水電廠水輪機轉輪破壞與修復分析

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摘要：在水輪機設備中，轉輪是其中的核心部件。在水輪機實際應用中，轉輪裂紋可以說是經常出現的一類問題，且會對電廠的運行安全產生影響。在本文中，將就水電廠水輪機轉輪破壞與修復進行一定的研究與分析。

關鍵詞：水電廠；水輪機轉輪；破壞；修復

1 引言

在水電廠運行中，水輪機是非常重要的設備類型，能夠將水流能量轉換為具有旋轉機械能的動力機械，屬于流體機械中的一類透平機械，在水電站中，能夠起到帶動發電機進行發電的作用。而對于該設備來說，轉輪是其核心部件，通過轉輪的運行，則能夠將水能到機械能間的轉換進行實現。可以說，轉輪部件質量的好壞，將直接影響到水輪機的性能發揮。其表面粗糙情況、材料質量、葉型以及尺寸精度都將對機組的使用壽命以及效率產生影響。而在轉輪實際應用中，裂紋可以說是經常出現的一類問題，需要及時做好修復。

2 裂紋產生原因

當水輪機運行一定時間之后，其轉輪則不可避免的會出現一定數量的裂紋，并因此對水輪機組的運行產生較大的隱患，而如果出現安全事故，對于水電廠而言則是非常嚴重的損失。在水輪機轉輪中，其葉片同轉輪輪轂間的過渡區可以說是最容易出現裂紋的區域，也是整個轉輪設備最為薄弱的一個環節。在具體應用中，其裂紋情況的出現主要是由以下原因造成的：

2.1 受力過于集中

在水壓力以及離心力的作用下，轉輪葉片周邊作為轉輪工作的主要應力區。通過第三強度理論，能夠幫助我們對轉輪葉片的主要應力區域進行獲得，其位置為：第一，葉片出水邊正面中部；第二，葉片出水變背面靠近上冠位置；第三，葉片進水正面靠近上冠部分；第四，葉片同下環連接區域。在實際運行中，由于在受力方面的問題，則會使轉輪葉片上述區域很容易因為過載受力的情況而造成裂紋出現。

2.2 鑄造焊接缺陷

在外部力量施加下，在實際生產過程中，機械設備也很容易由于砂眼、鑄造氣孔等情況的存在造成裂紋出現。葉片在受冷卻過程中，很可能在產生縮孔的情況下出現松動現象，而這則同其下環以及上冠的厚度具有非常密切的聯系。而在對轉輪設備進行鑄造時，如果沒有對焊接工藝進行正確的應用，或者沒有嚴格按照施工工藝進行操作，就很可能容易在受熱影響區以及焊接縫間產生裂紋情況。

2.3 工作運行原因

在轉輪工作中，其將長時間處于超負荷或者低負荷狀態之下，并因此使葉片在交變應力的作用下出現裂紋。

3 轉輪裂紋種類

對于水輪機轉輪而言，其裂紋情況一般都是在出水邊側葉片與下環之間的焊接接頭處形成的，其主要具有以下出現位置：第一，產生在焊縫以及母材交接位置，裂紋產生的方向一般是焊縫縱向平行方向，先出現在其表面位置，并會隨著情況的發展逐漸向著母材深部延伸；第二，焊縫根部應力最集中位置最容易出現裂縫，在焊縫金屬以及焊接熱影響區內，都有可能出現裂紋，具體表現情況則同焊縫強度、母材強度、根部形狀以及焊縫的塑性情況具有聯系；第三，裂紋出現在出水邊圓R處，該種裂紋一般同熔合線平行，也有時會同其形成垂直狀態，在淬硬傾向大的區，該種類型的裂紋更容易出現。

