DL444-1991反击式水轮机气蚀损坏评定标准.pdf 6页

'中华人民共和国电力行业标准DL444—911)反击式水轮机气蚀损坏评定标准中华人民共和国能源部1991-10-28批准1992-04-01实施1)本标准谨供参考。在GB/T2900.45—1996《电工术语·水轮机、蓄能泵和水泵水轮机》中，“气蚀”统一改称“空化”，“气蚀损坏”统一改称“空蚀”。1总则1.1本标准旨在明确水轮机气蚀损坏的评定条件和测量方法，确定气蚀损坏保证量。1.2本标准仅对水轮机的气蚀损坏作出评定。因气蚀而引起对机组的出力、效率、振动、噪声等影响，不包括在本标准中。1.3本标准以一般水质为评定基础，特殊情况可参照本规程研究决定。1.4部件表面由其它非气蚀原因暴露出来的材料缺陷，不应算作气蚀损坏，应设法予以扣除。1.5本标准适用于单机容量大于10MW或转轮直径大于2m的大中型水轮机。小型水轮机亦可根据情况参照使用。混流式水轮机转轮出口直径大于6m、轴流式水轮机转轮直径大于8m时的气蚀损坏保证量可参照本标准另行商定。1.6本标准自批准公布之日起实施(此处有误，实施起始日期应为1992年4月1日——编者注)，有效期五年。2术语、定义2.1气蚀：气蚀是流道中水流局部压力下降到临界压力(一般接近汽化压力)时，水流中气核成长、积聚、流动、溃灭、分裂现象的总称。2.2气蚀损坏：气蚀气泡溃灭或分裂时造成的材料损坏。2.3气蚀损坏深度(h)：从原始表面量起的任何气蚀区的气蚀损坏深度。2.4气蚀损坏面积(A)：按规定测得的实际气蚀损坏面积。2.5气蚀损坏体积(V)：被气蚀损坏的材料体积。2.6气蚀损坏重量(W)：气蚀损坏的金属重量。2.7气蚀损坏保证量(Cr)：相应于基准运行时间的气蚀损坏量的保证值(指重量或体积、面积、深度)。2.8换算的气蚀损坏保证量(Ca)：根据实际运行时间换算所得的气蚀损坏保证量(指重量或体积、面积、深度)。2.9气蚀损坏量保证期限：水轮机投入运行后，气蚀损坏量保证有效的期限。2.10基准运行时间(tr)：制定水轮机气蚀损坏保证量的标准运行小时数。2.11实际运行时间(ta)：水轮机投入运行后至检查时为止的实际运行小时数。2.12水轮机正常运行的出力下限(PCL)：在各个水头及其相应的允许尾水位下，水轮机允许连续运行的最小允许出力。2.13水轮机正常运行的出力上限(PCU)：在各个水头及其相应的允许尾水位下，水轮机允许连续运行的最大保证出力。2.14水轮机正常运行区：水轮机正常运行的出力下限与正常运行的出力上限之间的运行区。2.15水轮机超负荷非正常运行区：水轮机正常运行的出力上限与最大可能出力之间的运行区。 2.16水轮机低负荷非正常运行区：水轮机正常运行的出力下限至空载之间的运行区。2.17转轮直径(D)：轴流式(斜流式、贯流式)为转轮叶片中心线外缘最大直径，混流式水轮机为转轮出口直径(即转轮叶片出水边和下环相交的直径)。3气蚀损坏保证的内容、条件3.1气蚀损坏保证的内容包括气蚀损坏量保证期限与气蚀损坏保证量。3.1.1气蚀损坏量保证期限为：水轮机投入正式运行后二年，或实际运行时间达8000h，以先到期为准(不足或超过8000h时，可按本标准5.1条换算)。3.1.2气蚀损坏保证量，可参照本标准第5章的规定。水轮机气蚀损坏保证量主要是重量(体积)和深度；如有需要，也可同时要求气蚀损坏面积作为气蚀损坏保证量。3.2水轮机气蚀损坏保证的条件包括运行区和运行时间。3.2.1水轮机正常运行区应根据转轮模型气蚀试验、气泡观测与运行实践经验确定。