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水电站水轮机热喷涂陶瓷涂层修复技术与应用

添加时间:2012/1/29 14:41:54  浏览次数:2134 次

摘要:本文主要介绍了青铜峡水电厂采用热喷涂技术对水轮机过流部件进行有效防护,取得阶段性进展,获得巨大经济效益。
关键词:水轮机热喷涂工业陶瓷经济效益

1、前言

青铜峡水利枢纽位于宁夏回族自治区青铜峡市、黄河青铜峡峡口处,是黄河上游龙青段水电梯级开发规划中的最后一级电站。该工程于1955年开始勘测,1956年开始设计,1958年8月工程正式开工,至1978年,电站8台机组全部投运。1#、2#机组为zz66l-lh-500型机组,六十年代出厂,1968年投运;3#、4#、5#、7#机组为六十年代末出厂的zz560-lh-500(即a30型)型机组,七十年代投运;6#机组是为葛洲坝水电站水轮机的中间试验机组,5个叶片,zz500-lh-550型,1975年投运;8机组为原苏联哈尔科夫水轮机厂三十年代研制的ππ661-bb-500型机组。

2、水轮机过流部件损坏

以上四种型号水轮机,设计制造年代较早,技术参数水平较低,而且水轮机实际安装高程高于设计值,空蚀系数低,防空蚀能力差;更兼青铜峡水电站处于黄河多泥沙的河段,多年平均输沙量2.2亿t,最大年输沙量5.29亿t,多年平均含沙量9.83kg/m3,最大含沙量431.35kg/m3,泥沙中含有大量的石英砂、长石,平均粒径0.015~0.02mm。高含沙量与空蚀的联合作用造成水轮机过流部件磨蚀严重,机组效率急剧下降。

进入九十年代后,机组水下过流部件磨蚀严重,尤其是转轮叶片,一方面,检修周期逐渐缩短,工期延长,工作量及检修费用急聚增大,截止1990年底,仅用于补焊转轮叶片腐蚀区的不锈钢板累计24吨,不锈钢电焊条34吨,普通焊条13吨,砂轮片上万余片;另一方面,严重的腐蚀和大量的补焊修复,叶片实际线形偏离原设计流线型,使水流流态更加恶化,水轮机效率严重损失,形成恶性循环,已严重影响了水电厂的安全经济运行。

3、水轮机过流部件表面喷涂层防护

多年来,青铜峡水电厂在水轮机抗磨蚀上投入大量的资金,做了大量的探索和实践工作。在6#机组扩修期间,将自行修复的转轮叶片,采用vatech爱雪维斯公司根据黄河流域水情特点,开发的水轮机过流部件表面抗磨蚀新材料sxh-70,采用超音速火焰喷涂技术对转轮叶片进行了全方位表面涂层防护,喷涂总面积45m2。sxh-70涂层材料是由陶瓷、金属合金等混合组成,兼具良好的刚性和韧性。实验室模拟试验表明,在基材为0cr13ni4mo部件上,喷涂厚度0.25-0.3mm,结合强度≥70mpa,抗气蚀能力是0cr13ni4mo的1.55倍,抗泥砂磨损能力91.5倍。该技术采用前,在黄河多泥砂流域几家电家电站进行了两年多的挂片试验,经验证,抗磨蚀效果比较理想。

现就青铜峡水电厂6#机转轮叶片喷涂前后磨蚀状况对比如下:

(1)、喷涂前转轮叶片磨蚀情况

6#机转轮1996年更新,叶片材质为0crl3ni4mo,经过18164小时的运行,1999年12月检查,叶片呈现整体减薄趋势,叶片背面从进水边至出水边距外缘500mm区域严重磨蚀;叶片外缘、进出水角局部出现穿孔,叶片与转轮室间隙增大15~30mm,空蚀面积达9.56m2,总失重423.7kg,最大汽蚀深度40mm,平均深度5~7mm。

(2)、喷涂后转轮叶片磨蚀情况

经过15284小时运行,2003年6月18日对转轮叶片喷涂层进行检查。叶片正面涂层完好,涂层厚度无明显减薄;叶片外缘基本完好,叶片与转轮室间隙无扩大;叶片背面强汽蚀区局部涂层空蚀脱落,总面积0.408m2,总失重l0.7kg,母材平均空蚀磨损2~4.4mm。表:青铜峡水电厂6#机转轮叶片喷涂前后磨蚀情况记录


从6#机转轮叶片喷涂前后实际前后运行结果来看,青铜峡水电厂轴流式水轮机表面用超音速火焰喷涂,采用sxh-70抗磨蚀涂层防护取得明显效果,从根本上解除了泥砂磨损破坏,缓解了空蚀的危害,延长了水轮机的使用寿命和机组检修周期。

4、经济效益分析

就青铜峡水电厂而言,应用sxh-70抗磨蚀材料进行水轮机喷涂防护可为水电厂带来如下效益;

(1)经过喷涂的水轮机过流部件可保持在高效率运行,根据运行历史记录,青铜峡水电厂机组初期运行5年,效率降低16%,即平均每年降低3.2%。以此为依据,统计机组多年平均运行时间约为3500小时,上网电价为0.126元/kw.h,则:
单台机年电量损失:36000×3.2%×3500×0.126元/kw.h≈50.8万元
在一个检修周期(5年)内,由于效率降低而使电厂损失经济效益254万元。
(2)按5年检修周期统计,仅转轮叶片检修发生费用104万元,因检修带来的其他附加费用150万元。
(3)以一年半年大修一次,5年扩修一次,共停机180天,则在一个检修周期内检修停机少发电量6213.6万kw.h,使电厂直接经济损失达782.9万元。

然而,青铜峡水电厂6#水轮机转轮,采用抗磨蚀涂层防护经过15284小时运行,仅小修1次(15天),检修费发生4.8万元,检修停机少发电经济损失68万元。

综合以上分析计算,采用热喷涂技术对叶片表面进行抗磨蚀防护,在一个检修周期内减去一套转轮叶片喷涂所需费用110万元,可为电厂带来经济效益1158.9万元,投资效益比达1:6.33。

目前,我国水轮机过流部件通常采用0crl3ni4mn材质,替代了zg20mnsi材质,以提高部件的抗磨蚀能力。随着金属表面喷涂防护技术的发展和逐步成熟,喷涂层已具有良好的抗磨蚀能力。试想,过流部件仍采用zg20mnsi材质,既可提高部件表面喷涂涂层质量,又可降低制造成本,为企业节约大量资金。

5、结论

(1)采用超音速火焰喷涂技术备制sxh-70涂层,在承受水流水力作用下,具有高结合强度,能够较好的抵抗磨蚀,该技术在轴流式水轮机过流部件表面磨蚀防护是行之有效的。
(2)采用此技术可以给水电厂带来巨大的经济效益。
(3)发展金属表面喷涂处理技术,克服水轮机过流部件严重的磨蚀破坏,从而使过流部件用一般材质替代特殊材质,为企业节省大量的设备投入资金

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