книги из ГПНТБ / Пылаев, Н. И. Кавитация в гидротурбинах

В настоящее время на турбинах гидроэлектростанций СССР

пластмассы в качестве защитного кавитационностойкого покры­ тия не нашли применения, однако работы в этом направлении ведутся.

31. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТУРБИН, РАЗРУШЕННЫХ КАВИТАЦИЕЙ. ОРГАНИЗАЦИЯ РЕМОНТНЫХ РАБОТ

В процессе эксплуатации турбин детали проточной части; несмотря на принятые меры защиты, подвергаются в той или иной степени кавитационной эрозии. Впп. 10— 12 была рассмотрена кавитационная эрозия поворотнолопастных, радиально-осевых и ковшовых гидротурбин. Необходимость восстановления деталей, разрушенных кавитацией, обычно определяет сроки вывода агре­ гата в капитальный ремонт.

На многих ГЭС продолжительность межремонтного периода работы агрегата измеряется в годах. Этот показатель фигурирует также в правилах технической эксплуатации. В то же время исчисление межремонтного периода в годах ничего не определяет. Действительно, для разных ГЭС время работы агрегата в течение года различно, например турбины Плявинской ГЭС работают в году — 1500 ч, Братской ГЭС— 8000 ч. А степень эрозии при прочих равных условиях определяется продолжительностью экс­ плуатации. Из этого следует, что более правильно межремонтный период выражать в часах работы агрегата. Продолжительность межремонтного периода зависит от интенсивности кавитационной эрозии и допустимого объема разрушений.

Интенсивность кавитационной эрозии на турбинах действу­ ющих ГЭС уже была рассмотрена. Что касается допустимого объема разрушений, то следует различать две стороны этого во­ проса: во-первых, степень разрушения должна позволять произ­ водить ремонт детали на месте; во-вторых, разрушения не должны существенно сказываться на к. п. д. турбины. Первая сторона вопроса характерна для ремонта детали из нержавеющих сталей. Известно, что в этом случае большой объем наплавочных работ недопустим без соответствующего подогрева детали. Осуще­ ствление подогрева на ГЭС затруднено и, следовательно, нужно ограничить объем наплавки. Для нержавеющей стали 20Х13НЛ (в связи с ее большей склонностью к подкалке) объем наплавки должен быть значительно меньше, чем для стали 0Х12НДЛ. Опыт проведения ремонтных работ показывает, что при заварке кавитационных разрушений глубиной 5—8 мм на стали 20Х13НЛ и 10— 12 мм на стали 0Х12НДЛ трещин не образуется. Эти глу­ бины и следует, очевидно, принять в качестве допустимых при назначении срока ремонта. Для деталей с нержавеющим защитным слоем целесообразно производить ремонт после разрушения за­ щитного слоя.

Углеродистые стали допускают значительно большие объемы наплавки без подогрева, при этом главным становится фактор

244

снижения к. п. д. турбины. На некоторых ГЭС путем замера к. п. д. относительным методом обнаружено, что при значительных кавитационных разрушениях наблюдается заметное снижение к. п. д., достигающее 1—2%. В этом случае выбор сроков ремонта определяется экономическими соображениями.

В работе [27] доказывается, что проведение ремонта экономи­ чески оправдано уже при снижении к. п. д. на 0,2%. В этой же работе рекомендуется определять наивыгоднейший межремонтный период путем подсчета часовой амортизации А стоимости ремонта, произведенного после X ч работы турбины, и средней часовой стоимости потерь от снижения к. п. д. В. Время, через которое

рушенных кавитацией, заключается в том, что ремонт, как пра­ вило, производится без демонтажа агрегата.

Весь цикл ремонта можно разделить на три этапа:

1)подготовительные работы;

2)удаление металла, разрушенного кавитацией;

3)восстановление детали до первоначального профиля. Подготовительные работы состоят из осушения проточной

части турбины, установки лесов под рабочим колесом, проводки временного освещения, составления формуляра кавитационных разрушений и уточнения объема ремонтных работ, прокладки сварочных кабелей и воздушных шлангов, монтажа системы вентиляции и средств пожарной безопасности.

