含沙水流中的水轮机磨蚀与防护

2007.№6 大 电 机 技 术 39


含沙水流中的水轮机磨蚀与防护

李 志 红
（南昌工程学院，南昌 330099）

[摘 要] 含沙水流中的水轮机容易遭受磨蚀破坏，是一个普遍存在的问题，并且也是一直困扰多泥沙河流
水电站的难题。长期的理论研究与实践表明，恰当的选型与良好的水力性能、合适的材质与优良的制造工艺
是水轮机抗磨蚀的最根本方法。但对已建成的水电站而言，采用合理的运行方式和一定的检修措施，可延缓
或减轻水轮机的磨蚀。
[关键词] 水轮机；空蚀；冲蚀；磨蚀
[中图分类号] TK730 [文献标识码] B [文章编号] 1000-3983（2007）06-0039-03
Abrasion and Protection of Hydraulic Turbine in Silt-laden Flow
LI Zhi-hong
（Nanchang Institute of Technology，Nanchang 330099，China）
Abstract：Hydraulic turbi nes operating i n the silt-laden fl ow will be easil y damaged due to abrasion，
this is a commonl y occurred probl em for such ki nds of hydropower stations. Long-term theoretical
research and engi neeri ng practice show that the suitable selecti on of parameters，good hydrauli c
performance ，suitable material selecti on and excel lent turbine manufacturi ng process are the basic
anti-abrasion measures. But for the existi ng hydropower stations，selecti on of reasonable operating
modes and certain maintenance measures can be used to alleviate and reduce the turbine abrasion.
Key words：hydraulic turbine；cavitation；erosion；abrasion

1 引言
空化是发生在水轮机运行中的一种流体动力现
象，指局部压力低于汽化压力时，溶解的气体或蒸发
的气体形成空泡（气泡或汽泡）；空泡随水流向高压区
流动而溃灭，从空泡溃灭中心辐射出来的冲击压力或
流速很快的微型射流对过流部件进行冲击，使其材料
受破坏损耗，这种现象称为空蚀
[1]
。在含沙水流中工作
的水轮机，还将受到水流中挟带的沙粒对其过流部件
表面反复冲击和切削，而使其材料受破坏损耗，这种
现象称为冲蚀
[2]
。含沙水流中的空蚀和冲蚀常常是相伴
发生、相互促进，进而加剧对过流部件的空蚀和冲蚀
破坏。我国工程界和学术界将水轮机过流部件在含沙
水流中工作时发生的空蚀和冲蚀统称为磨蚀
[3]
。磨蚀破
坏将引起水轮机效率降低、出力下降，使机组产生振
动与噪声，迫使机组频繁大修，造成检修期长、工作
量大。
我国西部地区的河流普遍挟沙，并且汛期的含沙
量相当高，在这些河流中的水电站普遍存在着磨蚀问
题，如黄河刘家峡、三门峡、新疆红山嘴、喀什、云
南六郎洞、麻子河等水电站水轮机的磨蚀状况就是较
为典型的例子。据初步统计，全国大中型电站水轮机
有泥沙磨蚀的约132 台，计1200 万kW以上(不包括三
峡)；中小水电站总装机容量约2200 万kW，有泥沙磨
蚀的电站占30 %，约660 万kW，共113 万台。另外，
引黄扬水泵站10 万台，约340 万kW水泵不同程度存
在泥沙磨蚀危害，困扰 着引黄扬水工程安全运行。因
此，研究含沙水流中的水轮机磨蚀与防护问题，具有
普遍的实际意义。
2 水轮机过流部件磨蚀的特点
2.1 转动部件的磨蚀
2.1.1 轴流式水轮机转轮的磨蚀
轴流式水轮机在含沙水中运行时，磨蚀主要出现
在转轮叶片外缘和出水边附近，多呈锯齿状凹槽。这
主要是由于轴流式水轮机转轮叶片进口边相对流速低
于出口边，同时随半径增大相对流速增加，叶片外缘
有较高的相对流速，由于含沙水流的旋转，叶片外缘