劉 鵬，宋華婷

（江河機電裝備工程有限公司，100070，北京）

新疆庫瑪拉克河塔尕克水電站是引水徑流式水電站，位于新疆阿克蘇市溫宿縣，從庫瑪拉克河上已建成的協(xié)合拉樞紐東岸總干渠分水閘引水。水電站兩臺機組運行到2008年8月17日，因水輪機磨損停機。

一、電站泥沙情況

2008年5月庫瑪拉克河來水量增大，水質(zhì)變差，發(fā)電機組由清水期運行方式轉(zhuǎn)為渾水期運行方式，根據(jù)水質(zhì)情況電站前池排沙閘每36 h啟動1次進行排沙。電站機組運行到1 800 h時發(fā)現(xiàn)電站前池積沙較多，根據(jù)這一情況電站將排沙孔運行方式由36 h改為20 h排沙1次。7月22日阿克蘇市周邊地區(qū)普降暴雨，大量泥石流進入庫瑪拉克河，河水挾帶泥沙雜草，發(fā)電引水泥沙量劇增，7月24日水質(zhì)狀況好轉(zhuǎn)后，取水樣化驗含沙量高達20 kg/m3。

電站機組運行3 096 h后總干渠停水檢查，發(fā)現(xiàn)渠道、電站前池砂石淤積嚴重，渠道標準斷面僅能通過40 m3/s，而達不到設(shè)計的 75 m3/s，渠道泥沙淤積量超過設(shè)計排沙能力，致使推移質(zhì)及粗顆粒懸移質(zhì)進入電站機組流道，造成電站2臺機組轉(zhuǎn)輪嚴重磨損。

2008年8月17日電廠兩臺機組全停后，引水渠放水40 m3/s，通過兩孔排沙閘每天24 h向下游沖沙，沖沙336 h后引水渠完全停水，對引水渠、前池、機組流道、尾水渠進行現(xiàn)場檢查，檢查發(fā)現(xiàn)整個渠道都有不同程度的淤積，淤積物組成主要為粉細砂及卵礫石，淤積物主要來自上游渠首；前池和機組流道淤積泥沙推移質(zhì)較多，最大粒徑達12cm，尾水渠積沙較多。

根據(jù)這一情況，電站加強了對來水的檢測和排沙工作，采取先放20m3/s后減小至6 m3/s的方法引水排沙，每2 h取水樣1次進行含沙量檢測，在排沙閘出水口取樣測得最大含沙量達59.4 kg/m3。

進入10月后根據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)渠道來水好于9月，10月2日電站2號機組并網(wǎng)發(fā)電，1號機組處于停機狀態(tài)，機組運行90 h后，停水檢查發(fā)現(xiàn)電站前池和1號機組進口流道內(nèi)積沙嚴重。

二、泥沙引起的設(shè)備磨損情況

塔尕克水電站機組轉(zhuǎn)輪的上冠、葉片和下環(huán)的材質(zhì)均為ZG0Cr13Ni4Mo組焊而成，轉(zhuǎn)輪直徑為2 150 mm，葉片13個。6月電站1號機組運行1 280 h，2號機組運行1 440 h后，工作人員對1、2號機組壓力鋼管、事故檢修門、蝸殼、導水葉、轉(zhuǎn)輪進行了全面檢查，未發(fā)現(xiàn)水輪機轉(zhuǎn)輪和其他部位有磨損和空蝕現(xiàn)象。

從2008年6月10日到2008年8月17日電站1號機組運行1 504 h、2號機運行1517h后，工作人員對機組第二次進行檢查，發(fā)現(xiàn)水輪機轉(zhuǎn)輪出現(xiàn)嚴重磨損。轉(zhuǎn)輪上冠和頂蓋間隙3.6mm，轉(zhuǎn)輪下環(huán)和底環(huán)最大間隙21mm（設(shè)計值為1.1～1.4mm），部分固定導葉中部出現(xiàn)深約5 mm撞擊痕跡，水輪機底環(huán)出現(xiàn)磨損。

1.主軸密封磨損

1號機運行2 520 h，2號機運行2 712 h主軸密封磨壞，抗磨板磨損造成機組停機。更換備件后運行456 h，機組主軸密封磨壞造成機組停機。經(jīng)分析，主要原因是發(fā)電引水含沙量過大造成主軸密封磨損。

