混流式混流式水輪機轉(zhuǎn)輪裂紋原因分析及預(yù)防措施

王大朋

摘要：隨著水電廠的快速發(fā)展，人們對水電廠各項設(shè)備安全性的重視度越來越高。轉(zhuǎn)輪是水電廠混流式水輪機的核心部件，其運行的安全性對水電廠的生產(chǎn)運營有著重要的影響。在水電廠混流式水輪機的實際運行過程中，轉(zhuǎn)輪經(jīng)常會出現(xiàn)一些問題，例如裂紋、泥沙磨損以及氣蝕等，這些都給水電廠的生產(chǎn)造成了很大的隱患。本文主要先對水電廠混流式水輪機轉(zhuǎn)輪常見的破壞問題及產(chǎn)生原因進行分析，進而探討相應(yīng)的維修措施。

關(guān)鍵詞：混流式水輪機;裂紋原因;維修措施

引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，資源消耗的速度也在不斷的加快，水電站的發(fā)展越來越普及，成為了社會主義建設(shè)中不可或缺的重要組成。轉(zhuǎn)輪是抽水蓄能電站混流式水輪機中的核心部件，在實際的運行過程中，由于機組發(fā)電和抽水工況頻繁正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，運行工況復雜，混流式水輪機轉(zhuǎn)輪作為混流式水輪機重要受力結(jié)構(gòu)部件，該區(qū)域在機組運行中容易發(fā)生裂紋，近些年混流式水輪機轉(zhuǎn)輪出現(xiàn)多起裂紋問題，使機組被迫停役。轉(zhuǎn)輪裂紋的出現(xiàn)，不僅為機組的安全穩(wěn)定運行帶來了極大的威脅，為抽蓄電站的正常經(jīng)營帶來了經(jīng)濟損失和社會損失，所以要想確保水電站安全穩(wěn)定運行，必須通過無損檢測技術(shù)對混流式水輪機轉(zhuǎn)輪定期探傷，及時發(fā)現(xiàn)并有效處理轉(zhuǎn)輪裂紋問題。采取有效的預(yù)防控制措施，確保機組運行安全性和穩(wěn)定性。

水電廠混流式水輪機轉(zhuǎn)輪常見的破壞問題及產(chǎn)生原因分析

裂紋

裂紋是水電廠混流式水輪機轉(zhuǎn)輪常見的破壞現(xiàn)象。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，混流式水輪機在運行一定的時間之后，其轉(zhuǎn)輪都或多或少地會出現(xiàn)一些程度不一的裂紋，其中最容易出現(xiàn)裂紋的地方是轉(zhuǎn)輪葉片與輪轂之間的過渡區(qū)，其次還有焊接縫和母材交接的部位、焊接根部受力最為集中的部位等。裂紋的產(chǎn)生不僅會給混流式水輪機的運行帶來巨大的隱患，而且還會給水電廠造成嚴重的損失。裂紋破壞的出現(xiàn)主要有以下幾方面的原因。

鑄造焊接不足

在轉(zhuǎn)輪的實際運行過程中，當對設(shè)備施加一定的外部力量時，砂眼、鑄造氣孔等的存在會使得轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生裂紋。另外，轉(zhuǎn)輪葉片在受冷產(chǎn)生縮孔時會出現(xiàn)松動的情況，這種情況與轉(zhuǎn)輪的上冠及下環(huán)的厚度有著重要的關(guān)聯(lián)。在鑄造混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪時，如果焊接人員沒有嚴格按照焊接工藝的要求進行焊接，或是沒有正確應(yīng)用焊接工藝，都會使得混流式水輪機轉(zhuǎn)輪在焊接縫間或是受熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。

工作運行負荷過大或過小

在混流式水輪機轉(zhuǎn)輪運行過程中，如果轉(zhuǎn)輪長時間處于一個過大的運行負荷（即超負荷）或是過小的運行負荷（低負荷）狀態(tài)下，會導致轉(zhuǎn)輪葉片受力不均，從而出現(xiàn)裂紋。

受力過于集中

混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的葉片周圍區(qū)域是轉(zhuǎn)輪運行過程中的主要受力區(qū)，受到水的壓力和離心力等的作用。轉(zhuǎn)輪的主要受力區(qū)包括葉片出水正面的中部、葉片進水正面靠上冠的部分、葉片出水背面靠近上冠的部分以及葉片和下環(huán)的連接區(qū)域等。在混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的實際運行過程中，上述區(qū)域由于受力問題，如受力過度等而出現(xiàn)裂紋。

