銅街子水電站12號機組轉輪室鋼板撕裂原因淺析及處理

易旭濤，嚴映峰

(國電大渡河公司龔嘴水力發電總廠，四川樂山 614900)

銅街子水電站12號機組轉輪室鋼板撕裂原因淺析及處理

易旭濤，嚴映峰

(國電大渡河公司龔嘴水力發電總廠，四川樂山 614900)

銅街子水電站位于樂山市境內的大渡河干流上，電站設計安裝有4臺單機容量為150 MW的軸流轉槳式機組。2012年，12號機組增容改造至175 MW。增容改造更換了水輪機轉輪、支持蓋、轉子磁極、定子鐵芯、線棒等部件，但未對轉輪室進行改造。增容改造后發電機型號為SF175－68/12800、水輪機型號為ZZD642－LH－850。針對銅街子水電站12號機組檢修過程中發現的轉輪室鋼板撕裂問題，淺析了其產生的原因，簡單介紹了處理方法。

轉輪室;撕裂;原因;處理方法;銅街子水電站

1 概述

銅街子水電站12號機組于1993年6月正式投入運行，額定出力150 MW，水輪機型號為ZZ440－LH－850。2012年5月12號機組完成增容改造，額定出力提高至175 MW，水輪機型號為ZZD642－LH－850，槳葉葉片數量為5片，葉片有裙邊。2012年7月12號機組在60～145 MW負荷區域運行時出現了較為明顯的渦帶撞擊聲，通過振擺在線監測裝置歷史數據發現12號機組各監測點振動和擺度未見明顯上升，但頂蓋振動5倍、10倍轉頻分量明顯。2013年2月12號機組渦帶撞擊聲負荷區域擴大至60～165 MW。2013年3月12日，12號機組按計劃停機檢修時發現轉輪室有大塊鋼板被撕裂，經PT著色探傷發現轉輪室鋼板、座環與轉輪室及尾水錐管與轉輪室之間的焊縫有多處裂紋(圖1、2)。

2 故障原因淺析

2.1 故障現象診斷

圖1 轉輪室撕裂鋼板

圖2 轉輪室與尾水管焊縫裂紋

2012年7月，我廠首次發現12號機組尾水管存在較為明顯的渦帶撞擊聲，針對此情況我廠進行了認真分析并聯系設計制造廠家來廠進行試驗，但試驗發現機組各部振擺、壓力脈動均正常，同時確認渦帶撞擊聲頻率為5倍轉頻(槳葉葉片數量也為5片)。當時懷疑產生渦帶撞擊聲的原因有兩個:一是由于流道內裝配上的機械問題;二是由于改造水輪機葉片加裝了裙邊，機組在部分負荷區運行時水流在葉片裙邊上產生的渦流造成的。

2.2 原因淺析

2013年3月，12號機組停機檢修時發現轉輪室大塊鋼板被撕裂后，我廠同機組設計制造廠家進行了多次討論，同時設計制造廠家組織水力設計和結構設計等多個專家對銅街子水電站12號機組轉輪室鋼板撕裂問題進行了充分討論，分析認為:12號機組的渦帶撞擊聲是由轉輪室局部破損造成的。12號機組已運行20余年，轉輪室老混凝土收縮后與鋼板之間存在間隙，且大渡河中金剛砂含量較高，轉輪室在水流磨蝕和水壓力作用下局部焊縫處很可能出現微裂紋，微裂紋經擴散后導致轉輪室出現局部破損，隨著破損面積加大，機組渦帶撞擊聲負荷區也隨之擴大。

3 處理情況

3.1 鋼板撕裂部分的處理

(1)混凝土澆筑。

首先將原來老的混凝土打掉，并保證老混凝土距轉輪室鋼板150 mm左右;然后在撕裂部分三個方格內各焊接一個拉筋鋼板，用來連接新鋼板;然后在老混凝土上鉆孔，灌水泥砂漿，每個方格內打入4根φ20的螺紋鋼，螺紋鋼打入深度在200 mm左右;最后澆筑高強度混凝土并需保證混凝土的平整度，為隨后安裝的新鋼板做好準備。

(2)鋼板更換。

由于該段轉輪室的鋼板是一個φ8 508的圓環，需要成型壓制，我廠聯系制造廠家按撕裂部分加工了兩塊鋼板并打好破口。首先將成型鋼板吊裝到位進行預裝，待預裝合格后點焊牢固，然后逐條焊接，控制好焊接工藝，注意消除應力集中，防止產生氣孔和夾渣現象，然后通過塞焊孔將拉筋鋼板和轉輪室新鋼板連接牢固;最后對焊縫進行鏟磨和超聲波探傷，檢查焊接質量，對存在問題的焊縫刨開重新焊接和探傷，直到質量合格，新鋼板焊接后的情況見圖3。

(3)補強灌漿。

新鋼板焊接合格后從預留的灌漿孔進行環氧補強灌漿，灌漿壓力為0.6 MPa左右，確保環氧樹脂膠將混凝土與鋼板之間的空隙填實。待環氧凝固后對轉輪室灌漿部位進行錘擊法檢查，對發現還有空響的重新鉆孔進行補強灌漿，確保所有部位填實。

3.2 其余部分裂紋的處理

圖3 新鋼板焊接后

轉輪室與尾水管、轉輪室與座環的焊縫裂紋較深，長度較長，將其全部刨開，刨開深度為10 mm左右;對于其余存在裂紋的地方均全部刨開至裂紋根部，然后進行焊接并做好焊接工藝控制，逐條施焊。焊接完畢，全部進行了鏟磨(圖4)。

圖4 轉輪室與尾水管焊縫裂紋處理后

3.3 整體著色探傷

所有焊接工作結束后，再次對轉輪室進行PT著色探傷，未發現新的裂紋，所有焊接部位未發現氣孔、夾渣等現象。

4 結語

銅街子水電站12號機組轉輪室處理完畢于2013年4月8日正式投入運行，機組各部位振擺、壓力脈動正常，尾水管渦帶撞擊聲較大問題得到了有效治理。簡單介紹了銅街子水電站12號機組轉輪室鋼板撕裂的現象、診斷過程、原因分析及處理過程，對國內同類型水輪發電機組具有一定的參考和借鑒價值。

［1］鄭源，鞠小明，程云山.水輪機［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.

(責任編輯:李燕輝)

TV7;TV734;TV738

B

1001-2184(2013)增-0157-02

2013-07-11

易旭濤(1983-)，男，四川成都人，工程師，學士，從事水電站設備檢修、維護及技術管理工作;

嚴映峰(1968-)，男，四川資陽人，副廠長，工程師，從事水電廠技術及管理工作.