全國最大單機容量燈泡貫流式機組轉輪葉片專項檢測驗收探討

粟水平

廣西方元電力股份有限公司橋鞏水電站分公司，廣西 來賓 546119

1 電站簡介

橋鞏水電站是廣西紅水河流域梯級開發的第9級電站，位于廣西中部的來賓市遷江鎮，距合山市26km，距來賓市40km。電站以發電為主，兼顧航運的綜合大型樞紐工程。水庫正常蓄水位為84m，死水位為82m，水庫總庫容為8.51億m3，為日調節性能。電站裝機容量為8臺單機容量為57mW的燈泡貫流式水輪發電機組，年發電能力為24億kWh。樞紐從左至右依次布置船閘、發電廠房、泄洪閘等建筑物。

橋鞏水電站單機容量為57mW，是目前國內第一、世界第二大的特大型燈泡貫流式機組，機組的設計、制造技術均領先于國內先進水平。水力設計達到國際先進水平，其轉輪直徑達到7.45m，軸承正反向推力和發電機通風冷卻效果達到國內先進水平，綜合制造難度最大。

2 轉輪驗收

水電站最關鍵的部件為轉輪，最最關鍵則為葉片，葉片的型線及材料、加工精度，模型試驗效果關系到水輪發電機組的穩定、安全、高效，要達到這一效果，必須嚴格轉輪及葉片的驗收，制造質量要達到設計質量要求，確保機組長期安全穩定經濟運行。

橋鞏水電站根據招標結果，機組分別由東電和天阿各承制4臺機組，相應的，水力設計分別為奧地利維奧（VATECH）公司（東電）和法國阿爾斯通公司（天阿）。其中東電的轉輪葉片制造由奧地利維奧（VATECH）公司分包，東電轉輪葉片驗收工作在德國VATECH ESCHER WYSS GmbH工廠進行。橋鞏水電站委托北京中水科工程總公司對轉輪葉片一起進行驗收。

轉輪葉片驗收的主要技術資料有：1）葉片化學成分和機械性能；2）目視檢測結果；3）MT檢測結果；4）UT檢測結果；5）鑄件缺陷記錄及分布圖；6）熱處理證書；7）尺寸檢查記錄；8）質量記錄；9）表面粗糙度檢查記錄。

現場進行的驗收項目有：1）葉片型線偏差見證檢測（三坐標，抽檢一個葉片）；2）精加工尺寸抽檢（法蘭面直徑尺寸抽驗一個葉片）；3）目視檢查；4）MT檢測（1號葉片1/2/4區，2～5號葉片4區）；4）UT檢測（5號葉片1/2/4區）；表面粗糙度檢測（使用VATECH設備及中方設備隨機抽檢）；5）硬度檢測（5只葉片隨機抽檢）。

以下以東電葉片出廠檢驗為例，分別從葉片的化學成分、機械性能、無損探傷、尺寸檢查、表面粗糙度及硬度檢查等幾個方面進行檢測，對葉片驗收進行介紹。葉片鑄件和加工件的無損探傷檢查執行DIN EN10283標準，葉片的型線、主要尺寸和表面粗糙度、硬度等檢測按圖紙技術要求執行。檢測情況詳見下面的說明。

2.1 葉片鑄件化學成分檢測

合同要求：葉片材料采用可焊性好、耐耐磨蝕的不銹鋼VOD或AOD精煉鑄造（含鉻13～14%，鎳4～6%，含炭量小于0.04%）。葉片鑄件全部為意大利ACCIAIERIA FOUNDERIA CIVIDALE Spa公司生產，出廠前化學成分為含鉻12.63～12.98%，鎳3.76～4.22%，含炭量為0.028～0.035%，詳細的轉輪葉片鑄件化學成分見下表：

表1 轉輪葉片鑄件化學成分

葉片材料為G-X4CrNi13-4QT1（DIN EN10283標準）葉片的上冠、下環和葉片材料的單項化學成分滿足DIN EN10283標準，但部分葉片的Cr和Ni的含量略低于主合同要求但滿足分包合同要求，且成分不能再進行調整，主要原因是國內外各標準沒有與合同標準一致的鑄鋼牌號，且化學成分偏差不大，葉片機械性能滿足設計要求（見下述說明），可以接受。

