黃龍灘電廠三、四號機組轉輪葉片裂紋分析與修復處理

馮 強 陳利國 田 峰 陳本吉

（黃龍灘水力發電廠，湖北 十堰442000）

1 機組轉輪概況及運行情況

黃龍灘電廠三、四號機組是于2005年投產的新擴建機組，其主要承擔系統調峰發電的任務。水輪機的轉輪是保證機組能量轉換的第一級設備，轉輪葉片則負責承受機組運行中交變的水壓沖擊力，是保障機組安全穩定運行的最重要部件之一。本類機組轉輪采用的是OCrl3Ni5Mo不銹鋼拼焊結構，通過調整葉片的進出水角度和尺寸，減少水流對葉片的沖擊和磨損。工作中，不銹鋼合金轉輪主要的優點是：結構相對較簡單，重量輕，布置緊湊，能量轉換的效率高，但也存在一些明顯的不足之處，主要表現在安裝和檢修中對周邊設備的精度要求較高，特別是運行中在偏離設計工況較遠的過渡狀態（35%出力以下）下機組的水力振動和噪聲較大，從而對廠房和機組的安全穩定運行造成了一定的潛在威脅。這兩臺機組自從早期安裝調整完畢后長期擔任著電網調峰發電任務，7年多來一直在低負荷的過渡狀態下運行，導致輪葉片出水邊存在較明顯的汽蝕和裂紋現象，最長的葉片出水邊裂紋已經達到320mm，嚴重影響著機組的安全可靠運行，并加大了機組引水系統和水輪機設備檢修維護工作的困難程度。

2 轉輪葉片裂紋分析

在三、四號機組檢修期間，結合機組設計的圖紙，對所有可能出現裂紋的部位進行了嚴格的檢查，發現裂紋和汽蝕破壞主要集中在葉片出水邊與上冠連接處350～500mm范圍內，裂紋集中在葉片與上冠的拼焊處，最小裂紋為32mm，最長350mm。通過分析兩臺機組運行數據，發現在2011年1月—2012年8月期間，三號機組在過渡工況下運行時間為2 467h，占機組總運行時間的37%；四號機組在過渡工況下運行時間為2 738h，占機組總運行時間的41%。從三、四號轉輪葉片裂紋和汽蝕的現象來看，機組在運行過程中處于過渡狀態時間較長，尾水管內極易產生空腔汽蝕，轉輪室內水流的交變壓力較大，導致轉輪葉片承受了超出設計標準的沖擊力和由此造成的水力振動，從而使轉輪葉片出現了較明顯的汽蝕和裂紋現象。

3 轉輪葉片裂紋修復處理

先對補焊區域及相鄰約150mm范圍內的母材預熱至不低于100℃，并在焊接過程中始終保持這一溫度。在裂紋端部鉆?5mm左右的止裂小孔，孔深為裂紋深的1.5倍，用電弧氣刨或磨削法將裂紋全部刨去，直至肉眼看不見裂紋痕跡為止，一般坡口應刨成V形，裂紋穿透的應刨成X形坡口。坡口清洗干凈即可進行補焊，補焊時不能有夾渣、氣孔、裂紋及咬邊，在焊接時，要盡量采用較小的焊接規范進行鑲邊焊，如圖1所示。

圖1 V形及X形坡口焊接示意圖

多層焊接的部位，每焊完一層后，必須待其冷卻清除焊渣后再焊下一層。對較大面積施焊時，應采取如圖2所示焊序分片，每小塊面積以80mm×100mm為宜。焊接過程中應要求4個或兩個焊工同時對稱焊，以達到減小焊縫金屬脆化傾向和降低焊接殘余應力的目的。

圖2 多層焊接焊序分片示意圖

從開始加溫起監視止漏環間隙，每天測量記錄一次，轉輪迷宮環±X±Y方向架設百分表對變形進行監視測量，變形量要求在0.5mm以內，超出變形允許值應暫時停止工作。

補焊完畢后應用平行砂輪及角向砂輪對補焊后的焊接飛濺、焊縫高點、附屬焊渣等異物進行清理，最后再進行精磨和拋光，使各項參數滿足圖紙要求。

4 結語

通過對黃龍灘電廠三、四號機組轉輪葉片產生裂紋的原因進行分析，基本清楚了轉輪葉片產生較嚴重裂紋的主要原因是長期在不合理的工況下運行，因此在今后的運行中應盡量減少機組在不合理工況下運行的時間。同時，檢修維護人員通過對這兩臺機組轉輪葉片裂紋和汽蝕的修復處理，也為以后改進不銹鋼轉輪裂紋和汽蝕修復工作積累了一定的理論知識和實踐經驗。

［1］中華人民共和國水利電力部.電力建設施工及驗收技術規范：水輪發電機組篇［S］.北京：水利電力出版社，1979.

［2］黃龍灘水力發電廠水輪機檢修工藝規程［Z］，2010.