[发明专利]一种提升水轮机转轮抗点状空蚀能力的方法

说明书

本发明属于钢铁材料及其制品领域，特别是一种提升水轮机转轮抗点状空蚀能力的方法。采用VOD、AOD等方法对水轮机转轮铸件钢水进行精炼，综合调控水轮机转轮铸件的关键合金元素含量；通过冶炼和惰性气体保护下浇注，避免增氧现象保护浇注，严格控制铸件中氧含量≤0.004％，减少非金属夹杂物；对转轮所有过流面进行渗透探伤以及目视检查，并对所有显示缺陷进行处理，使过流表面无可视缺陷；机组投运后，转轮停止运行后，在24小时内排干水，避免转轮长时间浸泡在静水中。本发明系统考虑水轮机转轮的合金元素调控、低氧精炼、铸造缺陷打磨与补焊、运行维护等技术要求，减少夹杂物数量，清除转轮铸件缺陷，避免因点蚀引发的点状空蚀现象。

技术领域

本发明属于钢铁材料及其制品领域，特别是一种提升水轮机转轮抗点状空蚀能力的方法，适应于由马氏体不锈钢制造的大型水轮机转轮、导叶铸件。

背景技术

水电作为目前最成熟的可再生能源发电技术在世界范围内得到广泛应用，满足目前全世界20％以上的电力需求，有超过55个国家一半以上的电力由水电提供。未来的中国水电将按照创新水电开发模式发展，预计2030年全国常规水电装机容量将达到3.3亿千瓦，约占电力总装机容量的25％。在水电站中，水轮机转轮是水能-动能转换的核心部件，其在水流的高速冲击下带动发电机中动子转动，进而实现发电的目标。在高速水流的冲击下，空泡腐蚀(简称空蚀)是水轮机转轮部件最为常见、危害性最大的失效形式。空蚀的发生和转轮部件表面的水流状态密切相关。因此，水力流体力学领域专家学者从控制水流状态角度优化水轮机转轮结构和流线，大幅减轻水轮机转轮部件发生大面积空蚀的可能性，显著提升水轮机转轮部件的服役安全性和服役寿命。

但随着水轮机转轮的功率不断增加，使役条件越来越苛刻，在水轮机转轮部件中常出现分散的点状空蚀现象，该现象的发生对于水轮机转轮部件的安全服役造成不利影响。因此，如何在不改变水轮机转轮运行条件、水轮机转轮材料及其宏观力学性能的基础上，提升水轮机转轮抗局部点蚀能力，对于水轮机转轮的长期安全服役具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提升水轮机转轮抗点状空蚀能力的方法，针对引起点状空蚀现象的金属夹杂物和铸件缺陷问题，系统考虑水轮机转轮的合金元素调控、低氧精炼与浇注、铸造缺陷打磨与补焊、运行维护等的具体技术要求，减少金属夹杂物数量，清除转轮铸件缺陷，从而避免因点蚀引发的点状空蚀现象。

本发明的技术方案：

一种提升水轮机转轮抗点状空蚀能力的方法，该方法包括以下步骤：

(1)采用VOD或AOD方法对水轮机转轮铸件钢水进行精炼，综合调控水轮机转轮铸件的关键合金元素含量，Cr含量≥13wt％，Mo含量≥0.5wt％；

(2)通过冶炼和惰性气体保护下浇注，避免增氧现象保护浇注，严格控制铸件中氧含量≤0.004wt％，减少非金属夹杂物；

(3)对水轮机转轮所有过流面进行渗透探伤以及目视检查，并对所有显示缺陷进行处理，使过流表面无可视缺陷；

(4)机组投运后，水轮机转轮停止运行后，在24小时内排干水，避免水轮机转轮长时间浸泡在静水中。

所述的提升水轮机转轮抗点状空蚀能力的方法，步骤(1)中，采用VOD或AOD方法对钢水进行精炼处理，综合调控马氏体不锈钢的关键合金元素来提高水轮机转轮的局部锈蚀防控能力。

所述的提升水轮机转轮抗点状空蚀能力的方法，步骤(2)中，铸件浇注前，向型腔内通惰性气体以排净型腔内空气；浇注时，钢包和浇口杯之间使用惰性气体隔离，在惰性气体保护下浇注，避免浇注过程出现增氧现象。