秀觀水電廠1#發電機轉子支架加強筋板裂紋分析處理

李紅艷

(四川嘉陵江鳳儀航電開發有限公司，四川南充 637000)

1 概述

秀觀水電廠是嘉陵江渠化開發的第十四級，位于四川省武勝縣境內，電站為河床式，裝機容量為108 MW ，單機容量為36 MW，為燈泡貫流式機組，發電機型號SFWG36-72/7350，首臺機組于2003年初投產運行，是當時國內投產運行的最大的燈泡貫流式機組。2007年9月，秀觀水電廠維護人員對1#機組做預防性檢查時發現部分轉子支撐板、加強筋板、中心體三者的連接焊縫出現了3～5 cm 長的裂紋(圖1)。

圖1 產生裂紋后的加強筋板示意圖

2 裂紋產生的原因

經過電廠及設備設計制造單位相關技術專家進行詳細分析后認為裂紋的產生主要是轉子支架在廠內生產時的結構及工藝原因造成:秀觀水電廠轉子支架原設計方案中沒有該加強筋板，系后來在復查強度計算時為增加安全系數而增設的，而此時秀觀水電廠1#機組發電機轉子支架在廠內已完成了生產，但該加強筋板按設計要求還是被焊接在轉子支架上，但未參與轉子支架的整體熱處理。分析認為:正是由于該加強筋板的熱應力釋放不均，個別地方熱應力過于集中，加之機組開停機時的振動較大而引起裂紋。秀觀水電廠2、3#機的轉子支架和加強筋板與整體是進行過熱處理的，應該不存在上述問題。

3 預控措施

因每年9～11月為嘉陵江汛期，依據省電力公司及相關規定，為防止機組非計劃停運考核，在汛期不便于長時間停機檢修。依據對裂紋進行的檢查和探傷及設備設計制造單位相關專家的分析結論，認為裂紋均出現在焊縫表面，加之加強筋板是在當時設計變更后增設的，主要作用是加強轉子支架運行的受力，提高安全系數，對本體影響不大。故決定1#機組可繼續運行，但應定期觀察該裂紋變化情況，在適當時候配合機組中、大修時一并進行檢修處理。

電廠技術人員多次對1#機組進行例行檢查發現裂紋有進一步擴大的趨勢。鑒于此，電廠于2008年初對1#機組進行了中修處理;2007年12月在進行處理前檢查發現每一塊支撐板、加強筋板、中心三者焊縫處都出現了裂紋，且裂紋最長者已達100 mm，所有裂縫均全部穿透。

4 處理方案

設備制造廠對該裂紋的處理很重視，召集相關技術人員多次協商討論以確定最終的處理方案:先將轉子吊出，對原加強筋三角板裂紋進行處理，補焊后采用UT 探傷;然后在三角板所在圓周位置上再增加18塊加強板(加強筋板材料為30鋼板Q345B)加固，在加固的同時，考慮配重一致，焊后再進行UT 探傷。

4.1 對三角板的裂紋進行處理

(1)用石棉布或薄鐵皮等將轉子磁極部分蓋好以避免吹刨、打磨的金屬粉塵、鐵渣等進入磁極而無法清理。

(2)在裂紋前端鉆孔。

(3)在筋板底面用碳弧氣刨清理裂紋至筋板厚度約2/3深，并刨成U 型坡口。

(4)打磨坡口及坡山周圍50 mm，見金屬光澤。

(5)焊接前預熱50℃，采用E5015φ3.2焊條進行烘培，從保溫筒取用，將筋板底面坡口焊滿。焊接時，沿圓周方向對稱施焊并進行多層窄道焊。除第一層和蓋面層焊道外，其余焊道焊接后應立即用風鏟進行錘擊，以釋放焊接應力，焊后用石棉布覆蓋焊縫進行緩冷。

(6)用碳弧氣刨對筋板正面清根并刨U 型坡口，并按上述要求進行焊接。

(7)打磨焊縫、三角筋棱角，光滑過渡。

(8)按ASME 標準對焊縫表面進行MT 探傷。

4.2 裝配新增加強板

(1)配裝新增加強板時，將焊縫間隙控制在1 mm;不能滿足要求時，應單件先進行長焊、打磨修配。

(2)按上述要求進行焊接，先焊加強板與圓盤的焊縫，再焊加強板與大、小腹板的焊縫，焊縫圓滑過渡。

(3)按ASME 標準對焊縫表面進行MT 探傷。

(4)打磨焊縫，光滑過渡。

制造廠家設計部提出的方案更多的考慮是在強度方面，在實際施工中有一定的難度。在施工現場，公司相關技術人員和制造單位焊接工藝師、施工單位焊接師及相關技術人員一起，就制造廠家設計部提供的處理方案中的焊接過程中如何控制轉子支架圓度的變化進行了研究討論，形成了以下共識并報制造單位設計部復核予以認同。

①焊接前，測量轉子圓度的原始數據。

②增加δ30筋板Q345B 鈍邊至5～6 mm(原處理方案為1～2 mm)，減少焊縫焊角至10 mm(原設計為15 mm)，并打磨成圓弧。

③在中心體和支撐板焊接處，根據現場具體情況，對δ30筋板Q345B 刨割消應圓弧孔。

④焊接前，應將焊接處打磨干凈，并對筋板進行預熱，以清除筋板表面水分。

⑤焊接作業要對稱間隔、間歇進行，并根據變形情況調整焊接順序。

⑥單塊焊接δ30筋板Q345B 的順序為:中心體連接焊接—支撐板連接焊接—主板連接分兩段焊接。

⑦焊接要求:單塊δ30筋板Q345B 焊接時不能一次性焊接成型，同時，在焊接過程中，應時刻監視焊接變形(轉子圓度的變化)。

⑧其中有兩塊加強筋板與轉子勵磁引線發生干擾現象，遂根據實際需要對加強筋板進行修割;考慮配重因素，對修割下來的部分應焊接在附近的加強筋板上。

⑨機組試運行結束后，必須對返修焊縫和新增筋板焊縫進行檢查。

在焊接過程中，公司技術監護人員要求施工單位嚴格按協調會上的要求進行焊接處理，并在焊接過程中實時監視轉子圓度變化情況，并根據圓度變化情況調整焊接順序及焊接量。通過大家共同努力，在把所有加強塊焊完后，轉子圓度發生了一些變化，但都被控制在行業及設備制造廠家的相關要求規范內。

5 試驗及成果

為確保對秀觀水電廠1#轉子支架加強筋裂紋采取的處理措施得當、配重合理，電廠方隨后組織技術人員采用一體化電渦流位移傳感器、GPAS3000水力機組綜合測試儀及數據采集和振動分析系統對機組進行了穩定性試驗。通過對初起轉、變轉速、空轉、空載等各項試驗數據進行分析證明，不存在動不平衡現象(表1、2)。

三年多時間的運行實踐證明，對秀觀水電廠1#轉子支架加強筋裂紋產生的原因分析正確(2、3#機至今未發現裂紋)，處理措施合理、得當。

6 結語

隨著國內內河流域渠化開發，低水頭、大流量中小型貫流式機組的應用越來越廣泛，但因貫流式機型在國內起步較晚，且設計制造及運行維護經驗還不夠成熟，因此，我們要善于在運行維護、定期保養過程中發現問題并及時處理問題，尤其是華中電網“兩個細則”考核以來，及時發現問題、及時處理問題，保證機組連續安全穩定運行就顯得更加重要了。

表1 初起轉及變速試驗電測結果匯總表 測量值單位:μm

表2 空載試驗電測結果匯總表 測量值單位:μm