2.2 機械性能檢測

根據DIN EN10283標準，葉片出廠后，選取試塊進行材料機械性能檢測，結果如下表（典型值）：

屈服強度 抗拉強度 延伸率 斷面收縮率 沖擊功 硬度單位 MPa MPa % % J HB DIN EN10283標準（≥） 550 760～96015 35 50（0℃） 240～300典型測量值 555 783 18.6 62.8 125 260

檢測結果，葉片的機械性能滿足DIN EN10283標準，符合合同要求。對于抽樣進行的彎曲試驗，結果也滿足要求。

2.3 無損探傷檢測

主要缺陷的定義：主合同為：“缺陷深度超過25mm或缺陷深度大于局部厚度的25%或缺陷面積大于160cm2的，為主要缺陷。”；分包合同為“缺陷深度超過30mm或缺陷深度大于局部厚度的2%或缺陷面積大于64cm2的，為主要缺陷。”兩個標準略有不同。鑄造廠在處理完成粗加工后對葉片鑄件進行了全面的MT、UT檢查，對缺陷部位進行了處理，并經現場工程師見證驗收合格。鑄件完成精加工后進行了VT、MT全面檢查，結果合格。

葉片粗加工后，按CCH70-3技術規范要求及標準進行檢測。對葉片進行了VT（目視檢測）、MT（磁粉檢測）、UT（超聲波檢測）抽檢。葉片粗加工后首先進行VT檢測，合格后進行MT檢測，對出現缺陷的部位進行挖除修補直到MT檢測合格。之后進行UT檢測，標記出缺陷面積和部位。從標記的情況看，有超出合同規定要求的主要缺陷，其中大多數缺陷深度在25mm以上，少量缺陷深度超出30mm，但面積較小。鑄件廠對上述缺陷按規定的缺陷處理程序進行了最后的處理，處理后再次進行無損檢測，結果滿足質量要求。

葉片精加工后，又進行了VT、MT、UT檢測，結果滿足質量要求。

現場主要進行UT抽查檢測，結果滿足質量要求。

2.4 葉片尺寸檢測

葉片尺寸檢測主要進行葉片樞軸尺寸、葉片型線、葉片樣板等檢測，主要進行文件檢測，通過查看檢測資料，樞軸尺寸滿足要求，型線偏差在2mm范圍內，結果均滿足質量要求。

2.5 表面粗糙度、表面硬度檢測

葉片出廠前，還進行了表面粗糙度檢測、表面硬度檢測。抽檢的葉片過流表面粗糙度小于1.6μm，葉片樞軸表面粗糙度小于0.8μm，結果滿足要求。硬度檢測在240～280HB范圍內，滿足質量要求。最后對葉片的重量進行了檢測，每個葉片的重量為8300kg左右，重量控制得較好，偏差滿足較小，滿足質量要求。

2.6 葉片質量綜合情況

2.6.1 質量檢測情況

1）葉片鑄件化學成分和機械性能滿足分包合同要求，部分Cr和Ni含量略低于主合同要求，但可以接受，結果為合格。

2）葉片無損探傷檢查為合格。

3）葉片水力型線及樞軸配合尺寸符合要求，型線偏差較小，重量偏差較小。

4）葉片的表面硬度、粗糙度滿足質量要求。

葉片整體質量符合合同規定及相關標準要求。

2.6.2 問題

1）部分葉片的Cr和Ni含量略低于主合同要求，主要原因是分包合同和主合同的要求有差異，可由主制造廠對這些問題加以分析和說明。目前國內外均沒有完全滿足要求的鑄鋼，并且葉片的化學成分偏差不大，機械性能滿足設計要求。

2）葉片存在主要缺陷，但得到了處理，。考慮到粗加工階段不出現主要缺陷的可能性極小，處理后又能滿足要求，機械性能有保證。

3）葉片鑄件的階段由于種種原因，未能實現，只能做最后的檢驗和檢測。

2.7 葉片運行情況

檢測結果滿足合同技術要求。橋鞏首臺機組2008年7月27日正式投產，至2009年12月底全部8臺機組投產發電，運行至今正常，葉片滿足運行要求。