一，引言

沙溪枢纽配备3台灯泡贯流式水轮机，总装机容量87mw(3×29mw)。水轮机转轮室分为两瓣法兰式，过流面采用模压球面和双曲面结构，其中喉部材质为不锈钢(1cr18ni9ti)，直径5850mm，长度900mm，其余部分为普通碳钢(Q235B)。

二、研究背景。

3台机组于2012年上半年投产发电。自2013-2014年第一次发现转轮室气蚀以来，每年的机组维修应采用焊接+抛光+耐腐蚀材料的方式修复转轮室气蚀破坏区。在2020-2021年的维护中，发现水轮机转轮室的气蚀深度超过10mm，气蚀面积约为5.1m2。气蚀区主要分布在转轮室过流面普通碳钢段（Q235B）和叶片出水口500mm区，特别是叶片出水口上半圆区。气蚀破坏部位表面粗糙，形状为点、蜂窝、片状。

从过去十年的运行效果来看，虽然可以延缓气蚀损伤速度，但不能有效防止转轮室气蚀继续发生，气蚀面积和深度逐年增加，不仅增加了气蚀处理的难度和成本，而且导致转轮室变形严重，强度降低。

分析气蚀原理。

灯泡贯流式水轮机运行时，当某些部位的过流面压力降至临界压力以下时，会发生蒸发。当蒸发产生的气泡长到一定大小时，气泡外的压力大于气泡内的压力而破裂。大量气泡不断产生和溃疡，形成巨大的冲击力，使流体形成流体冲击波。当冲击波传递到流体中的过流部件时，过流部件表面会产生应力脉冲和脉冲局部塑性变形，甚至加工硬化，最终形成气蚀坑。

四、气蚀处理方案。

提高水轮机转轮室的耐腐蚀性，最直接、最有效的方法是采用耐腐蚀性强的不锈钢材料制作转轮室过流面。

方案1：采用不锈钢材料重新制作转轮室过流面，优化转轮室结构，增加环筋板和竖筋板。

1.转轮室过流面均为不锈钢，其余为普通碳钢。

2.转轮室采用钢板成型焊接而成，采用两瓣结构。

3.转轮室过流面板厚度不小于40mm。

4.转轮室外环筋3圈，三环筋采用厚度30mm的钢板，高度275mm-375mm；三环筋板之间增加2×12条厚度40mm的竖筋。

5.转轮室分瓣结合面采用法兰连接，应采取可靠的防漏措施。转轮室与外部水环采用法兰连接，应采取可靠的防漏措施。

6.转轮室与尾锥管衬里之间设有伸缩节，其可调间隙至少为10mm，与伸缩节相匹配的转轮室过流面为不锈钢。

7.叶片活动范围内转轮室内表面应加工成球面，以满足内壁与叶片外缘的单边间隙值为0.00075D1(4.5mm)。

8.转轮室内壁表面粗糙度不大于6.3μm。

方案二:不锈钢材料镶嵌在旧转轮室过流面易腐蚀部位。

1.使用立车将转轮室过流面易发生气蚀的普通碳钢母材切割深度为8-10mm，转轮室上游法兰表面切割宽度为100mm，叶片出水边切割宽度为1000mm。

2.不锈钢板(厚度16mm)按原线性预制成型，按图4规格分割成16块，依次镶嵌在切割部位，通过打孔穿透焊接与原材料连接，钢板边缘打磨坡口塞焊。

3.线性修正转轮室。

方案3：根据旧转轮室过流面易腐蚀部分的几何尺寸，重新制作不锈钢转轮室，用法兰连接新旧转轮室。

1.利用激光切割技术将旧转轮室整体切割成不锈钢段和普通碳钢段。

2.重新制作与普通碳钢段几何尺寸相同的转轮室，将两部分法兰连接成转轮室，焊接法兰时采用熔焊，保证强度。

3.线性修正转轮室。