使用耐磨蚀的，从而更好的提高其抗磨能力。提高叶片叶型的精加工，使其误差控制在规定范围内，从而更好的降低水轮机组磨蚀的影响。
3.3降低泥沙通过量
尤其是在汛期时，河水中的泥沙含量，会大大的增加，对此就要加强排沙设施的合理性和可靠性，使其降低泥沙通过流道问题加强研究，同时根据实际的情况，适当的设置沉沙池、蓄清排浑等措施，使其更好的规避泥沙魔石情况的出现，保证水电厂水轮机组的稳定生产，进一步提高水轮机组的使用寿命。
总结：
综上所述，提高对于水轮机磨蚀与防护措施的分析，发现出现磨蚀情况的原因，大都是可以人为进行改善的，除了采取合理的涂层防护技术、改善水轮机制造工艺、降低河水中泥沙量的措施外，也要适当的提高技术人员的综合素质，并鼓励水电厂积极的采取新技术、新材料、新工艺，从而更好的降低水轮机组磨蚀后果的影响，更好的提高水电厂的经济效益。
参考文献：
[1]李延频,王鹏飞,阳莉,陈德新.黄河上水电站混流式水轮机磨蚀与防护措施的研究[J].水力发电,2010,04:70-72.
[2]阳莉,李延频,陈德新.混流式水轮机磨蚀与防护措施研究[J].人民黄河,2010,12:213-214.
[3]刘敏.水轮机磨蚀与防护措施的研究[J].科技传播,2012,22:74-75.
[4]杜敏,刘正勇,陈祖嘉.多泥沙河流水轮机泥沙磨蚀及防护研究[J].人民长江,2011,24:73-75.
论文作者:韩晗,易红
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/1
标签：水轮机论文; 磨损论文; 泥沙论文; 防护论文; 水轮论文; 气蚀论文; 使其论文; 《基层建设》2016年9期论文;