潘家口水電廠1號機轉(zhuǎn)輪引水板處理

于東旭 張平順

摘 要：潘家口水電廠1號水輪機轉(zhuǎn)輪引水板下面是個空腔，機組運行時水流的脈動壓力作用到引水板上，形成擊鼓效應，導致引水板開裂破壞，要解決這個問題，就要消除空腔，即用鋼筋混凝土填充這個空腔。這個方法緊跟水機制造研發(fā)行業(yè)發(fā)展方向，取消3個空腔。

關(guān)鍵詞：潘家口水電廠；水輪機；引水板；鋼筋混凝土

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.175

0 概述

潘家口水電廠1號水輪機轉(zhuǎn)輪引水板開裂始終是威脅機組放水發(fā)電的安全隱患，20多年來，潘家口水電廠的處理措施在“裂了就焊，焊完再裂”的規(guī)律中循環(huán)，同時我們也在不斷地探索、研究簡單、有效的解決方法。

1 水輪機參數(shù)

型號 HL220-LJ-550

水機出力 154兆瓦

最大水頭 85米

設計水頭 63.5米

最小水頭 36米

額定轉(zhuǎn)速 100轉(zhuǎn)/分

設計流量 277立方米/秒

2 引水板開裂原因分析

（1）引水板的使用情況。1號機組1987年7月、1989年11月曾因轉(zhuǎn)輪引水板開裂造成緊急停機，被迫進行了引水板搶修處理。為了確保機組安全，在1991年擴修時對1號機引水板進行了檢修加固處理，在引水板和轉(zhuǎn)輪上冠間對稱焊接了八個外徑φ289的鋼管，補焊了兩塊1250mm×80mm、1100mm×80mm厚20mm的16Mn鋼板，并對引水板裂紋進行了處理。

1號機組在2000年12月10日小修例行檢查中，在頂蓋+X、-Y方向原調(diào)相補氣管口處檢查轉(zhuǎn)輪引水板時，發(fā)現(xiàn)引水板有一條裂縫，裂縫呈錯口狀外側(cè)比內(nèi)側(cè)高約2mm、寬度約0.5mm，管口處裂縫長170毫米，因此機組被迫進行搶修。頂蓋吊起后仔細檢查引水板，發(fā)現(xiàn)引水板裂縫比預想的要嚴重，需要處理的共有39條裂紋，累計長度21.85m，其中最大的一條裂縫為穿透性裂縫長度3.9m，在裂縫處的引水板沒有發(fā)生大的翹起。

以上情況說明1991年轉(zhuǎn)輪引水板加固時安裝的八個鋼管，對防止引水板開裂起到了一定的效果的，特別是加固用的八個支撐鋼管起到了防止引水板大面積翹起的作用。但是整個引水鋼板金屬已達到了疲勞極限，并產(chǎn)生了嚴重的疲勞破壞，隨時可能發(fā)生新的裂縫，已不能保證機組安全運行。為了確保機組安全運行，結(jié)合2009年的機組擴修，擬對轉(zhuǎn)輪引水板進行徹底的更新改造。

（2）引水板損壞原因分析。1）引水板結(jié)構(gòu)不合理。引水板外徑為Φ5020mm、內(nèi)徑Φ2130mm、面積16.22平米，由于引水板安裝后上表面進行了加工，引水板厚度不均勻在22mm～36mm之間。其與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接除外邊緣與上冠焊接外，其余均為懸空結(jié)構(gòu)，因此引水板懸空面積大，且引水板與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接相當薄弱、剛度差，尤其是引水板外緣臺階處厚度僅15mm。在機組運行過程中引水板會產(chǎn)生振動，造成鋼板疲勞使引水板開裂、脫落。2）引水板安裝質(zhì)量不高。引水板安裝時，部分焊縫坡口開的過小、過淺，部分焊縫底部未充分熔合。引水板的10塊加強筋板焊接不牢，加強筋板曾發(fā)生脫落現(xiàn)象，嚴重影響引水板的強度和剛度。

3 引水板處理思路

經(jīng)過幾年的探索、研究，水電廠有關(guān)技術(shù)人員基本統(tǒng)一了認識：引水板開裂的罪魁禍首就是引水板下面的空腔，水流的脈動壓力作用到引水板上，形成擊鼓效應，導致引水板損壞。如果設法消除這個空腔，那么問題也就徹底解決了。

