Eine Wasserturbine ist eine Kraftmaschine, die die Energie des Wasserflusses in die Energie rotierender Maschinen umwandelt. Sie gehört zur Gruppe der Turbinenmaschinen der Strömungsmaschinen. Bereits 100 v. Chr. tauchten in China erste Ansätze einer Wasserturbine auf, die zum Heben von Bewässerungsanlagen und zum Antrieb von Getreideverarbeitungsanlagen eingesetzt wurde. Die meisten modernen Wasserturbinen werden in Wasserkraftwerken installiert, um Generatoren zur Stromerzeugung anzutreiben. Im Wasserkraftwerk wird das Wasser aus dem oberen Reservoir durch das Druckrohr zur Hydraulikturbine geleitet, um das Turbinenlaufrad anzutreiben und den Generator zur Stromerzeugung anzutreiben. Das aufbereitete Wasser wird durch das Unterwasserrohr in den unteren Bereich abgeleitet. Je höher die Wassersäule und je stärker der Abfluss, desto höher die Leistung der Hydraulikturbine.
Eine Rohrturbineneinheit in einem Wasserkraftwerk weist Kavitationsprobleme im Laufradraum der Turbine auf. Diese bilden sich hauptsächlich am Wasserein- und -auslass derselben Schaufel mit einer Breite von 200 mm und einer Tiefe von 1–6 mm im Laufradraum und zeigen Kavitationsbänder über den gesamten Umfang. Insbesondere im oberen Teil des Laufradraums ist die Kavitation mit einer Tiefe von 10–20 mm ausgeprägter. Die Ursachen für Kavitation im Laufradraum der Turbine werden wie folgt analysiert:
Laufrad und Schaufelblatt des Wasserkraftwerks bestehen aus rostfreiem Stahl, und das Hauptmaterial der Laufradkammer ist Q235. Seine Zähigkeit und Kavitationsbeständigkeit sind gering. Aufgrund der begrenzten Wasserspeicherkapazität des Reservoirs wird das Reservoir lange Zeit bei extrem hoher Druckhöhe betrieben, und im Unterwasser treten zahlreiche Dampfblasen auf. Während des Betriebs fließt das Wasser in der Wasserturbine durch einen Bereich, in dem der Druck niedriger ist als der Verdampfungsdruck. Das durch den Schaufelspalt strömende Wasser verdampft und siedet und erzeugt Dampfblasen, die lokalen Stoßdruck erzeugen, der periodische Stöße und Wasserschläge auf das Metall ausübt, wodurch wiederholte Stoßbelastungen auf die Metalloberfläche auftreten und Materialschäden verursachen. Infolgedessen fällt die Kavitation der Metallkristalle ab. Die Kavitation tritt wiederholt an der Laufradkammer am Ein- und Auslass derselben Schaufel auf. Daher tritt die Kavitation bei langem Betrieb mit extrem hoher Druckhöhe allmählich auf und verstärkt sich weiter.
Um das Kavitationsproblem im Turbinenlaufwerk zu beheben, wurde das Wasserkraftwerk zunächst durch Reparaturschweißen repariert. Bei späteren Wartungsarbeiten wurde jedoch erneut ein schwerwiegendes Kavitationsproblem im Laufwerk festgestellt. Daraufhin kontaktierte uns der Verantwortliche des Unternehmens in der Hoffnung, dass wir das Kavitationsproblem im Turbinenlaufwerk lösen könnten. Unsere Ingenieure entwickelten basierend auf einer detaillierten Analyse der Anlagen einen gezielten Wartungsplan. Um den Reparaturumfang sicherzustellen, wählten wir Kohlenstoff-Nanopolymer-Materialien entsprechend der Betriebsumgebung der Anlage aus, um den langfristigen Betriebsanforderungen unter den Arbeitsbedingungen vor Ort gerecht zu werden. Die Wartungsschritte vor Ort sind wie folgt:
1. Führen Sie eine Oberflächenentfettungsbehandlung für Kavitationsteile der Turbinenlaufradkammer durch.
2. Rostentfernung durch Sandstrahlen;
3. Mischen Sie das Sorecun-Nanopolymermaterial und tragen Sie es auf das zu reparierende Teil auf.
4. Lassen Sie das Material verfestigen und überprüfen Sie die Reparaturfläche.
Veröffentlichungszeit: 14. Oktober 2022
