塔尕克水电站水轮机泥沙磨损分析

2012-08-15宋华婷

中国水利 2012年22期

刘鹏，宋华婷

（江河机电装备工程有限公司，100070，北京）

新疆库玛拉克河塔尕克水电站是引水径流式水电站，位于新疆阿克苏市温宿县，从库玛拉克河上已建成的协合拉枢纽东岸总干渠分水闸引水。水电站两台机组运行到2008年8月17日，因水轮机磨损停机。

一、电站泥沙情况

2008年5月库玛拉克河来水量增大，水质变差，发电机组由清水期运行方式转为浑水期运行方式，根据水质情况电站前池排沙闸每36 h启动1次进行排沙。电站机组运行到1 800 h时发现电站前池积沙较多，根据这一情况电站将排沙孔运行方式由36 h改为20 h排沙1次。7月22日阿克苏市周边地区普降暴雨，大量泥石流进入库玛拉克河，河水挟带泥沙杂草，发电引水泥沙量剧增，7月24日水质状况好转后，取水样化验含沙量高达20 kg/m3。

电站机组运行3 096 h后总干渠停水检查，发现渠道、电站前池砂石淤积严重，渠道标准断面仅能通过40 m3/s，而达不到设计的 75 m3/s，渠道泥沙淤积量超过设计排沙能力，致使推移质及粗颗粒悬移质进入电站机组流道，造成电站2台机组转轮严重磨损。

2008年8月17日电厂两台机组全停后，引水渠放水40 m3/s，通过两孔排沙闸每天24 h向下游冲沙，冲沙336 h后引水渠完全停水，对引水渠、前池、机组流道、尾水渠进行现场检查，检查发现整个渠道都有不同程度的淤积，淤积物组成主要为粉细砂及卵砾石，淤积物主要来自上游渠首；前池和机组流道淤积泥沙推移质较多，最大粒径达12cm，尾水渠积沙较多。

根据这一情况，电站加强了对来水的检测和排沙工作，采取先放20m3/s后减小至6 m3/s的方法引水排沙，每2 h取水样1次进行含沙量检测，在排沙闸出水口取样测得最大含沙量达59.4 kg/m3。

进入10月后根据观察发现渠道来水好于9月，10月2日电站2号机组并网发电，1号机组处于停机状态，机组运行90 h后，停水检查发现电站前池和1号机组进口流道内积沙严重。

二、泥沙引起的设备磨损情况

塔尕克水电站机组转轮的上冠、叶片和下环的材质均为ZG0Cr13Ni4Mo组焊而成，转轮直径为2 150 mm，叶片13个。6月电站1号机组运行1 280 h，2号机组运行1 440 h后，工作人员对1、2号机组压力钢管、事故检修门、蜗壳、导水叶、转轮进行了全面检查，未发现水轮机转轮和其他部位有磨损和空蚀现象。

从2008年6月10日到2008年8月17日电站1号机组运行1 504 h、2号机运行1517h后，工作人员对机组第二次进行检查，发现水轮机转轮出现严重磨损。转轮上冠和顶盖间隙3.6mm，转轮下环和底环最大间隙21mm（设计值为1.1～1.4mm），部分固定导叶中部出现深约5 mm撞击痕迹，水轮机底环出现磨损。

1.主轴密封磨损

1号机运行2 520 h，2号机运行2 712 h主轴密封磨坏，抗磨板磨损造成机组停机。更换备件后运行456 h，机组主轴密封磨坏造成机组停机。经分析，主要原因是发电引水含沙量过大造成主轴密封磨损。

2.供排水系统设备磨损

机组技术供水系统、检修渗漏排水系统阀门、管路和水力量测系统管路严重积沙，阀门、水泵机械密封磨损严重。

3.机组摆动振动过大

8月17日，1号机组运行中突然出现轴电流过大、振动、摆度过大现象。停机检查发现水导瓦座固定螺栓全部脱落，瓦总间隙变化达到1.1 mm（设计值0.44 mm）。经采用计算机现场测试，机组摆度、振动、同轴度符合规范要求。经分析认为，由于泥沙磨损造成下环和底环间隙变大，有较大砂砾石进入密封位，造成机组摆度、振动过大。

三、结论与建议

1.电站水轮机比转速偏高

选择几个与塔尕克电站水头相近的水电站比转速进行比较，发现塔尕克电站选用的水轮机比转速偏高，造成相对流速比较大，加大磨损强度。

2.过机泥沙含量大

过机泥沙含量大，机组又未在额定工况下运行，容易造成空蚀和磨损联合作用，磨蚀强度加剧。根据国内外专家的试验研究，水轮机泥沙磨损量和水流相对流速、水中泥沙含量、机组实际运行时间、水轮机制造材质的耐磨系数和泥沙磨损能力等诸多因素有关。

3.推移质大量过机

推移质大量过机，撞击导水叶并进入水轮机密封缝隙形成研磨破坏，造成局部金属缺失，导致密封和抗磨板处水力不光滑，并进一步诱导空蚀破坏的发生及加剧。止漏环上部与转轮本体合缝处的间隙，也会诱发间隙空蚀破坏，使转轮止漏环上部出现凹坑，这样就可能在转轮止漏环上部区域形成一股高强度的漩涡，产生泥沙磨损及空蚀破坏联合作用，造成密封间隙进一步扩大，使更大颗粒泥沙再进入密封间隙而形成恶性循环破坏，严重影响机组稳定性和安全运行。如本次塔尕克电站的水导摆度过大，致使水导瓦座固定螺栓脱落，出现主轴密封漏水等事故发生，进而造成机组停机。