一般情况下，水轮机正常运行的出力下限可取为：混流式：为该水头下水轮机最大保证出力的40%；轴流转桨式：为该水头下水轮机最大保证出力的30%；轴流定桨式：为该水头下水轮机最大保证出力的75%。3.2.2运行时间：3.2.2.1基准运行时间定为8000h。3.2.2.2在8000h内，允许超负荷运行时间为2%，低负荷运行时间为10%；实际运行时间不足或超过8000h，其允许超负荷与低负荷运行时间也按上述同样百分比计算。3.2.2.3在上述时间内，水轮机应满足各运行点吸出高度(Hs)的要求，不满足吸出高度(Hs)要求的时间不得超过5%。3.2.3特殊情况：3.2.3.1水轮机启动和停机过程中所用全部时间应包括在实际运行时间中。3.2.3.2水轮机转轮在空气中旋转的时间不包括在实际运行时间中。3.2.3.3轴流转桨式水轮机如因设备缺陷原因只能按定桨式运行，则运行时间应计入实际运行时间，但应尽快通知制造厂进行缺陷处理和调整协联关系。4气蚀损坏量的测量、计算及修理4.1检查气蚀损坏的时间在水轮机气蚀损坏量保证期限期满之前，用户与制造厂共同确定检查时间和方法，并共同对水轮机的气蚀损坏进行测量和评定。4.2气蚀损坏的预修在水轮机运行一段时间征得用户同意后，制造厂可对水轮机的气蚀损坏进行检查及修理，检修费用由制造厂承担。制造厂对气蚀损坏部件进行修理或改变部件形状后，气蚀损坏量保证期限应从再投入时算起。4.3气蚀损坏量的测量与计算测量前，测量部位的损坏面应清扫干净。4.3.1气蚀损坏深度的测量将样板(或其它适当的工具)支持在未受损坏的表面上，用测深尺或其它双方同意的办法进行测量，其误差不得超过最大深度的10%或最大误差不得超过1mm。4.3.2气蚀损坏面积的测量对各个气蚀损坏面，分别用油漆或其它办法划出边界，并临摹到纸上；或用其它双方同意的办法，量出气蚀损坏面积。测量误差不得超过10%。变色区面积不计。4.3.3气蚀损坏体积的测量和重量的计算4.3.3.1直接测量法：将气蚀损坏面清除到母材后，用一定的塑性物质填塞到未损坏时的表 面形状，直接测量剩余的塑性物质体积或重量，即可求得气蚀损坏体积并换算成气蚀损坏量。测量误差不得超过15%。4.3.3.2近似计算法：可将气蚀区分成各个小块，采用以下公式近似计算气蚀损坏体积：1V=ΣV=ΣhA(1)iimaxi2式中himax——各个气蚀区的最大深度；Ai——各个气蚀区的面积。体积换算至重量时：W=Vρ(2)3式中ρ——钢材的密度，可取等于7.85g/cm。5气蚀损坏的评定5.1产品气蚀损坏量的合格标准：水轮机气蚀的检查，一般应在投入运行后6000～10000h内进行，如果在水轮机通流部件上测得的气蚀损坏量，没有超过按时间换算的气蚀损坏保证量，则产品的气蚀损坏保证量认为合格。根据实际运行时间换算的气蚀损坏保证量计算方法如下：Ca=Crta/tr(3)式中Ca——换算的气蚀损坏保证量(指重量或体积、面积、深度)；Cr——气蚀损坏保证量(指重量或体积、面积、深度)；ta——实际运行时间；tr——基准运行时间。5.2水轮机气蚀损坏保证量，可按下式计算：2/3最大深度：hmax=KhD4/3面积：A=KAD2重量：W=KWD式中hmax——气蚀损坏最大深度，mm；2A——气蚀损坏面积，cm；W——气蚀损坏重量，kgf(1kgf=9.8N)；D——水轮机转轮直径，m。水轮机转轮的Kh，KA，KW系数见下表：转轮型式材质KhKAKW不锈钢33000.8混流式不锈钢加碳钢43751.2碳钢54501.6不锈钢32000.5轴流式不锈钢加碳钢42500.75碳钢53001.0混流式水轮机转轮的气蚀损坏量包括：叶片、上冠、下环和泄水锥之和。