수차는 물의 흐름 에너지를 회전 기계의 에너지로 변환하는 동력 장치입니다. 유체 기계의 터빈 기계에 속합니다. 기원전 100년경, 수차의 기초가 된 수차가 중국에서 등장하여 관개를 하고 곡물 가공 장비를 구동하는 데 사용되었습니다. 대부분의 현대식 수차는 수력 발전소에 설치되어 발전기를 구동하여 전기를 생산합니다. 수력 발전소에서는 상류 저수지의 물이 수두관을 통해 수차로 유입되어 터빈 러너를 회전시키고 발전기를 구동하여 전기를 생산합니다. 처리된 물은 방수관을 통해 하류로 배출됩니다. 수두가 높고 유량이 많을수록 수차의 출력은 커집니다.
수력 발전소의 관형 터빈 유닛은 터빈 러너 챔버에 캐비테이션 문제가 발생하고 있습니다. 캐비테이션은 주로 동일 블레이드의 물 유입구와 유출구에 위치한 러너 챔버에서 폭 200mm, 깊이 1~6mm의 캐비테이션을 형성하며, 원주 전체에 캐비테이션 띠가 형성됩니다. 특히 러너 챔버 상부의 캐비테이션은 깊이 10~20mm로 더욱 두드러집니다. 터빈 러너 챔버의 캐비테이션 발생 원인을 다음과 같이 분석합니다.
수력 발전소의 러너와 블레이드는 스테인리스강으로 제작되었으며, 러너 챔버의 주요 재질은 Q235입니다. 인성과 캐비테이션 저항성이 좋지 않습니다. 저수지의 제한된 저수 용량으로 인해 저수지는 장시간 초고 설계 수두에서 운전되어 왔으며, 테일 워터에 많은 수증기 기포가 나타납니다. 운전 중 물은 기화 압력보다 낮은 압력 영역을 통해 수력 터빈으로 흐릅니다. 블레이드 갭을 통과하는 물은 기화 및 비등하여 수증기 기포를 생성하여 국부적인 충격 압력을 발생시켜 금속에 주기적인 충격과 수격 압력을 발생시켜 금속 표면에 반복적인 충격 하중을 가하고 재료 손상을 유발합니다. 결과적으로 금속 결정 캐비테이션이 제거됩니다. 캐비테이션은 동일한 블레이드의 입구와 출구에서 러너 챔버에서 반복적으로 발생합니다. 따라서 장시간 초고 설계 수두에서 운전하면 캐비테이션이 점차 발생하고 계속 심화됩니다.
수력 발전소는 터빈 러너 챔버의 캐비테이션 문제를 해결하기 위해 초기에는 수리용 용접으로 수리했지만, 이후 유지보수 과정에서 러너 챔버에서 심각한 캐비테이션 문제가 다시 발견되었습니다. 이 경우, 해당 기업 담당자가 저희에게 연락하여 터빈 러너 챔버의 캐비테이션 문제 해결에 도움을 달라고 요청했습니다. 저희 엔지니어들은 기업 장비에 대한 상세 분석을 바탕으로 맞춤형 유지보수 계획을 수립했습니다. 수리 규모를 확보하는 동시에, 현장 작업 환경에서의 장기 운영 요건을 충족하기 위해 장비의 작동 환경에 맞춰 탄소 나노 고분자 소재를 선택했습니다. 현장 유지보수 단계는 다음과 같습니다.
1. 터빈 러너 챔버의 캐비테이션 부분에 대한 표면 탈지 처리를 실시합니다.
2. 모래 분사를 통한 녹 제거
3. 소레쿤 나노폴리머 소재를 블렌딩하여 수리할 부위에 도포합니다.
4. 재료를 굳힌 후 수리 표면을 확인합니다.
게시 시간: 2022년 10월 14일
