水泵水輪機轉輪裂紋成因分析及處理

許國榮 余龍 袁正浩

摘要：水泵水輪機轉輪裂紋的出現，會影響水泵水輪機運行的穩定性及可靠性，因此有必要結合實際工程項目，分析水泵水輪機轉輪裂紋發生的成因，進一步采取有效處理措施。本課題便重點圍繞“水泵水輪機轉輪裂紋成因及處理”進行分析研究，以期提高水泵水輪機的綜合運行效益。

關鍵詞：水泵水輪機；轉輪裂紋；成因；處理措施

進入21世紀以來，在社會經濟穩步發展的背景下，我國水電站建設工程事業發展迅速。值得注意的是，水泵水輪機是水電站應用廣泛的一種機械設備。為了提高水泵水輪機運行的效率，便需確保其運行期間不會出現故障。但是，從水泵水輪機實際運行狀態來看，易出現轉輪裂紋，從而影響運行的穩定性及可靠性。鑒于此，本課題圍繞“水泵水輪機轉輪裂紋成因及處理措施”進行分析研究具備一定的價值意義。

1.水泵水輪機轉輪裂紋成因分析

水泵水輪機轉輪裂紋的發生，究其原因體現在多個方面，結合以往的工作經驗，總結了以下三大成因：

（1）設計成因。基于裝置靜吸入高度條件下，電站的水泵工況處在空泡環境下運行，從而加大了空化破壞的發生幾率。值得注意的是，如果未能在設計前確保材質及轉輪工藝設計的質量，則容易導致水泵水輪機出現裂紋。

（2）制造成因。水泵水輪機轉輪進行堆焊層增設過程中，焊材、母材 融合面、轉輪葉片和下環角焊縫內，可能有焊接缺陷存在，使角焊縫的承載力降低，進而易誘發轉輪裂紋。

（3）運行成因。處于水泵工況條件下，機組大流量運行，在受到空泡狀態影響，也就是轉輪水泵工況的進口邊正壓面受到高頻動載荷的頻率影響，會使材料出現疲勞狀態，進而引發空蝕現象；此外，如果堆焊層和母材基于焊接期間熔合質量差，基于高頻動載荷條件下也會出現疲勞狀態。上述情況，均會加大轉輪裂紋發生的幾率。

2.水泵水輪機轉輪裂紋處理措施探究

如前所述，水泵水輪機轉輪裂紋發生的成因較多，因此有必要對轉輪裂紋進行合理、科學的處理。根據實踐工作經驗，本人認為其處理過程需遵循“合理選擇焊接材料→嚴格監測裂紋→完全清除裂紋→加強補焊處理”的原則，從而確保轉輪裂紋得到全面處理，進而提高水泵水輪機運行的質量及安全性。下面對其處理要點進行分析：

（1）基于轉輪裂紋處理前期，需嚴格檢查轉輪整體情況，可選擇100%PT聯合100%UT的檢查方法，然后針對裂紋的部位及性質做好詳細標記。

（2）針對堆焊面和裂紋顯著位置，采取分段與分片鏟磨處理措施，進一步進行補焊及修形處理；同時，需確保一次修復面積≤300平方厘米；在鏟磨處理之后，然后對其他裂紋部位進行修復處理。

（3）嚴格按照焊接相關等級標準進行焊接處理，同時在處理過程中根據相關設計圖紙加以執行；基于氣刨清理裂紋之前，基于焊接處理之前，有必要針對裂紋缺陷部位采取預熱處理措施，倘若處理過程中暫停施焊，需確保焊接部位溫度維持在100℃到150℃范圍內。

（4）基于補焊處理期間，需實時監控焊接部位的溫度，確保焊接部位溫度能夠維持在100℃到230℃范圍內。

（5）焊接之后，針對焊接部位采取150℃保溫處理，在保溫處理4小時之后，再進行熱處理，然后在1天之后采取100%PT聯合100%UT檢查。

（6）結合裂紋的大小程度，在裂紋鏟磨蘋果醋中，合理選擇方法：一方面，如果裂紋偏小，可使用磨削處理方法，針對雷文進行磨削處理之后，使比較規則的坡口有效形成，這樣能夠使焊接的質量得到有效保障。另一方面，如果裂紋偏大，則可使用碳弧氣刨處理方法，特別是裂紋在很深的情況下，需實施多次吹割處理措施。此外，在氣刨處理之后，有必要辭去砂輪做好相對應的磨削處理工作；考慮到過熱誘發變形及裂紋加深等問題的出現，需確保碳弧氣刨間斷應用。

（7）在裂紋鏟磨之前，需針對鏟磨部位采取預熱處理措施，將預熱溫度控制在≥100℃，同時通過電加熱片兩面加熱的方法做好預熱處理，如果裂紋面積偏小，在加熱處理過程中可采取加熱炬；基于溫度符合標準要求的條件下，將待處理面的加熱片去除，使背面加熱片保留；在裂紋完全處理之后，通過100%PT進行驗證，以此使裂紋處理的質量得到全面提升。

（8）在裂紋處理之后，需進行補焊處理，可使用GMAW方法，并通過多層多道焊接工藝，使每一層接頭間錯開15mm到30mm范圍內；然后通過目視的方法在每焊一道過程中檢查一次，倘若存在缺陷需及時進行清除及修補，進一步進行檢查，避免后續處理存在缺陷；值得注意的是，每層焊接的厚度需維持在大約2mm，同時將焊道寬度維持在10mm范圍內；此外，在補焊之后，需采取后熱處理措施，并采取砂輪修磨補焊面，確保其光滑度符合轉輪標準光滑度。

3.結語

綜上所述，水泵水輪機轉輪裂紋成因較多，包括：設計成因、制造成因以及運行成因等。因此，需確保設計的優化、制造的質量及運行的穩定性。進一步針對水泵水輪機轉輪裂紋采取有針對性的處理措施，遵循上述提到的“合理選擇焊接材料→嚴格監測裂紋→完全清除裂紋→加強補焊處理”的裂紋處理原則及流程。此外，根據實際工作經驗，發現裂紋主要表現為貫穿性裂紋與非貫穿性裂紋兩種，需采取相對應的處理措施，并在焊后處理進行打磨與探傷處理，利用100%PT聯合100%UT方法進行檢查，從而確保裂紋處理的質量，進一步提高水泵水輪機運行的可靠性及安全性。

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作者簡介：許國榮（1997—）男，漢族，四川省涼山州，本科，研究方向：能源與動力工程。

余龍（1997—）男，彝族，四川省涼山州，本科，研究方向：能源與動力工程

袁正浩（1996—）男，漢族，四川省成都市，本科，研究方向：能源與動力工程

（作者單位：西華大學）