轴流式水轮机转轮的气蚀损坏量包括：叶片、转轮体、泄水锥之和。5.3单个叶片的气蚀损坏重量W，不得大于全部叶片平均损坏量的二倍。5.4气蚀区采用不锈钢或其它耐气蚀的材料保护时，护面脱落处按气蚀损坏面积计算。5.5水轮机固定部件气蚀损坏保证量为：5.5.1轴流转桨式或定桨式的水轮机的固定部件包括：导水机构、转轮室和尾水管。全部固定部件的气蚀损坏量之和(重量或体积、面积)，其允许值不大于转轮气蚀损坏保证量的一半，深度的允许值与转轮相同。 5.5.2混流式水轮机的固定部件包括导水机构与尾水管。全部固定部件气蚀损坏量之和(重量或体积、面积)，其允许值不大于转轮气蚀损坏保证量的1/4，深度的允许值可取转轮的1/2。附录A国内水电站水中含有泥沙或其它杂质，气蚀损坏轻微的例子(参考件)水头按本水轮实际失m检查时标准机机重(换序电Hs投入运行8000h组水轮机型号额定算至转轮号站m年份小时数允许号出力HmaxHRHmin8000h)h失重MWkgkg八3、10000～1盘KV4-553722188-7197515.1～0Cr13Ni4、520000峡葛24470；2洲1、2ZZ560-LH-1130175.32718.68.3-8198163.82.4；8.60Cr13N13000坝葛1982；20305；0.15；3洲4、7ZZ500-LH-1020129.02718.68.3-7520Cr13N198386920.6坝大41ZZ440-LH-850103.039.52213-61983803336.1～00Cr13N化映5秀3HL002-LJ-41046.7665447-0.51972170020.212.120Cr5C湾6六1HL160-LJ-14013.111710997-1198254441.70.170Cr13N 郎洞吴8727；0.07；71、2HL110-LJ-11010.5210205200-3.819830.560Cr13N河119780.11注：1.年平均含沙量为天然河道多年平均值，非过机泥沙实测值。2.六郎洞为石灰岩溶洞水。3.六郎洞、吴河均为电站新更换的转轮。4.实际失重当运行超过10000h，或不足6000h时，上表所列钢种的时间指数暂按1.5次方折算。5.映秀湾失重根据补焊焊条数量估算，假定失重为补焊量的3/4。附录B有关标准的几点说明(参考件)B1编制的目的与方针本标准主要供水电部门在国内进行水轮机订货、商谈合同时使用，旨在保证水轮机产品的气蚀性能。本标准是以国内外水电站水轮机长期运行实践为基础制定的，主要参考了国际电工委员会IEC609—1978《水轮机，蓄能泵，泵—水轮机的气蚀损坏评定标准》(以下简称IEC标准)，瑞典电工委员会SEN268010—72《水轮机气蚀损坏评定标准》，以及国内外各有关气蚀损坏的允许标准、规定等，力求与IEC标准及国际惯例相适应，并考虑到当前水轮机的技术进步，以利于促进水轮机产品质量的稳步发展与不断提高。本标准主要采用我国法定计量单位。B2标准适用的水轮机范围对于同样的气蚀损坏标准，大机组的检修工作量将成倍增长，同时它们在电力系统中的技术经济影响远比中小型机组为大。因此，对大中小型机组采用同一标准是不恰当的。IEC标准也提出，对6m直径以上水轮机的气蚀损坏保证量要特别加以注意。但如何划分大中小型机组尚无统一规定。