WC-M coating to improve resistance of hydraulic turbines to cavitation erosion and abrasion

WC M hard faced ceramic coating was made on the substrate of steel by means of high velocity oxygen fuel flame (HVOF) thermal spraying. The resistance of this coating to cavitation erosion and abrasion (CEA) is about 2.5 times higher than that of 188 stainless steel, and is about 1.5 times higher than that of Stellite alloy (CoCrWC) made in America. When this coating were applied to the hydraulic power stations with more silt content in the flow water, which reaches 50 kg/m 3, the resistance of above mentioned coating to CEA was about 2 times to that of NiCr alloy coating, and is about 45 times to that of OCr13Ni4Mo stainless steel. In addition, the micro hardness, microstructures and electron probe analyzing of the WC M coating are all discussed.

泥沙浓度对水力机械材料磨损及磨蚀特性的影响

多泥沙河流上运行的水力机械受到泥沙磨蚀而导致过流部件变形、破坏,严重威胁机组安全运行。本研究对水力机械常用材料开展了旋转喷射磨蚀试验,采用失重法和微观形貌分析法研究了泥沙浓度对材料磨损及磨蚀特性的影响。结果表明:材料受到冲击磨损和磨蚀的累积失重量均随泥沙浓度变化呈近线性增长;当泥沙浓度小于60 kg/m^(3)时,3种材料累积失重量随泥沙浓度增长较缓;当泥沙浓度大于60 kg/m^(3)时,材料失重量增长较快。随着泥沙浓度的增大,冲击磨蚀对材料造成更严重的破坏,但空蚀损伤呈减弱趋势,材料表面硬度越高,抗空蚀性能越好,磨损和磨蚀失重量相等的临界泥沙浓度越低。空蚀作用会影响沙粒撞击材料表面的角度,导致颗粒水平冲击载荷更大,磨痕呈现切削唇边和堆积,在更高泥沙浓度下沙粒切削破坏占据主导作用。

水力机械空化实时检测技术研究

本文从空化现象的发生机理出发,开发出通过分析水力机械发生空化时辐射出的空化噪声时频特征的变化,判定水力机械空化发生及表征空化发生程度的实时检测技术。该技术已应用在包括贯流式、轴流式、混流式和水泵水轮机等水力机械型式的多个电站,具有安装便捷、安全可靠的特点,可以应用在水力机械优化运行和智慧机组建设等领域。

不同空化余量下高比转速轴流泵叶轮区压力脉动特性

为了研究空化对高比转速轴流泵叶轮区压力脉动的影响,以某比转速约1100的轴流泵为对象,通过压力脉动测量、高速摄影技术,分析了不同空化余量下叶轮区的压力脉动特性。研究结果表明:设计工况下空化自叶片前缘处产生,以叶顶泄漏涡(tip leakage vortex,TLV)空化为主,大流量工况下空化自叶片进口边工作面产生,以片空化为主。随着空化余量的降低,空泡引起的流动阻塞及低压区范围扩大对叶轮区监测点压力脉动影响逐渐加大,叶片前缘监测点P_(1)及叶片尾缘监测点P_(3)的压力脉动变化主要表现为低频脉动成分增加,波形中高阶谐波成分降低;而叶轮中部监测点P_(2)受空泡运动扰动的影响,波形中高阶谐波分量上升,高频脉动成分增加。除设计流量和大流量工况下监测点P_(1)压力脉动强度呈现整体下降趋势,各监测点压力脉动强度分布中通常存在一个局部上升点,空化的产生在某个空化余量范围内导致叶轮区的脉动强度增大。该研究分析了不同空化余量下叶轮区压力脉动特性,结果可为轴流泵的安全稳定运行提供参考。

含沙水流中空化促进磨损破坏机理

在对翼型试件进行空蚀、磨损及联合作用破坏研究的基础上,结合空化流场的测试及处理,研究含沙水流中水力机械过流表面空化行为促进磨损破坏的机理.对翼型表面不同位置空蚀、磨损及联合作用破坏微观形貌进行对比分析,得到了3种试验条件下微观形貌的破坏模式,确定了造成破坏模式的流场作用因素.对空化场图像进行了分析和处理,获得了翼型表面空化行为变化规律及特征.结合翼型表面破坏方式和空化场的分析,提出了在空化过程的空穴结构生长和空泡云溃灭两个阶段中,空化行为促进泥沙颗粒磨损破坏翼型试件的不同机理.在空穴结构生长阶段中,空穴结构推动颗粒加速;而在空泡云溃灭阶段,压力波或微射流则显著增大泥沙颗粒的运动速度.在两个阶段各自对颗粒速度的影响增大了联合作用的破坏能力.对翼型表面磨损及联合作用时破坏深度测量的试验结果验证了该观点.