Нужно отметить большое разнообразие конструкций вспомо­ гательного оборудования для ремонтов на ГЭС. Причем ремонтное оборудование отличается не только потому, что оно используется для турбин разных типов, оно отличается и для однотипных и даже для одинаковых турбин. Например, одинаковые турбины Усть-Каменогорской и Днепровской ГЭС имеют совершенно разное вспомогательное оборудование для ремонта.

Большинство конструкций лесов, освещения, вентиляции — местного производства, лишь в последнее время заводы-изготови-

245

тели вместе с поставкой турбины поставляют и оборудование для ремонта. В качестве примера рассмотрим конструкцию лесов, устанавливаемых под рабочим колесом турбины Красноярской гидроэлектростанции (рис. VI. 14). Леса состоят из центральной стойки 1, с которой шарнирно соединены балки — лучи 2. Пери­

ферийные концы этих балок с помощью тяг S подвешиваются к лопастям рабочего колеса. На балки устанавливаются рифленые листы 4. Центральная стойка фланцем крепится к конусу рабочего колеса. Опускание лесов под рабочее колесо производится через центральное отверстие вала турбины, при этом балки сложены. После опускания и крепления центральной стойки к конусу балки разводятся в стороны и подвешиваются к лопастям. Грузо­ подъемность лесов такой конструкции до 5 тс.

246

Металлические леса обеспечивают полную пожарную безопасность при сварочных работах. Деревянные настилы, применяемые на некоторых ГЭС, могут загореться, особенно при воздушнодуговой строжке, когда с лопасти сдувается расплавлен'ный-

Рис.У1.15. Схема вентиляции камеры рабочего колеса турбины Братской ГЭС

Стационарное освещение выполняется в виде гирлянд или про­ жекторов. Применяемое напряжение для гирлянд 36 В, мощность ламп 60 Вт. Для прожекторов напряжение 220 В, мощность ламп 200 Вт. Местное освещение выполняется с помощью переносных ламп напряжением 12 В, мощностью 40 Вт. При использовании напряжения 220 В особое внимание должно быть обращено на надежную изоляцию токоведущих кабелей,

247

Сварочные работы под рабочим колесом требуют хорошей вентиляции. На ГЭС встречаются самые разнообразные схемы вентиляции камер рабочих колес. В качестве наиболее рациональ­ ной рассмотрим схему вентиляции, примененную на турбине Брат­ ской ГЭС (рис. VI. 15). По этой схеме воздух под рабочее колесо подается из машинного зала через полый вал агрегата. Нагнета­ ющий вентилятор 1 устанавливается на надставке вала генера­ тора. Загрязненный воздух отсасывается через спиральную ка­ меру, напорный трубопровод 2 и аэрационную трубу 3 в атмо­ сферу. Отсасывающий вентилятор 4 устанавливается на выходе из аэрационной трубы. Схема вентиляции в летнее и зимнее время не меняется, поэтому под рабочее колесо в любой период времени подается теплый воздух. При одновременной наплавке, производимой шестью сварщиками, эта схема вентиляции обес­ печивает нормальные условия работы.

Кавитационные повреждения в гидротурбинах встречаются как чисто эрозионного происхождения, так и механического (вследствие пульсации каверны), когда происходит отрыв за­ щитного покрытия.

На рис. VI. 16 приведены характерные примеры кавитационной эрозии лопасти рабочего колеса радиально-осевой турбины и отрыв облицовки на камере рабочего колеса поворотнолопастной турбины.

