軸流式水輪機轉輪室模塊化消缺技術研究

，(東方電氣東方電機有限公司，四川 德陽 618000)

0 引 言

軸流式水輪機組運行多年后，轉輪室陸續出現了氣蝕、裂紋、局部脫落等缺陷，導致機組運行效率偏低，振動及噪聲加大，水輪機過流部件磨損日趨嚴重，給機組帶來極大的安全隱患。對于水電站來說，除了分析缺陷成因外，還需考慮如何消缺，以最快的速度達到發電要求。但目前多數消缺方案進行得不夠徹底，轉輪室短時間(幾年)運行后又陸續出現類似缺陷，嚴重拖延電站檢修周期，影響機組運行。

如何快速、徹底地消除轉輪室缺陷成為此論文的研究方向。結合某水電站A轉輪室消缺經驗，徹底解決轉輪室局部缺陷的問題。通過前期方案制定、型線測量和補償塊成型與加工的論述，完整地介紹了模塊消缺思路、前期準備過程及后期消缺效果。引申至軸流式水輪機轉輪室球面整體更換方案的探討，提出了一種代替轉輪室整體更換的思路。

1 轉輪室模塊化消缺技術

1.1 轉輪室缺陷

水電站B為大型軸流式水輪機電站，其轉輪室設計為4瓣結構，出現了總長約5 m裂紋性質的缺陷，上下范圍約1.5 m，缺陷高度方向位置正好與葉片轉漿區域對應；從圓周方向上看，缺陷基本上貫穿轉輪室整個1/4圓周。

1.2 轉輪室模塊化消缺技術

對于這種撕裂、層裂性質的缺陷，從中間將缺陷直接磨開封焊的消缺方案不可行(后續補焊無法生根)。根據缺陷實際情況，借助模塊化的思路，提出了“補償塊”替換缺陷區域的消缺技術，即模塊化消缺。具體過程分為“測量-成型-加工-現場施工(裝焊、修磨、探傷及灌漿)”。

鋼板成型過程 成型后圖1 補償塊模壓成型

龍門鐵加工 鏜床加工圖2 補償塊加工

1.2.1 型線測量

缺陷發生在轉輪室球面位置，該球面曾進行過修磨處理，與設計型線之間存在較大差異，這樣補償塊的型線就不能按照設計型線確定，必須現場測量。

為方便操作，節約測量時間，預先按照轉輪室理論型線制造一膠木樣板，以轉輪室上段圓柱面及“喉部”(即轉輪室直徑最小處)定位，按轉輪室實際型線修磨膠木樣板。樣板每次定位必須在轉輪室同一位置，并保證修磨后樣板與轉輪室過流面之間間隙小于給定值。

1.2.2 補償塊模壓成型

補償塊，即用于替換轉輪室缺陷區域、同轉輪室設計壁厚及實際型線一致的不銹鋼鋼板。用于補償塊成型的壓模制造非常關鍵，要求與轉輪室實際型線有較高的吻合度，成型質量的好壞直接影響到葉片外圓與轉輪室之間的間隙值是否滿足運行要求。因缺陷區域呈弧錐形，面積大，所以補償塊等分成5件，每件尺寸為1 200 mm×1 000 mm。每件補償塊成型都必須在同一狀態下進行，同時采用輕質檢查樣板跟蹤檢查，對于局部不合格的區域采取點壓的方式進行補償，如圖1所示。

1.2.3 補償塊加工

補償塊加工主要指加工補償塊周邊坡口、塞焊槽、灌漿孔及焊接吊耳等。

為確保更為精確轉輪室型線位置度，應先按樣板劃出補償塊成型的中心線，再確定四周坡口。不管后續采用劃線加工或數控加工，劃線工序都必不可少。坡口加工最好采用數控龍門銑進行，整個過程需裝夾兩次；采用鏜床加工亦可，但共需裝夾4次，耗時相對較長。加工過程中，裝夾定位是關鍵，補償塊為空間曲面，定位基準不易控制，既要保證裝夾牢固，防止加工過程中補償塊移位及劇烈抖動，又要保證補償塊不因裝夾過度而產生變形，破壞型線，故需采用“頂壓”結合的方式裝夾，如圖2所示。

為保證補償塊裝焊到轉輪室本體后具有較高的強度，需在補償塊中間位置開設與原筋板拼焊的塞焊槽。塞焊槽與銑周邊坡口同時進行，如圖2(右)所示。另外，在補償塊指定位置加工出φ30 mm的灌漿孔及通氣孔，方便壓力灌漿；焊接吊耳，方便電站起吊和安裝。

補償塊型線檢查

補償塊與轉輪室本體錯牙

1.2.4 現場施工

補償塊運輸到電站，由工程局負責裝焊、探傷、修磨以及壓力灌漿。關于現場施工方面，已有文獻資料敘述得較為詳細，這里不再贅述。

2 轉輪室模塊化消缺技術的推廣與應用

水電站A轉輪室曾在短時間內出現過多次裂紋及局部脫落的現象。針對脫落部位，仍采用模塊化消缺技術進行了修復，雖然修復區域沒有水電站B大，但缺陷性質一致。水電站A轉輪室消缺后機組運行過程中的振動、噪聲等均表現正常。

水電站B轉輪室雖沒有出現脫落現象，但缺陷范圍極廣，消缺所替換的轉輪室區域成型后的鋼板重量達幾噸。因補償塊尺寸及過流面形狀嚴格按照現場精確測量的數據加工控制，施工過程中補償塊的安裝、焊接、型線、與原轉輪室本體接縫處的過渡等都達到了較高的要求，特別是接縫處的過渡，兩者型線相差甚微，過渡平滑自然，基本上不需要修磨，如圖3所示。

轉輪室模塊化消缺技術在水電站A、B的成功應用，對轉輪室大面積缺陷及整體更換的問題提供了思路。軸流式水輪機轉輪室更換并不需要將整個轉輪室全部取出，新做一個轉輪室安裝上去，可借助模塊化消缺技術，將轉輪室分成若干模塊，分別針對單個模塊進行局部割除和替換，最終達到轉輪室整體更換的目的。但在此消缺技術實施的過程中，除了必須按照相應的安裝規范嚴格執行外，還須要注意以下幾點：

1)需先確定好測量基準。該基準用于確定轉輪室中心線位置及測量整體更換后轉輪室實際型線是否符合要求。

2)補償塊與轉輪室空間尺寸的對接。現場割除轉輪室時尺寸控制相對困難，而補償塊尺寸控制相對容易。故補償塊周邊尺寸確定前需復核現場尺寸。

3)背部筋板的固定。新做的補償塊必須開設對應的坡口和塞焊槽，在補償塊安裝后通過坡口和塞焊槽與背部的筋板焊接成一整體。

4)補償塊裝焊完成后進行壓力灌漿，填實補償塊背部與混凝土之間的空隙。轉輪室產生裂紋跟脫空有很大關系，故在進行壓力灌漿時必須確保實施到位，預防二次脫空。

3 結 語

整個模塊化消缺工藝實施過程，影響因素較多，效果卻超出預期，在空間尺寸連接、合縫過渡、安裝等方面都達到了較理想的狀態。該方案也為轉輪室大面積缺陷及整體更換提供了新思路，相對于重新制造和安裝轉輪室而言具有成本低、周期短、操作靈活等顯著特點。

[1] 杜杰，韓濤，向虹光. 銅街子電站轉輪室破損部位原因分析及處理措施[J].人民長江，2014，45(17)：57-59.