机械密封端面液膜空化的研究进展

水力空化是流体机械和液压系统等旋转机械中存在的一种流体力学现象,旋转机械使用的机械密封凭借动压效应在密封端面间形成厚度为微米级别的润滑膜,而微尺度液膜产生的空化现象对机械密封的性能有着重要的影响,端面液膜空化问题成了机械密封研究的热点问题之一.为了更好地把握研究方向,从空化机理、试验研究和理论研究等3个方面分析了液膜润滑机械密封空化问题的研究现状,综合分析了宏观空化、微观空化、空化边界条件和空化算法等问题的研究进展.在对相关研究进行总结的基础上,对未来机械密封空化的研究方向进行了展望:应着重从空化理论模型、数值仿真技术、空化控制新技术和有效测量新技术等方面深入开展机械密封空化研究.

水泵与水轮机空化状态监测与诊断的研究进展

影响水泵与水轮机使用寿命与性能的主要问题是空化空蚀现象 ,在现场监测与分析水泵与水轮机的空化状态是空化空蚀研究的重要领域。根据国外对空化监测与分析的最新研究成果和背景噪声的处理手段 ,介绍了空化监测与分析的新方法。从加速度计与声压计测得的空化信号时域图、功率谱图和归一化谱图中 ,反映出了空化发生的特征。

水力机械空化空蚀问题的研究进展

从水力机械空化现象的产生机理出发,综述了国内外空化空蚀问题理论分析、数值模拟和试验研究的现状,简要叙述了各种研究方法的优点和特点.通过分析归纳理论分析、数值模拟和试验研究这三者之间的内在联系,指出空化模型理论和可视化空化试验是目前的研究重点.在对相关研究进行总结的基础上,阐述了水力机械空化空蚀研究的发展趋势为,数值模拟理论和技术的深入完善、可视化技术的广泛应用和空蚀在线监测系统的开发;而空化空蚀问题的确切机理将是未来研究工作的重点.

混流式水轮机的三维空化湍流计算

本文应用了三维混合流体完整空化湍流模型,对混流式水轮机内部流动进行了计算。采用了全三维全流道的湍流计算方法,采用基于RNG的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的整体一次完成模拟计算。根据得到的三维空化流场数据,对转轮内部流场进行了流场分析,求得了计算临界空化系数,和试验值进行了比较;模拟了不同空化特征下的转轮出口处的空化和尾水管中的空化情况,并和试验数据进行了比较。

沙粒粒径对水力机械材料磨蚀性能的影响

对于运行于多泥沙河流的水力机械而言磨蚀问题不可避免,磨蚀会造成水力机械过流部件失重、变形,带来效率下降、维护成本增加等问题。目前针对磨蚀破坏机理的研究尚不完善,该文利用旋转喷射磨蚀试验装置对4种水力机械常用材料进行5种不同沙粒粒径下的磨蚀试验,借助扫描电镜及激光共聚焦扫描电镜对试件磨蚀表面进行二维和三维形貌观察,探究沙粒粒径对水力机械材料磨蚀破坏失效行为的影响规律及作用机理。结果表明:沙粒粒径为0.043、0.147及0.248mm时,试件磨蚀累计质量损失与时间呈线性相关,而粒径为0.349与0.449mm时质量损失与时间满足Gauss函数关系;沙粒粒径会影响试件的磨蚀特征,粒径为0.043 mm时试件表面磨蚀破坏主要为沙粒的垂直冲击磨损与空蚀,无明显水平方向的切削磨损,粒径为0.147、0.248、0.349及0.449mm时试件表面的磨蚀破坏以水平方向的切削磨损和空蚀破坏联合为主,并伴有一定量的垂直冲击磨损;通过分析4种材料的磨蚀特征,发现磨蚀质量损失与粒径大小二者之间存在强相关区与弱相关区的关系。该研究可为合理控制水力机械过流粒径大小及制定抗磨措施提供参考。

轴流式水轮机内三维空化湍流的数值研究

采用一种完整空化模型和一种混合流体两相流模型,对轴流式水轮机全流道内的定常空化湍流流动进行了数值模拟。根据模拟结果,考察了水轮机在低尾水位下运行时流道内空化发生的部位和程度,并对水轮机的空化性能进行了预估。数值预测的空化流动现象与模型水轮机空化试验中所观察到的现象基本一致,说明数值模拟结果可为水轮机的空化性能预测提供参考。

