水力タービンは、水の流れのエネルギーを回転機械のエネルギーに変換する動力機械です。流体機械のタービン機械に属します。紀元前100年頃には、中国で水力タービンの原型である水力タービンが登場し、灌漑用水の揚水や穀物加工設備の駆動に用いられていました。現代の水力タービンのほとんどは、水力発電所に設置され、発電機を駆動して発電します。水力発電所では、上流の貯水池の水が導水管を通って水力タービンに導かれ、タービンランナーを回転させて発電機を駆動し、発電します。発電後の水は放水管を通って下流に排出されます。水頭が高く、流量が多いほど、水力タービンの出力は大きくなります。
水力発電所の管状タービンユニットにおいて、タービンのランナー室にキャビテーション問題が発生している。これは主に、同一ブレードの取水口と取水口付近のランナー室に、幅200mm、深さ1～6mmのキャビテーションが発生し、円周全体にキャビテーション帯が見られる。特に、ランナー室上部のキャビテーションは顕著で、深さは10～20mmである。タービンのランナー室におけるキャビテーションの原因を以下のように分析する。
水力発電所のランナーとブレードはステンレス鋼製で、ランナー室の主材はQ235鋼です。この鋼材は靭性とキャビテーション耐性が劣ります。貯水池の貯水容量が限られているため、貯水池は長期間にわたり超高設計水頭で運転されており、放水路に大量の蒸気泡が発生しています。運転中、水は水力タービン内を、圧力が蒸発圧力よりも低い領域を通過します。ブレードギャップを通過する水は蒸発・沸騰して蒸気泡を生成し、局所的な衝撃圧力を発生させ、金属に周期的な衝撃とウォーターハンマー圧力を与え、金属表面に繰り返し衝撃荷重がかかり、材料の損傷を引き起こします。その結果、金属結晶のキャビテーション剥離が発生します。キャビテーションは、同じブレードの入口と出口のランナー室で繰り返し発生します。そのため、長期間にわたる超高水頭での運転により、キャビテーションは徐々に発生し、深刻化していきます。
水力発電所では、タービンランナー室のキャビテーション問題に対処するため、当初は補修溶接による修理を行いましたが、その後のメンテナンスでランナー室に深刻なキャビテーション問題が再び発生しました。そこで、企業の担当者から当社に連絡があり、タービンランナー室のキャビテーション問題の解決を依頼されました。当社のエンジニアは、企業の設備を詳細に分析し、的を絞ったメンテナンス計画を策定しました。修理規模を確保しつつ、現場の作業環境における長期運用要件を満たすため、設備の稼働環境に応じてカーボンナノポリマー材料を選定しました。現場でのメンテナンス手順は以下のとおりです。
1. タービンランナーチャンバーのキャビテーション部品の表面脱脂処理を実施する。
2. サンドブラストによる錆除去。
3. ソレクンナノポリマー材料を混合し、修理する部分に塗布する。
4. 材料を固めて、補修面の状態を確認します。
投稿日時：2022年10月14日