4 處理措施

經(jīng)過調(diào)研龍羊峽電廠曾使用鋼筋混凝土的方法解決了轉(zhuǎn)輪引水板開裂問題，我們借鑒兄弟單位的經(jīng)驗與教訓成功的處理了潘家口水電廠轉(zhuǎn)輪引水板開裂問題。

（1）混凝土材料選擇。為了提高混凝土的耐磨性能，選用冀東42.5普通硅酸鹽水泥。混凝土在轉(zhuǎn)輪中基本不受拉、彎應力，選用C30混凝土，塌落度4—6cm。為了消弱剪切應力，選用補償收縮混凝土：要求水泥用量大于300公斤/立方，選用唐山豐潤區(qū)乾坤建安技術(shù)研究所生產(chǎn)的QK-UEA低堿膨脹劑，用量6%，混凝土頂面為自由面，對轉(zhuǎn)輪無積壓應力作用；選用二級配混凝土，大集料5—40，細集料選中砂，混凝土表面涂刷環(huán)氧一道。混凝土配比：水154KG，42.5水泥383KG，膨脹劑25 KG，中砂667KG，石子 1171KG。澆筑前在轉(zhuǎn)輪上涂刷108膠一道。

考慮到轉(zhuǎn)輪法蘭面距頂面只有40毫米，澆筑混凝土結(jié)合不好，故用40毫米厚鋼板焊接。

割除引水板后轉(zhuǎn)輪引水板止口處的鋼板相當于一個懸臂梁，受力不好。為防止它向上翹曲，用碳弧氣刨打坡口，507焊條焊平。

（2） 鋼筋選擇。選擇唐鋼產(chǎn)品，保證產(chǎn)品性能。鋼筋錨固長度70毫米且與轉(zhuǎn)輪焊接。

徑向布置φ10鋼筋，平面間距靠大軸處大約150毫米；軸向間距150毫米（完整鋼筋網(wǎng)分二層），不完整鋼筋網(wǎng)分2層。軸向布置φ10鋼筋，間距靠大軸處150毫米，鋼筋在轉(zhuǎn)輪上焊接錨固70毫米，混凝土頂面下50毫米做90度彎勾，彎勾長70毫米。

（3）施工步驟及要求：1）拆除引水板在廠房安裝間內(nèi)進行，將轉(zhuǎn)輪吊出機坑放置在安裝間內(nèi)用六個支墩墊起，用支墩上的楔子板將轉(zhuǎn)輪調(diào)平后，將楔子板點焊牢。2） 用氣割將引水板、加強板全部割除。保留10個排水管、8個加強管，確保正原鋼管的頂面完好，以作澆筑混凝土的高程控制點。割除引水板后轉(zhuǎn)輪引水板止口處的鋼板相當于一個懸臂梁，受力不好。用碳弧氣刨打坡口，507焊條焊平。清除轉(zhuǎn)輪內(nèi)腔的銹蝕部分。用8個高230毫米，寬130毫米，厚16毫米的鋼板與轉(zhuǎn)輪體焊接加強內(nèi)管的剛度。3） 在兩半轉(zhuǎn)輪內(nèi)對稱布置鋼筋，并做錨固處理，部分立筋可用加強管代替，頂層鋼筋距離上冠頂面50毫米，在頂層鋼筋上布置周向φ10鋼筋。4）為了保持平衡狀態(tài)，在配重塊的對稱位置設置相應的配重空腔，以消除混凝土對平衡問題的影響。5）選用350L混凝土攪拌機拌和，用廠用天車和專用吊裝斗吊運混凝土。分兩半澆筑C30混凝土，并振搗密實，用18個鋼管頂面做高程控制，用木抹子找平壓出麻面。

5 處理效果

水輪機轉(zhuǎn)輪引水板處理后，經(jīng)過將近一年的運行，效果很好。2017年9月份機組小修，對引水板再次測量檢查無變化。

6 結(jié)論

潘家口水電廠在技術(shù)人員共同努力下，徹底消除了引水板開裂問題，為機組的安全運行創(chuàng)造了條件。