4 水輪機轉輪裂紋修復

4.1 焊接前準備

在焊接工作開展之前，相應的準備工作是必不可少的，具體來說，其具有以下幾方面：首先，要根據PT探傷接口對需要修復的區域進行標記，尤其是裂紋端頭位置要做好明顯的標記，依據裂紋產生部位以及裂紋尺寸對裂紋具體處理方式進行確定；其次，在對裂紋實際清除之前，為了避免裂紋進一步擴展，則需要在裂紋剪短位置做好截斷裂紋以及止裂孔的設置，保證止裂孔的深度同裂紋深度相比更深。在對裂紋進行清除的過程中，一般會通過砂輪機打磨以及碳弧氣刨方法進行清除，而為了避免其過熱使葉片出現變形、裂紋進一步出現擴展情況，則需要以間斷的方式對碳弧氣刨方式進行應用，在情況必要時，可以加鉆止裂孔避免裂紋進一步擴展。而當對缺陷問題全部清除完畢之后，則需要通過砂輪機的應用將碳弧氣刨方法造成的滲探層做好打磨，在金屬光澤全部露出之后進行PT檢測，保證裂紋清除的徹底性；第三，為了施焊工作能夠得到有效的開展，對缺陷修補的位置要做好焊接坡口的制作，保證其角度在45°左右，并做好滲碳層的徹底打磨；第四，在補焊工作開展之前，需要使用丙酮將焊接區域的水、油、銹等雜質做好徹底的清理。

4.2 焊接修復

4.2.1 焊前預熱

在焊接之前，需要對焊接區域150mm范圍內的母材做好預熱，一般情況下要將其預熱至110℃之間，并使預熱區域以均勻的方式進行升溫，并在整個預熱的過程中通過紅外線測溫設備的使用做好監控。在預熱工作完成、溫度達到標準之后，則可以正式進行焊接修復工作，并保證在整個焊接過程中，溫度始終能夠保持在該水平，并在焊接修復工作完成后做好保溫工作，一般情況下需要保持2h以上。

4.2.2 焊接材料

焊接材料的選擇方面，需要充分聯系轉輪材料進行選擇。在對焊條材料選擇完畢之后，在具體使用之前需要對其烘干，避免多次、反復進行烘烤，并在烘干完成后將其保存在溫度110℃的保溫筒中，保證隨用隨取。

4.2.3 焊接方式

在焊接工作開展中，為了保證電弧更為穩定、最大程度減少飛濺情況的出現，則可以使用旋轉直流點焊機，以直接反轉法對電源進行操作，即將電焊條同正極進行連接，將轉輪同負極進行連接，在盡可能提升焊接速度的同時將焊層做好控制，一般情況下越薄越好，每一層的厚度需要控制在3mm以內，以此最大程度減少焊縫時產生的熱裂紋。通過該種方式的應用，則能夠有效起到提升焊接質量的效果。

4.2.4 焊接過程

在具體焊接中，可以根據情況選擇退步焊以及多道焊方式，以此將焊接產生的變形情況控制在最低狀態，而為了對焊接過程中存在的應力進行消除，則可以使用層層錘擊方式，并選擇不銹鋼作為錘頭材料，避免出現滲碳情況。同時，要將錘頭磨成半徑在1.5至2.0mm的圓，保證錘擊點的輕、快、均勻以及密集性。在整個焊接過程中，要嚴格按照焊接規范開展操作，最大程度保證焊接質量，而在具體操作中為了避免出現弧坑情況，則需要以短弧方式進行操作，避免出現橫向擺動以及跳弧情況，以此起到減少焊縫內部缺陷的作用，而對于穿透性裂紋，則需要在其正面焊接2至3道焊縫之后，再在其背面進行焊接，并在焊接過程中做好焊層焊渣的處理。

4.2.5 焊接完成

在焊接工作全部完成之后，為了使焊接區能夠逐漸、緩慢的冷卻，則可以通過石棉布的應用將其覆蓋在補焊區域表面位置，使其以緩慢的方式逐漸冷卻到室溫狀態。而在焊縫冷卻完成之后，則需要做好焊縫表面的打磨工作，保證母材過渡區以及焊縫都無溝槽以及咬邊情況，而對于處理部位，則需要再次使用PT方式進行檢測，直至確認其不存在缺陷為止。

5 結束語

水輪機轉輪是水電廠重要的生產設備，在實際工作中，要做到問題的及時查處與處理，通過良好焊接方式的應用保證轉輪設備的高效、穩定運行。

參考文獻：

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