IEC规定电站容量小于5MW为小水电，联合国工业组织的“国际小水电会议”确定装机12MW为小水电，但二者单机容量是多少未明确。按照目前国内情况，本标准暂以单机容量10MW或转轮直径为2m作为界线；小于上述参数的机组，气蚀标准可放宽；而对特大型机组，即混流式转轮出口直径大于6m，轴流式转轮直径大于8m，则需按照具体情况慎重研究确定，以保证水轮机运行的安全。B3气蚀损坏保证量的确定应该指出，水轮机的气蚀损坏保证量不仅取决于水轮机机型与直径，还与加工制造的水平，所选用的安装高程，运行条件(水头、负荷以及下游水位的变化等)，以及水质等条件。标准中建议的数字是一般正常条件的要求，在条件有利时，气蚀损坏保证量还可以允许比标准小些，相反则可能要允许大些。B4水中含有泥沙时的气蚀损坏保证量这是在标准制定中长期引起争议的问题。国内外大量水电站的运行实践经验表明，水中含有少量泥沙或磨损强度不大时，在通常规定的气蚀评定的时间内(例如8000h)，常常未发现对水轮机气蚀损坏有明显的影响。但要准确给出基本上不影响气蚀损坏评定的泥沙含量，目前尚有一定困难，还需要进行长期大量的研究工作，因此本标准在附录A中列出国内一些含有少量泥沙，在气蚀损坏量保证期限内，气蚀破坏仍十分轻微的水电站，以供参考。但不能将附录A作为泥沙磨损的评定标准，或说明对这样数量的泥沙可以忽视或不采取任何预防措施。 总之，在电站机组标书设计中确定泥沙对气蚀的影响时，应综合考虑水轮机采用的各种水力参数、运行工况及泥沙特征等条件。B5水轮机正常运行区过去国内习惯，水轮机正常运行区是以铭牌出力(额定出力)为基准推算的。超过额定出力或低于额定出力的某一百分数，就作为非正常运行区。而国外有的习惯，超过额定水头后，水轮机允许超发，仍算作正常运行区(不超过发电机最大允许出力)；而低负荷非正常运行区则以水轮机在各种水头下相应的最大出力的百分数计算。近年来国内的一些水电站与机组的设计也逐渐改用后一种办法。为了适应这一新的情况与向国际习惯接近，本标准对正常运行区采用了后一种规定；但对于已有的水电站或仍采用过去习惯设计的机组，需在合同中加以说明，本条款也仍可以适用。B6吸出高度Hs的保证问题过去国内水轮机习惯上按一台机组运行条件下确定安装高程，不考虑多机组或下游水位变化的具体情况，致使有的水电站投入运行后，下游水位长期超过设计要求过多，造成埋深过大，补气困难等问题。而国内大量实践表明，很多水轮机气蚀大多不是Hs不够造成的。国外有的电站初期一台机运行时可以允许降低水位，有的则按下游水位的保证率选择确定。本标准根据大多数水电站运行实践经验，确定下游水位在各种运行条件下，满足吸出高度的保证率应不低于95%。B7气蚀损坏量与时间的折算关系曾考虑过气蚀损坏应按时间成幂指数关系换算，从理论上讲是合理的，但目前还缺乏足够可靠的数字，从IEC标准以及国外其它标准、合同条款等看，都按线性换算。根据上述情况，标准提出当偏离基本的气蚀评定时间8000h不多时(标准中规定为6000～10000h)，仍按线性换算。B8转轮直径国内过去习惯，混流式水轮机的转轮直径以进口直径D1(即转轮叶片进水边和下环相交处的直径)作为基准。而IEC标准以及很多国家，混流式水轮机取转轮出口直径D2(即转轮叶片出水边和下环相交处的直径)为基准。为了尽可能与国际习惯相适应，便于对比分析气蚀损坏保证量的水平，本标准中决定混流式水轮机取出口直径D2作为计算气蚀损坏保证量的基准。附加说明：本标准由能源部水电站水轮机标准化技术委员会提出并归口。本标准由水利水电科学研究院水力机电所负责起草。本标准主要起草人：吴培豪、程则久。'