水電廠混流式水輪機轉(zhuǎn)輪裂紋的維修措施

焊接前的準備

在進行焊接維修前，應(yīng)做好相關(guān)的準備工作，主要有以下幾個方面。

標記 相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)PT探傷接口將需要進行維修的區(qū)域標記出來，標記清晰、明顯，尤其是裂紋的端頭。進而根據(jù)裂紋的出現(xiàn)部位、大小等確定具體的維修措施。

設(shè)置止裂孔，清除裂紋 止裂孔的設(shè)置主要是防止裂紋長度及深度的進一步擴大。接下來便是裂紋的清除工作，一般會采取砂輪機打磨和碳弧氣刨兩種方式進行。先用間斷性的碳弧氣刨清除缺陷問題，然后用砂輪機對滲碳層進行打磨，待金屬光澤全部展露之后再進行PT檢測，以確保裂紋已徹底清除。

制作焊接坡口 在裂紋維修的部位應(yīng)提前制作焊接坡口，從而確保焊接工作的順利、有效開展。焊接坡口的坡度一般在45°左右。在此之前，應(yīng)確保滲碳層已徹底打磨好。

清理雜質(zhì) 在焊接維修正式開始前，還需使用丙酮對焊接區(qū)域的雜質(zhì)（如水、油、銹）等進行徹底的清除。

焊接修復

焊前預(yù)熱 在焊接前，應(yīng)對需要焊接區(qū)域的相關(guān)范圍（一般為150mm）內(nèi)的母材進預(yù)熱，不可使預(yù)熱區(qū)域驟然升溫，應(yīng)以均勻的方式，直至其溫度達到110℃。當溫度達到標準溫度時，則焊前預(yù)熱完成，接下來便可開始進行焊接修復工作。但要注意的是，在焊接過程中應(yīng)使得母材的溫度保持在標準溫度的水平;在焊接修復完成后，還須做好保溫措施（2h以上）。

焊接材料 在選擇焊接材料時，應(yīng)結(jié)合轉(zhuǎn)輪的材料合理進行選擇。選好材料后，在使用前還應(yīng)對其進行烘干，并將其置于110℃的保溫箱中，以便隨時取用。

焊接方式 旋轉(zhuǎn)直流點焊機是一種常用的焊接方式，這種方式不僅可以減少焊接過程中的飛濺情況，而且還能保證電弧更加穩(wěn)定。在操作時，直接將電焊條與電源的正極相連，而將轉(zhuǎn)輪與負極相連，然后控制好焊層的厚度，一般為3mm以內(nèi)，以便減少熱裂紋的產(chǎn)生。

焊接過程 在進行焊接時，焊接人員可根據(jù)實際情況選擇退步焊以及多道焊等方式，嚴格按照焊接工藝的規(guī)范操作進行焊接，從而為焊接提供質(zhì)量保障。在操作時，焊接人員可采取短弧方式，從而避免出現(xiàn)弧坑。此外，對于穿透性裂紋，不僅要在其正面焊接焊縫，還要在背面進行焊接。應(yīng)注意的是，焊接人員應(yīng)在焊接過程中做好焊層焊渣的處理工作，以免影響焊接的質(zhì)量。

焊接完成 在焊接完成后，應(yīng)用石棉布鋪在焊接區(qū)域，從而使其緩慢冷卻到室溫狀態(tài)。冷卻過后，還須對焊縫表面進行打磨，以避免母材過渡區(qū)或是焊縫處出現(xiàn)咬邊的情況。最后，還需對焊接部位進行PT檢測，從而確保裂紋已維修好。

結(jié)束語

轉(zhuǎn)輪是水電廠混流式水輪機設(shè)備的核心部件，作為能量轉(zhuǎn)換站，其性能對混流式水輪機的性能有著決定性的影響。由于各方面的原因，混流式水輪機轉(zhuǎn)輪通常會出現(xiàn)不同程度的破壞，從而對混流式水輪機的運行及水電廠的生產(chǎn)造成嚴重的影響。相關(guān)人員應(yīng)不定期地對混流式水輪機機組進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)混流式水輪機轉(zhuǎn)輪存在的問題，并積極采取維修措施。在進行焊接補焊時，應(yīng)嚴格按照操作規(guī)范，采取正確的焊接工藝進行，從而提高焊接質(zhì)量，確保混流式水輪機的正常、安全運行。

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