2.供排水系統(tǒng)設(shè)備磨損

機組技術(shù)供水系統(tǒng)、檢修滲漏排水系統(tǒng)閥門、管路和水力量測系統(tǒng)管路嚴重積沙，閥門、水泵機械密封磨損嚴重。

3.機組擺動振動過大

8月17日，1號機組運行中突然出現(xiàn)軸電流過大、振動、擺度過大現(xiàn)象。停機檢查發(fā)現(xiàn)水導瓦座固定螺栓全部脫落，瓦總間隙變化達到1.1 mm（設(shè)計值0.44 mm）。經(jīng)采用計算機現(xiàn)場測試，機組擺度、振動、同軸度符合規(guī)范要求。經(jīng)分析認為，由于泥沙磨損造成下環(huán)和底環(huán)間隙變大，有較大砂礫石進入密封位，造成機組擺度、振動過大。

三、結(jié)論與建議

1.電站水輪機比轉(zhuǎn)速偏高

選擇幾個與塔尕克電站水頭相近的水電站比轉(zhuǎn)速進行比較，發(fā)現(xiàn)塔尕克電站選用的水輪機比轉(zhuǎn)速偏高，造成相對流速比較大，加大磨損強度。

2.過機泥沙含量大

過機泥沙含量大，機組又未在額定工況下運行，容易造成空蝕和磨損聯(lián)合作用，磨蝕強度加劇。根據(jù)國內(nèi)外專家的試驗研究，水輪機泥沙磨損量和水流相對流速、水中泥沙含量、機組實際運行時間、水輪機制造材質(zhì)的耐磨系數(shù)和泥沙磨損能力等諸多因素有關(guān)。

3.推移質(zhì)大量過機

推移質(zhì)大量過機，撞擊導水葉并進入水輪機密封縫隙形成研磨破壞，造成局部金屬缺失，導致密封和抗磨板處水力不光滑，并進一步誘導空蝕破壞的發(fā)生及加劇。止漏環(huán)上部與轉(zhuǎn)輪本體合縫處的間隙，也會誘發(fā)間隙空蝕破壞，使轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)上部出現(xiàn)凹坑，這樣就可能在轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)上部區(qū)域形成一股高強度的漩渦，產(chǎn)生泥沙磨損及空蝕破壞聯(lián)合作用，造成密封間隙進一步擴大，使更大顆粒泥沙再進入密封間隙而形成惡性循環(huán)破壞，嚴重影響機組穩(wěn)定性和安全運行。如本次塔尕克電站的水導擺度過大，致使水導瓦座固定螺栓脫落，出現(xiàn)主軸密封漏水等事故發(fā)生，進而造成機組停機。

4.幾點建議

（1）改變引水渠進水方向

塔尕克水電站前池的引水口和泄洪閘布置顯然不合理。建議在前池前100m直形引水渠改成彎曲形或S形，使引水口布置在凹岸處。具體彎曲半徑與引用流量、泥沙含量及顆粒等有關(guān)，需參考有關(guān)文獻或?qū)嶋H工程確定。

（2）改造和增建電站進水口引水渠、沉沙池、日調(diào)節(jié)池等水工建筑

新疆英吉沙縣康帕水電站采取建直線沉沙池、日調(diào)節(jié)池后引水至前池、壓力鋼管進入電廠，對減輕水輪機磨蝕取得比較好的效果。疏附縣吾庫沙克水電站對前池進行改造，解決了該電站前池排冰排沙不利的問題，是個成功經(jīng)驗。而澤普縣亞斯墩電站利用日調(diào)節(jié)池排冰和冬季發(fā)電值得學習和借鑒。

（3）改造現(xiàn)在的排沙孔進口線型

一般水工建筑進口均為流線型，通常稱喇叭口形，而目前本電站排沙口為直角形顯然不合理，改為流線型后可以將口門外處的泥沙吸走而不會在口門底下發(fā)生淤積。

（4）加大下抗磨板外緣尺寸遮蓋水輪機下密封

在推移質(zhì)泥沙還未解決之前，為了防止大顆粒泥沙進入水輪機下密封間隙內(nèi)，是否可以考慮加大下抗磨板外緣尺寸遮蓋水輪機下密封的措施。

（5）主軸密封結(jié)構(gòu)改進

目前采用在主軸密封增加清水反沖壓力減少主軸密封磨損只是權(quán)宜之計，如果密封圈與密封座配合不精確、導向不良引起發(fā)卡或清水壓力不夠，將造成大量渾水漏入主軸密封而產(chǎn)生主軸磨損。所以進行主軸密封結(jié)構(gòu)改進，可提高密封的耐磨性和使用壽命。

[1]M.B.比什瓦卡馬，吳立功.水輪機防泥沙沖蝕措施探討[J].水利水電快報，2008（2）.