Удаление разрушенного кавитацией металла производится путем шлифовки или при помощи воздушно-дуговой строжки. При небольших глубинах разрушений, характерных для деталей из нержавеющих сталей, обычно применяется шлифовка. На дета­ лях из углеродистой стали разрушенный металл, как правило, удаляется воздушно-дуговой строжкой. Строжка выполняется угольными электродами. После строжки поверхность целесо­ образно прошлифовать до получения чистого металла. Воздушно­ дуговая строжка вследствие высокой производительности, отно­ сительно небольшого разогрева основного металла получает все большее распространение при ремонтах гидротурбин.

Восстановление деталей, разрушенных кавитацией, рассмо­ трим отдельно для углеродистых и нержавеющих сталей.

На деталях из углеродистых сталей разрушения появляются в первый же период эксплуатации. Очень важно своевременно провести ремонтные работы. Выше было рассмотрено влияние эрозии на к. п. д. Кроме того, задержка в ремонте вызывает серьез­ ные разрушения, которые исключают восстановление путем на­ плавки и требуют вырезки крупных поврежденных участков и установки вставок. Так, например, первый ремонт рабочего ко­ леса (материал — сталь ЗОЛ) на Мингечаурской ГЭС был проведен через 28 000 ч эксплуатации. За это время были полностью раз­ рушены выходные кромки лопастей (рис. VI. 17), на входных кром­ ках разрушения достигли глубины 30 мм. Ремонт был длитель­ ным, с большим объемом работ, причем на многих лопастях были установлены вставки.

246

быть в известной степени допущено для камер рабочих колес, залитых в бетон, но совершенно недопустимо для лопастей, испы­

тывающих повторно-переменные нагрузки и могущих свободно деформироваться.

В настоящее время облицовка при ремонтах практически не применяется, сорванные с детали куски облицовки восстанавли­ ваются наплавкой. Для наплавки применяются электроды марок ЦЛ-11 И ЦТ-15.

На вновь выпускаемых турбинах применения облицовки для ремонта не требуется, поскольку все детали проточной части турбины, подверженные кавитационной эрозии, изготовляются или целиком из нержавеющей стали или с защитным слоем из нержавеющей стали.

Восстановление детали из нержавеющих сталей производится наплавкой. Детали из сталей 20Х13НЛ и 0Х12НДЛ наплавляются, как правило, электродами ЭА-395/9 или ЦТ-10 без подогрева. Сталь 0Х18НЗГЗД2Л наплавляется электродом ЦЛ-33 (1Х22Н9) или ЦЛ-9. Биметаллические детали восстанавливаются с учетом материала защитного слоя.

На некоторых ГЭС небольшие кавитационные разрушения глубиной 0,5— 1,0 мм зашлифовываются и не завариваются. Такой метод не дает существенного уменьшения в скорости эрозии, искажает профиль лопасти и может вызвать дополнительные разрушения за образовавшейся неровностью. В дальнейшем местные зашлифовки создадут известные трудности при восста­ новительных работах (увеличивается объем наплавки, неточно устанавливается контрольный шаблон и т. д.), поэтому от этого метода следует отказаться.

Восстановительная наплавка как на углеродистых, так и на нержавеющих сталях производится на постоянном токе обратной полярности.

Для ручной сварки и воздушно-дуговой строжки на ГЭС применяется следующее оборудование: сварочные преобразова­ тели ПСМ-1000, ПСО-500, ПС-300; балластные реостаты РБ-300, РБ-315, РБ-900. Использование многопостовых источников пи­ тания типа ПСМ-1000 предпочтительнее, так как позволяет сокра­ тить количество единиц сварочного оборудования и тем самым уменьшить занимаемую площадь и упростить обслуживание.

На некоторых гидроэлектростанциях при ремонте применяется полуавтоматическая наплавка в среде углекислого газа. Такой вид наплавки позволяет повысить производительность труда и сократить трудоемкость последующей обработки наплавленной поверхности [43].

Восстановительная наплавка должна выполняться несколько полнее с учетом последующей шлифовки. Проверка качества вы­ полненных работ производится путем наложения шаблонов. При этом неточности формы и размеров детали, допущенные при ремонте, не должны превышать допуски, заданные чертежом.

251