水輪發(fā)電機組相振的原因分析及處理

蔡道錦

摘 要：某新建電站新機投運后，機組轉(zhuǎn)輪反復(fù)出現(xiàn)裂紋，經(jīng)廠家現(xiàn)場修復(fù)后，運行不久又重新出現(xiàn)裂紋。經(jīng)深入分析轉(zhuǎn)輪裂紋產(chǎn)生的原因，重新采用了現(xiàn)場修復(fù)工藝后，機組產(chǎn)生裂紋的概率大大降低，達到了安全運行的要求，成功解決了轉(zhuǎn)輪反復(fù)出現(xiàn)裂紋的問題。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)輪；裂紋；現(xiàn)場修復(fù)

1 設(shè)備概況

某水電站安裝有3臺HL（F713）-LJ-140型水輪發(fā)電機組，裝機容量3×16.5MW，豎軸懸式，額定轉(zhuǎn)速500r/分鐘，額定水頭118m。機組轉(zhuǎn)輪整體采用00Cr16Ni5Mo不銹鋼制作。葉片、上冠及下環(huán)出廠硬度不低于HB280。

2 存在問題

某電站建成后，在機組投運7個月后，枯水期進行流道檢查時，發(fā)現(xiàn)1G機組轉(zhuǎn)輪有3只葉片出水邊與下環(huán)焊接處有裂紋，根據(jù)現(xiàn)場檢查：3條裂紋分別出現(xiàn)在轉(zhuǎn)輪不同三只葉片的出水邊末端與下環(huán)的焊縫處，裂紋葉片出現(xiàn)為每間隔一只葉片出現(xiàn)一處，3條裂紋長度分別約為5cm、12cm、15cm。發(fā)現(xiàn)2G機組轉(zhuǎn)輪有五只葉片出水邊出現(xiàn)不同程度的損傷，其中三只葉片出水邊與下環(huán)焊接處出現(xiàn)裂紋，另外兩只葉片出水邊靠近下環(huán)處出現(xiàn)很小的缺口。根據(jù)現(xiàn)場檢查：3條裂紋分別出現(xiàn)在轉(zhuǎn)輪不同三只葉片的出水邊末端與下環(huán)的焊縫處，3條裂紋長度分別約為10cm、12cm、11cm；兩個缺口分別出現(xiàn)在轉(zhuǎn)輪不同兩只葉片的出水邊末端，兩個缺口均與半個紐扣大小相近。請廠家技術(shù)人員現(xiàn)場修復(fù)后，運行3個月再次檢查，原修復(fù)的位置再次出現(xiàn)裂紋。無法滿足機組安全穩(wěn)定運行的要求。

3 分析及處理

通過流道檢查，轉(zhuǎn)輪葉片表面光滑，不存在汽蝕現(xiàn)象。通過運行參數(shù)分析，機組的振動擺度均在正常范圍，振動不會對轉(zhuǎn)輪運行產(chǎn)生裂紋。雖然機組在枯水期時，存在運行負荷在40%以下的工況，但相同機型的3G機組轉(zhuǎn)輪在相同的條件下沒有出現(xiàn)過轉(zhuǎn)輪裂紋。由于水輪機在運行中，轉(zhuǎn)輪在受水壓力和離心力的共同作用下，主要應(yīng)力區(qū)分布在轉(zhuǎn)輪葉片周邊上面，通過第三強度理論可以計算得出相當(dāng)應(yīng)力沿葉片周邊的分布，可以分析得出轉(zhuǎn)輪葉片在4個比較高的應(yīng)力區(qū)，他們的位置在葉片進水正面靠近上冠處；葉片出水邊正面的中部，這些構(gòu)造使轉(zhuǎn)輪葉片某些部位受力過大，易產(chǎn)生裂紋。從現(xiàn)場檢查的情況看，兩臺機組的葉片出水邊靠近下環(huán)處出現(xiàn)裂紋，且每次修復(fù)后再次出現(xiàn)。應(yīng)該是應(yīng)力集中造成的。