青铜峡与八盘峡水电站水中泥沙含量对空化压力的影响

本文对黄河上游青铜峡、八盘峡水电站引用水中含沙量对水空化压力特性的影响进行了专项研究;实测了不同浓度含沙水样的初生空化与临界空化压力值。实测结果表明,随着含沙量的增大,初生空化与临界空化压力值均有所提高,且接近线性关系。此成果为黄河上游的水电站水轮机和水泵站的水泵合理确定安装高程提供重要依据,以减少空蚀带来的经济损失。

含沙水流中水轮机的磨蚀与防护

水轮机在含沙水流中运行时，常遭到泥沙磨损和磨蚀破坏。本文主要介绍作者近年来在中小型水电站，对水轮机的易磨蚀部件进行修复、修型、改型等抗磨蚀措施方面的实践情况。通过综合治理，使水轮机出力增加，抗磨蚀性能提高。

空蚀、磨损及其联合作用研究进展

空蚀、磨损及两者联合作用是目前流体机械破坏的重要原因,通过实验及数值模拟研究得到空蚀、磨损及两者联合作用的机理是发展流体机械优化设计方法、提高流体机械抵抗空蚀磨损破坏能力的基础.由于影响空蚀、磨损及两者联合作用行为的因素既有速度、压力等流场参数,又有沙粒和材料特性等,近年来此领域的研究在空蚀磨损及联合作用机理、各因素间的相互影响及高抗破坏材料等方面展开.基于此,本文选择性的分析了相关的报道文献,为进一步开展流体机械过流表面快速破坏机理的研究提供理论支持.

水力机械抗汽蚀材料研究新进展

对抗汽蚀新材料的研究与应用现状进行了综述,包括形状记忆合金、加工硬化型合金(Ni3Al、Ti基合金)、金属涂层材料及非金属涂层材料等,并对未来抗汽蚀新材料的研究进行了展望。

HVOF涂层材料的抗磨蚀特性与应用分析

本文首先介绍了HVOF工艺喷涂碳化钨防护层的工艺特点以及在实验室的抗磨蚀试验与现场应用情况 ,在此基础之上 ,从磨损与空蚀对材料表面破坏的不同作用机制、涂层的机械性能及组织结构特点等方面 ,对涂层的抗磨蚀特性的影响进行了分析。

CrMnN不锈钢的抗空蚀和磨蚀性能

利用旋转圆盘仪对 ＣｒＭｎＮ不锈钢、２０ＳｉＭｎ低合金钢和 ０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢进行了模拟实际工况条件下的空蚀和磨蚀（空蚀和冲刷磨损联合作用）实验．用失重法评价了三种金属材料的抗空蚀和磨蚀性能．并用扫描电镜观察了空蚀形貌．结果表明，ＣｒＭｎＮ不锈钢不仅比目前水轮机转轮用材具有更高的抗空蚀性能，而且也具有很好的抗磨蚀性能．深入研究了

轴流转桨式水轮机空化振动监测的试验研究

为满足电厂水轮机空化监测的需要,本文采用自行设计的空化监测系统对葛洲坝电厂某轴流转桨式水轮机组的现场空化特性进行了试验,通过数据采集和信号分析对多个工况下的水轮机空化信号特征进行了研究。试验中采用4个1-20kHz的高频振动加速度传感器,对水轮机四个不同位置的空化信号进行同时采集。试验表明在同一工作水头,多个工况下,水轮机的空化振动能量主要在2kHz以上,空化振动强度随着机组出力的增加而增大,在水轮机导叶轴和支持盖上所监测到的空化信号特征较尾水管处明显;同时也发现在该试验水头下115MW出力的空化振动能量较110MW和130MW小,是一个理想的工作点。这些结论对电厂的水轮机经济运行具有实际指导意义。

水轮机过流件的磨蚀与表面防护

文章简述了材料水力磨蚀方面的有关研究成果 ,应用试验证明非金属弹性护面涂层有较好的抗气蚀与泥沙磨损性能 ,值得推广。

绕水翼加速流空化特性数值模拟

为了解翼型加速流动过程中空化特性,采用分离涡湍流模型(Detached eddy simulation,DES)和均相流空化模型对攻角为5.8°的NACA66(mod)水翼进行数值模拟,分析了空化数为0.99、对应雷诺数为8×105时绕二维水翼的非定常流动。通过模拟2种不同加速度(5 m/s2和2.5 m/s2)情况下空化演变过程和流场结构变化特征,得出了加速过程特有的变化规律:不同加速流下空泡都先在翼型的前缘产生,经过一段时间发展壮大,在翼型尾翼处分离,前缘处空泡减少,尾翼处空泡增加并向后衍生,直至破裂。空化产生于总加速时间的0.6倍左右,在总加速时间的1.12倍左右结束第一个周期。加速度越小,升力系数振荡范围越小,阻力系数振荡范围越大,空化发展过程越缓慢。