专利名称：抗磨蚀小型水轮机的制作方法
技术领域：
一种抗磨蚀小型水轮机，属于水利水电工程中小型水力发电设备领域，它特别适用于建在含沙河流上的小型水电站。
目前，一般情况下水轮机是以清水介质作为设计依据，并在清水中进行试验、研究和运行。没有考虑水中含沙的问题。所以在挟沙水流，尤其是多泥沙河流中，水轮机的磨蚀破坏已成为影响水电站安全经济运行的关键问题。我国已运行的大中型水电站中有1／5～1／4的水轮机遭受泥沙危害。中小型水电站，因水库较小或无水库，水轮机的磨蚀破坏更为严重，甚至汛期停止运行。每年因磨蚀破坏而停运和检修引起的电能损失至少20亿kW·h(千瓦小时)。仅黄河上已发电的几个水电站每年就有50多万kW(千瓦)的机组需要停机检修，少发电10亿kW·h(千瓦小时)，检修的备品乃至设备更换费用达千万元。(1989年10月在北京召开的建国四十年水电设备成就学术讨论会论文集。)在西南、西北和华中等一些渠道引水式水电站的卧式混流式机组，一年有四至五个月在浑水中运行，汛期的平均含沙量是每立方米十公斤，其余时间为清水运行，水轮机前盖板相当普遍地遭到破坏，有的极为严重。福建省径流式水电站多，由于泥沙而引起的前盖板破坏的小水电站水轮机为数不少。(见表一)。前盖板破坏的处理方法，在国内已取得一定的经验。一般按射流形成湍流扩展特性来计算。肋高与幅射之间的距离的比值来确定h／L＞1／5～1／7(h－肋高，L－幅射之间的距离。)对于高水头水轮机，除采用加肋筋的方法外，根据止漏环的结构要求，需加上径向导水环。目的改变梳齿射流的方向，减小射流速度，以减轻由于磨蚀的破坏。在国外大多数国家的水轮机在清水中运行，对含砂水流条件下工作的水轮机及其防治磨蚀破坏措施也没有成熟的经验。如四川二滩水电机组，国际招标时，美国只按我方要求提供水轮机而不保证在挟沙水流下工作的使用寿命。日本为争取三峡机组的招标，拟在长江上游出资建一试验机组，以研究挟沙水流中水轮机的工作特性、参数和材质的优选工作。至于小型水轮机国外在这方面的研究就更少。
本实用新型的目的是在于研制一种能抵抗汽蚀和泥沙联合作用尤以泥沙为主所产生的汽蚀和磨损的小型卧式混流式水轮机。
本实用新型的解决方案主要是从材料和结构两方面着手改善和加强小型水轮机前盖板1、后盖板3的抗磨蚀性能。其具体技术措施是采用一种QT50－5抗拉强度每平方毫米为50公斤，延伸率为5％球墨铸铁为材料的小型水轮机过流部件，除在材料方面加强其抗磨、耐磨和防蚀性能外，在结构上改进了前盖板1、后盖板3的形状，并增设了抗磨环(块)2，达到改善前盖板1内腔的流态，延长高压水流的流程，增加沿程和局部损失，使高压水流流速降低，起到降压的作用，保护了前盖板1。同时，在抗磨块2受到破坏时便以更换。混流式水轮机在结构上存在一些需要着手考虑的问题，主要是防汽蚀、防泥沙磨损等。特别是近年来由于高水头混流式水轮机的发展，这些问题就显得更加突出，抗磨块2是为解决这些问题而设的。
本实用新型与现有技术相比，具有结构合理、简单、新颖、增设了抗磨块2，损坏后便于更换，材料来源丰富，制造不复杂，造价低廉，抗磨性能好。使用本实用新型可保证机组的出力，延长它的使用寿命，本技术还可在含沙水流条件下对同一类型机组设计、选型和老机组改造中推广应用。现有技术在修复过程中要求肋端一定要与前盖板1侧壁焊死，并把肋和前盖板1连成一体钉牢，否则肋间成了一个旋涡源，反而加剧了前盖板1的破坏或因肋松动脱节而造成不必要的事故。对于前盖板1已被击穿，则这种方法就难以实现。
附图图面说明
图1、新结构总示意图。
图2、抗磨环(块)。
图3、前盖板。
图4、后盖板。
本实用新型的实施例一种抗磨蚀小型水轮机其过流部件包括前盖板1后盖板3可更换抗磨块2和止漏环4均为QT50－5抗拉强度每平方毫米为50公斤，延伸率为5％球墨铸铁材料。
具体结构如下1、抗磨块2用8－φ13锁紧螺丝5与前盖板1配合，锁紧螺丝5为标准件。
