Eine Wasserturbine ist eine Kraftmaschine, die die Energie des Wasserflusses in die Energie rotierender Teile umwandelt. Sie gehört zur Gruppe der Turbinenmaschinen innerhalb der Strömungsmaschinen. Bereits 100 v. Chr. tauchten in China erste Ansätze von Wasserturbinen auf, die zur Bewässerung und zum Antrieb von Getreideverarbeitungsanlagen eingesetzt wurden. Die meisten modernen Wasserturbinen sind in Wasserkraftwerken installiert, um Generatoren zur Stromerzeugung anzutreiben. Im Wasserkraftwerk wird das Wasser aus dem oberen Stausee über das Zulaufrohr zur Wasserturbine geleitet, wo es das Turbinenlaufrad in Rotation versetzt und so den Generator antreibt, der Strom erzeugt. Das gereinigte Wasser wird über das Ablaufrohr flussabwärts abgeleitet. Je höher die Fallhöhe und je größer der Durchfluss, desto höher ist die Leistung der Wasserturbine.
Eine Rohrturbine in einem Wasserkraftwerk weist Kavitationsprobleme im Laufradgehäuse auf. Diese treten hauptsächlich an den Wasserein- und -auslässen derselben Schaufeln auf und zeigen Kavitationsbänder mit einer Breite von 200 mm und einer Tiefe von 1–6 mm. Besonders ausgeprägt ist die Kavitation im oberen Bereich des Laufradgehäuses mit einer Tiefe von 10–20 mm. Die Ursachen der Kavitation im Laufradgehäuse werden im Folgenden analysiert:
Das Laufrad und die Schaufeln des Wasserkraftwerks bestehen aus Edelstahl, wobei das Laufradgehäuse hauptsächlich aus Q235 gefertigt ist. Dessen Zähigkeit und Kavitationsbeständigkeit sind gering. Aufgrund des begrenzten Wasserspeichervolumens des Stausees wird dieser seit Langem mit extrem hoher Fallhöhe betrieben, wodurch sich im Unterwasser zahlreiche Dampfblasen bilden. Während des Betriebs durchströmt das Wasser in der Turbine Bereiche mit einem Druck unterhalb des Verdampfungsdrucks. Das durch den Schaufelspalt strömende Wasser verdampft und siedet, wodurch Dampfblasen entstehen. Diese erzeugen lokalen Stoßdruck, der periodische Stöße auf das Metall und Wasserschlagdruck verursacht. Die wiederholten Stoßbelastungen auf der Metalloberfläche führen zu Materialschäden. Infolgedessen brechen Metallkristalle ab, was zu Kavitation führt. Diese Kavitation tritt wiederholt am Ein- und Auslass desselben Schaufelblatts im Laufradgehäuse auf. Daher verstärkt sich die Kavitation unter dem Einfluss der langen Betriebsdauer mit extrem hoher Fallhöhe zunehmend.
Um das Kavitationsproblem im Turbinenlaufwerk des Wasserkraftwerks zu beheben, wurde zunächst eine Reparaturschweißung durchgeführt. Bei späteren Wartungsarbeiten traten jedoch erneut gravierende Kavitationsprobleme im Laufwerk auf. Daraufhin kontaktierte uns der Verantwortliche des Unternehmens mit der Bitte um Unterstützung bei der Lösung des Problems. Unsere Ingenieure entwickelten auf Basis einer detaillierten Analyse der Anlagen einen gezielten Wartungsplan. Unter Berücksichtigung des Reparaturumfangs wählten wir Kohlenstoff-Nanopolymer-Materialien entsprechend den Betriebsbedingungen der Anlage aus, um die langfristigen Anforderungen des Betriebs vor Ort zu erfüllen. Die Wartungsarbeiten vor Ort umfassen folgende Schritte:
1. Durchführung einer Oberflächenentfettungsbehandlung für die Kavitationsteile der Turbinenlaufradkammer;
2. Rostentfernung durch Sandstrahlen;
3. Das Sorecun-Nanopolymermaterial mischen und auf das zu reparierende Teil auftragen;
4. Das Material aushärten lassen und die Reparaturfläche prüfen.
Veröffentlichungsdatum: 14. Oktober 2022
