马素萍

（水电站水力设备质量检验测试中心，北京 100038）

对水轮机泥沙磨损保证值参数检测的探讨

马素萍

（水电站水力设备质量检验测试中心，北京 100038）

文章结合新颁布实施的《反击式水轮机泥沙磨损技术导则》（GB/T 29403-2012）标准，对利用现有条件下水轮机泥沙磨损保证值的检测进行了探讨，对解决因水轮机磨损影响水轮机机组安全稳定运行问题有借鉴作用。

水轮机；泥沙磨损保证值；检测

1 问题的提出

我国许多河流为多泥沙河流，在多泥沙河流上运行的水轮机泥沙磨损问题十分突出。泥沙磨损导致水轮机效率下降、空蚀加剧、寿命减少等一系列后果，因此，水轮机泥沙磨损是影响机组安全稳定运行的重要因素。

几十年来，我国积极开展水轮机泥沙磨损问题研究，从理论到试验，从经验估算到建立可实用的泥沙磨损预估系统，从金属材料防护到非金属材料防护，积累了大量宝贵的经验。在水轮机泥沙磨损的特点、磨蚀机理、抗磨措施、水轮机合理选型、试验技术、两相流理论等各个方面，都取得了具有国际先进水平的成果。然而，由于没有一种先进的技术手段和方法，到目前为止对磨损量的测定通常是近似的。

如何通过检测机构客观、科学、公正的测量允许磨损量，为水电站安全、可靠、经济运行提供保障，是摆在我们面前的一个现实问题。

2 检测的基础

2.1 标准

2012年12月31日国家标准化管理委员会发布《反击式水轮机泥沙磨损技术导则》（GB/T 29403-2012），于2013年6月1日开始实施。该导则将水轮机磨损问题研究的成果进行了系统的收集整理，并用导则的形式把一些经过实践的宝贵经验总结出来，用以规范和指导反击式水轮机泥沙磨损的技术工作。该导则明确制定了“水轮机泥沙磨损的保证值”，对水轮机常用母材和防护材料的抗磨性能提出了要求，水轮机泥沙磨损的测量可依据此标准。

2.2 检测机构

水电站水力设备质量检验测试中心是通过中国国家认证认可监督管理委员会计量认证资质审核的质检机构，质检产品范围共涵盖4大类28个。检测项目有水力机械模型水力性能的检验测试、水力机械原型水力性能的检验测试、水轮机的主要通流部件质量和几何参数检测、水轮机调速器的性能检测。由于没有一种先进的技术手段，为磨蚀试验和磨蚀量进行科学的试验和测量，所以还没有开展有关磨蚀的检测项目。

2.3 检测手段

中国水利水电科学研究院正在研制的水力机械磨蚀测试系统是我国首个具有自主知识产权的综合性高精度水力机械磨蚀测试系统，该测试系统功能之一即为水轮机泥沙磨损预估、材料性能对比与评价，对水电站水轮机过流部件的母材和抗磨损材料的耐磨性进行测量。

2.4 检测的可能性

水力机械磨蚀测试系统研制为水轮机泥沙磨损保证值的检测奠定了基础。利用水力机械磨蚀测试系统，依据《反击式水轮机泥沙磨损技术导则》（GB/T 29403-2012）实现水轮机泥沙磨损保证值的检测成为可能。水力机械磨蚀测试系统模拟不同流速、流态、冲角及含沙浓度等水轮机运行环境，模拟不同运行工况、运行时间，对泥沙磨损的程度—磨损量进行检测，对水轮机泥沙磨损保证值的可靠性进行评估。

3 水轮机泥沙磨损保证值检测

3.1 检测方法

水轮机泥沙磨损保证值的检测主要是对磨损量的测定。目前在科研和工程研究中采用的方法主要有：失重法、深度法、面积(体积)法。

利用失重法测量材料磨蚀量的技术相对比较简单，是科研和工程中应用最为广泛的方法。但该方法只能测量评估部件(试件)的平均磨损程度，且测量精度一般较低。一般根据被测部件(材料)的重量及磨蚀量的大小选择合适的重量测量仪器，对磨蚀前后的材料进行测量，分析得到磨蚀失重量。

深度法和面积(体积)损失法在水力机械磨蚀量测量领域的使用较少，主要因为测量技术比较复杂，且测量分析过程比较繁琐。但这两种测量方法可同时对材料的平均及局部的磨蚀程度进行分析评估，精度较高。《反击式水轮机泥沙磨损技术导则》（GB/T 29403-2012）规定磨损面积的测量和磨损深度的测量条款，要求局部磨损的深度采用测量工具直接测量。

3.2 检测设备

水力机械磨蚀测试系统利用表面测量先进技术，对材料磨损面积和深度(体积)损失进行测量。该系统不仅能测量二维表粗糙度、波度和形状误差，还可进行三维空间形貌特征的测量，通过软件可对面积(空隙率，缺陷密度，磨损轮廓截面积等)、体积(孔深，点蚀，图案化表面，材料表面磨损体积以及球状和环状工件表面磨损体积等)、台阶高度、线与面粗糙度，以及其他几何参数进行精确的定量分析，精度较高，测量不确定度预期达到±5%以内，这将促进我国水力机械磨蚀防护技术的进步。

3.3 水轮机泥沙磨损保证值检测

由于影响磨损的因素十分复杂，不同条件下水轮机磨损程度的差别将十分悬殊，因此允许的磨损程度应根据电站的具体条件和要求，考虑经济等因素进行综合比较后确定。在选用新材料时，先进行材料测试。使用在建、拟建电站的过机泥沙对水轮机过流部件的母材和抗磨损材料的耐磨性进行磨损检测。检测依据是《反击式水轮机泥沙磨损技术导则》（GB/T 29403-2012），根据检测结果验证保证值的可靠性。《反击式水轮机泥沙磨损技术导则》（GB/T 29403-2012）规定：水轮机磨损保证期不宜短于4年。对预期磨损情况轻微和中等的大型水轮机，保证期可延长；对预期磨损情况严重的小型水轮机，保证期可缩短，并对保证期内水轮机磨损量指标给出了具体规定。

4 结 语

迄今为止，由于尚缺乏科学的手段与方法，往往凭借经验确定水利水电建设中水轮机泥沙磨损保护措施，其结果一般仅仅只达到估算的水平。笔者认为目前已有条件探讨水轮机磨损测量技术，用客观、科学的数据反映磨损结果和抗磨措施的效果，这对提高水轮机的抗磨能力是十分必要的，也是十分有意义的。

《治涝标准（送审稿）》审查会在京召开

2014年9月22日至23日，受水利部国科司委托，水规总院在北京主持召开会议，对《治涝标准》（送审稿）进行了审查。

会议听取了编制工作汇报，对《治涝标准》（送审稿）逐章逐条进行了审查。会议认为：内容全面，章节结构合理，技术指标合适，条款操作性较强，适应我国当前经济社会发展要求，符合水利行业治涝标准确定的实际与需求，基本同意编制组提交的《治涝标准》（送审稿）。

（王化翠 供稿）

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.06.004

TV734.1

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1008-1305（2014）06-0013-02

马素萍（1963年-），女，高级工程师。