2、前盖板1增设抗磨块2，能改善内腔水流条件，使高压水流不能直接作用于前盖板1，延长了高压水流流程，使流速降低，增加沿程和局部损失，起到降压的作用，保护了前盖板1。
3、止漏环4可以拆卸，采用抗拉强度每平方毫米为50公斤，延伸率为5％球墨铸铁QT50－5材料可以提高其耐磨性能。
4、止漏环4固定在前盖板1、后盖板3和转轮6上冠和下环上形成了迷宫。
5、抗拉强度每平方毫米为50公斤延伸率为5％的球墨铸铁QT50－5的机械性能抗拉强度σb＞500N／(m·m)2(牛顿／平方毫米)屈服强度σ0.2＞350N／(m·m)2(牛顿／平方毫米)延伸率δ＞5％硬度＞147HB6、主要的全相组织是以珠光体(P)＋铁素体(F，牛腿状)为基础组织，石墨(G)呈球状形状。
7、生产工艺①熔炼设备2t／h(每小时2吨)冲天炉。
②造型方法砂型、干型、手工造型。
③球化孕育方法炉前冲入法球化。普通一次性炉前孕育。
④球化剂、孕育剂及其加入量稀土镁球化剂1.2％加入量75％硅铁孕育剂0.6％加入量。
下面为本实用新型使用例在某水电站水沙条件下(见表二)，用球墨铸铁QT50－5抗拉强度每平方毫米为50公斤，延伸率为5％为材料所做的盖板1、后盖板3和抗磨块2的HL110－WJ－50混流式金属涡壳卧式机组，转轮直径为50厘米小型水轮机，其运行时间山原前盖板1、后盖板3，HT20－40抗拉强度每平方毫米为20公斤，抗弯强度每平方毫米为40公斤的灰铸铁为材料的三个月延长到近五年时间，抗磨效果显著。按平均出力140KW(千瓦)发电量计算，要损失20.16万千瓦小时，该县电力公司年实际平均电价为千瓦小时0.25元，改造后电站可增收效益5.04万元，若按每千瓦小时创产值2.8元(该县1988年每千瓦小时创产值3.8万元，89年每千瓦小时创产值3.27元)计算，则年创社会效益56.45万元，另外，该站自86年3月改造至今运行近5年之久，未发现明显的磨损现象，机组运行正常，改造后大大延长了机组的大修周期和使用寿命，与使用普通灰口铸铁为材料的前盖板1、后盖板3对比，每年可节省大修费约1.2万元，同时减轻了工人的劳动强度。现某水电站经改造后每年可获得经济效益6.24万元，五年共计31.2万元，创社会产值共282.25万元，按地区实际每千瓦小时创产值4.2元计，则五年创社会效益423.26万元。
某水电站泥沙取样情况(表二)
附注据天津院水科所试验研究结果表明(1)当水中磨粒d＜0.55mm以下，泥沙颗粒的磨损能力较小。对磨损起作用的是d＞0.05mm以上的泥沙颗粒。特别是d＝0.1～0.5mm磨损强度最大。对d＞0.5mm的颗粒，不允许通过水轮机。
(2)砂粒的形状是棱、尖形，矿物成分是石英、长石，则磨损能力较强。
权利要求1.一种小型水轮机其特征在于其过流部件包括前盖板1、后盖板3、可更换抗磨块2和止漏环4，抗磨块2用8-φ13锁紧螺丝5与前盖板1配合，止漏环4固定在前盖板1、后盖板3和转轮6上冠和下环上形成迷宫，过流部件前盖板1、后盖板3、抗磨块2和止漏环4均采用抗拉强度每平方毫米为50公斤，延伸率为5%(QT50-5)球墨铸铁材料。
专利摘要一种小型水轮机为小型水力发电设备，它特别适用于建在含沙河流上的小型发电站。以QT50-5抗拉强度每平方毫米50公斤，延伸率为5％的球墨铸铁为材料的小型水轮机过流部件，包括前盖板、后盖板、抗磨块和止漏环。抗磨块用8-Ф13锁紧螺丝与前盖板配合。本结构的特点是结构合理、简单、新颖，增设了抗磨块并在抗磨块损坏后容易更换，保证机组出力，延长了前盖板等的使用寿命，材料来源丰富，制造不复杂，造价低廉，抗磨蚀性能好。
文档编号F03B3/02GK2104316SQ9121745
公开日1992年5月13日 申请日期1991年6月28日 优先权日1991年6月28日
发明者陈克源, 葛佩民, 谢圣永, 翁振瑞, 林树勋, 许阴梁 申请人:福建省水利水电科学研究所