大型灯泡贯流式水轮机转轮室空蚀研究处理

☆项目详细内容

某电厂安装6 台大型灯泡贯流式机组，单机容量32MW，转轮直径6400mm，转速93.8r/min，第一台机组1996 年投入运行，2005 年后，电厂低水头、低负荷运行工况明显增多，水轮机在空化系数σ较大的运行特性区域运行，转轮室产生严重的空蚀，其内圆法兰面往下1870mm 处有一条宽190mm 整圈空蚀带，空蚀带呈蜂窝状，大部分空蚀深度在10mm 左右，最深深度已达约20mm，占转轮室总厚度（40mm）的50%，空蚀带金属表面已受到严重破坏，金属大面积疏松脱落。

本项目的核心内容为分析研究转轮室严重空蚀的成因，提出效果良好的空蚀处理方案。成因分析如下：1、转轮室空蚀为间隙空蚀，是由于水流通过狭小的转轮叶片外缘与转轮室
之间的间隙时，其局部流速升高，压力下降到一定程度引起间隙空化，产生间隙空蚀。2、2005 年后，水轮机长期在运行区域空化系数σ高达2.1，因此，转轮室空蚀发展较快、较严重。3、转轮叶片材质为SCS600 不锈钢，具有较好的抗空蚀性能，因此叶片外缘仅有轻微空蚀，而转轮室材质为Q235，抗空蚀性能差，空蚀严重。

针对空蚀成因，提出以下处理方法：1、转轮室返厂，对转轮室进行焊半米字架矫正，圆度偏差不大于0.50mm，偏差小。2、使用机床车削转轮室空蚀带，效率高。3、镶焊抗空蚀性能良好的不锈钢材料，分段下料、分段焊接，适时进行锤击，释放焊接应力，避免转轮室超标变形。4、按转轮室球体尺寸、形状编制补焊不锈钢带车削数控程序。5、在CQ5280 数控机床上加工，处理后转轮室的圆度、球度精度高，圆度偏差不大于0.30mm。转轮室空蚀带处理效果如下图上部不锈钢带所示，其表面光滑，过渡圆滑，处理效果良好。

☆主要技术创新

首次对大型灯泡贯流机组转轮室严重空蚀进行研究处理，分析空蚀成因正确，对比当前国内外很多大型灯泡贯流水轮机转轮室空蚀一般采用现场打磨补焊处理方法，本成果处理方法圆度、球度精度高，处理后表面光滑，过渡圆滑，改善水流流态，降低水力损失，提高运行效率，主要创新点如下：1、分上下两层焊半米字架对转轮室进行矫正，偏差小。2、返厂使用机床车削转轮室空蚀带，效率高。3、镶焊抗空蚀性能良好的不锈钢材料（1Cr18Ni9Ti），分段下料、分段焊接，适时进行锤击，释放焊接应力，避免转轮室超标变形。4、按转轮室球体尺寸、形状编制补焊不锈钢带车削数控程序，在CQ5280 数控机床上加工，加工精度高。

☆项目应用情况

该成果成功应用于百龙滩电厂6 号水轮机发电机组，处理后的转轮室抗空蚀效果良好，大大提高了设备运行安全、可靠性，自2009 年4 月处理投运以来，运行30000 多小时后，补焊不锈钢带及附近仍平整光滑，无空蚀现象，效果良好，该研究成果已推广应用于百龙滩电厂其他5 台机组，在转轮室空蚀处理方面具有突破性和创新性。近年来，国内该类机组装机很多，转轮室空蚀问题越来越突出，推广应用前景良好。

☆企业效益情况

本成果处理精度高，效果好，使用本方法处理转轮室空蚀后，能改善转轮室叶片进水边外缘水流流态，减少由于严重空蚀造成的振动超标，提高机组运行稳定性，避免转轮室穿孔、裂纹缺陷的发生；通过处理转轮室空蚀，能大大提高水轮机安全、稳定、可靠性，有利于电网安全稳定运行，具有良好的经济效益。