由于前幾次廠家現(xiàn)場修復(fù)后，再次出現(xiàn)裂紋。采用正確的修復(fù)工藝，是解決問題的關(guān)鍵?，F(xiàn)場修復(fù)存在一些限制，主要是轉(zhuǎn)輪室太潮濕，焊接時，空氣中水汽重，影響焊接工藝，容易造成氣孔，夾渣等焊接缺陷。返廠修復(fù)需拆出轉(zhuǎn)輪，相當(dāng)于機組大修一次，得重新盤車，做試驗，成本太高，且工期太長。從經(jīng)濟高效節(jié)約成本的原則考慮，最終選擇在轉(zhuǎn)輪室進行現(xiàn)場修復(fù)。為保證修復(fù)工藝，嚴格控制維修質(zhì)量，組合前面廠家的修復(fù)方案，重新對修復(fù)工藝進行了優(yōu)化調(diào)整：

（1）做好通風(fēng)措施，打開蝸殼進人門，打開活動導(dǎo)葉，首先對轉(zhuǎn)輪室進行通風(fēng)，排除轉(zhuǎn)輪室濕氣。

（2）先對轉(zhuǎn)輪葉片進行著色探傷，確認其他葉片是否存在隱形裂紋和超標缺陷。

（3）對有裂紋的葉片，在裂紋末端打止裂孔。

（4）用碳弧氣刨或砂輪打磨的方式將葉片裂紋磨開，預(yù)制坡口。

（5）用角磨機將刨開的裂紋進行打磨光滑。

（6）焊接區(qū)域進行預(yù)熱，第一層焊道采用大電流焊接，焊接電流為160～200A，葉片出水邊邊緣較薄處采用小電流焊接，焊接電流為100～110A。

（7）焊接時采用A237打底、其余用E309焊條焊接，焊接采用多層窄道焊。焊接前焊條必須按焊條使用說明進行烘干，放入保溫筒隨用隨取。除第一層和蓋面層焊道外，其余焊層應(yīng)用幾鏟進行敲擊，以釋放焊接應(yīng)力。

（8）焊后用氧氣乙烯火焰對焊接部位連續(xù)加熱以消除氫氣減少應(yīng)力。

（9）加熱后用石棉布進行保溫10小時后冷卻至室溫。

（10）熱處理后鏟磨焊縫，按葉片原形進行打磨補焊區(qū)域。

（11）重新對焊接區(qū)域進行著色探傷檢查焊接和焊縫鏟磨中出現(xiàn)的缺陷，按照要求進行返修。

按照優(yōu)化后的方案對轉(zhuǎn)輪葉片進行現(xiàn)場修復(fù)后，通過機組10個月的運行后再次檢查，原修復(fù)過的三葉轉(zhuǎn)輪葉片，只有一只葉片出現(xiàn)了2cm長的裂紋。比按原來的修復(fù)工藝修復(fù)的葉片，運行3個月后就會出現(xiàn)10～15cm的裂紋效果有很大的提高。完全滿足機組安全渡汛的要求。

4 結(jié)語

水輪機轉(zhuǎn)輪裂紋的問題影響著水輪機的正常工作，近年來水輪機裂紋事故頻繁發(fā)生，嚴重威脅了水電廠的正常安全運動，有必要對裂紋產(chǎn)生的原因進行探究，采用合理、科學(xué)的手段進行調(diào)控，對發(fā)現(xiàn)的問題及時處理解決，保證機組安全的工作運行。以上分析和處理方法，可供同類機組處理此類問題進行借簽和參考。

參考文獻

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[2]史功赫，韓文達，劉鐵軍，等.淺談水輪機轉(zhuǎn)輪裂紋修復(fù)[J].科技資訊，2011，（23）：41.

（作者單位：四川小金川水電開發(fā)有限公司）