水力タービンにおけるキャビテーションの原因と解決策

1. タービンにおけるキャビテーションの原因
タービンのキャビテーションが発生する原因は複雑です。タービンランナー内の圧力分布は不均一です。例えば、ランナーが下流の水位に対して高すぎる位置に設置されている場合、高速で流れる水が低圧領域を通過する際に、蒸発圧力に達して気泡が発生しやすくなります。水が高圧領域に流れ込むと、圧力の上昇により気泡が凝縮し、水流の粒子が高速で気泡の中心に衝突して凝縮によって生じた空隙を埋めます。これにより、大きな水力学的衝撃と電気化学的作用が生じ、ブレードが侵食されてピットやハニカム状の孔が生じ、貫通して穴が開くこともあります。キャビテーションによる損傷は、機器の効率低下や損傷につながり、重大な結果と影響をもたらす可能性があります。

2. タービンキャビテーションの事例紹介
水力発電所の管状タービンユニットが稼働を開始して以来、ランナー室でキャビテーション問題が発生しており、主に同一ブレードの入口と出口のランナー室で、幅200mm、深さ1～6mmのエアポケットが形成されています。キャビテーション領域は円周全体にわたって発生しており、特にランナー室の上部で顕著で、キャビテーションの深さは10～20mmです。会社は補修溶接などの方法を採用していますが、キャビテーション現象を効果的に抑制できていません。また、時代の進歩に伴い、多くの企業がこの従来のメンテナンス方法を段階的に廃止しているため、迅速かつ効果的な解決策は何でしょうか？
現在、ソレイユカーボンナノポリマー材料技術は、水力タービンのキャビテーション現象を制御するために広く用いられています。この材料は、高性能樹脂とカーボンナノ無機材料を重合技術によって製造した機能性複合材料です。様々な金属、コンクリート、ガラス、PVC、ゴムなどの材料に接着可能です。タービン表面にこの材料を塗布すると、良好な平滑性だけでなく、軽量性、耐腐食性、耐摩耗性などの利点も持ち合わせており、タービンの安定運転に貢献します。特に回転機器においては、表面に複合化することで省エネルギー効果が大幅に向上し、電力損失の問題も抑制されます。

第三に、タービンのキャビテーションの解決策
1. 表面脱脂処理を行い、まずカーボンアークエアガウジングを使用してキャビテーション層を削り取り、緩んだ金属層を除去します。
2. 次に、サンドブラストを使用して錆を除去します。
3. カーボンナノポリマー材料を調整して塗布し、テンプレート定規で基準線に沿って削り取る。
4. 材料が完全に硬化するように、材料を硬化させる。
5. 修復した表面を確認し、基準寸法と一致するようにします。