吉林臺二級水電站一號機組轉(zhuǎn)輪上冠出水口貫穿裂紋缺陷分析

徐鵬

【摘要】機組A級檢修中通過對轉(zhuǎn)輪葉片進行滲透檢測發(fā)現(xiàn)貫穿裂紋缺陷，分析裂紋缺陷的形成原因，按照工藝進行了返修處理。

【關鍵詞】水電站轉(zhuǎn)輪葉片；滲透檢測；裂紋缺陷分析與處理

前言

水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)輪是水輪機的核心部件，其作用是進行能量轉(zhuǎn)換，將水能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的機械能。轉(zhuǎn)輪葉片若出現(xiàn)裂紋缺陷，將會嚴重影響水電站的安全、經(jīng)濟與穩(wěn)定運行。因此在檢修工作中有必要對轉(zhuǎn)輪進行全面檢測，對于發(fā)現(xiàn)的缺陷及時按照工藝標準進行處理，將事故消除在萌芽狀態(tài)，從而保證機組的安全、經(jīng)濟與穩(wěn)定運行。吉林臺二級水電站共裝機兩臺，水輪發(fā)電機組為立軸混流式水輪發(fā)電機組，機組由天發(fā)廠制造。本文介紹了吉林臺二級水電站一號機組水輪機轉(zhuǎn)輪在大修期間的常規(guī)檢測中，利用視檢法結合滲透檢測法發(fā)現(xiàn)上冠出水口處有六處貫穿裂紋，通過分析裂紋缺陷的形成原因，結合裂紋缺陷對于水電站安全穩(wěn)定運行的嚴重影響，依照廠家提供工藝進行了返修處理工作。同時建議通過調(diào)度調(diào)控等手段合理優(yōu)化機組的運行工況，避免由于震動區(qū)運行給機組轉(zhuǎn)輪安全運行帶來的危害。同時在常規(guī)C級檢修、A級檢修即設備解體大修時將轉(zhuǎn)輪列為重點檢測對象，同時應注意加強吉林臺二級水電站另一臺機組的安全分析與檢測工作。

一、缺陷及檢測工藝描述

2017年3月8日至4月29日期間，吉林臺二級水電站一號機組按照計劃開展了A級檢修工作，檢修任務由伊河電力檢修分公司承擔。3月20日至3月22日為期三天進行了一號機組轉(zhuǎn)輪焊縫區(qū)域的無損檢測工作。表面視檢后采用滲透檢測方法進行了焊縫區(qū)的100%滲透檢測，具體的檢測工藝如下：（1）在工作現(xiàn)場搭設牢固的檢修平臺，按照滲透檢測程序及工藝要求的清洗、滲透、顯象三步驟，對A型靈敏度試塊進行對比試驗，目的是檢驗檢修現(xiàn)場環(huán)境溫度下選用的探傷劑的有效性、靈敏度，以及檢測人員操作的熟練程度；（2）準備光潔表面：清除轉(zhuǎn)輪葉片表面灰塵、泥沙，要求焊縫及熱影響區(qū)（焊縫兩邊10cm）平整光滑，若有清漆，需打磨出金屬光澤；（3）焊縫表面清潔：噴涂清洗劑清潔焊縫表面，進一步清潔并干燥；（4）滲透環(huán)節(jié)：噴涂滲透劑，搖勻，距焊縫15～30cm進行噴涂，均勻分布焊縫及熱影響區(qū)，且要注意均勻滲透10～15min，表面濕潤、不流淌，若需要可在3～5min內(nèi)進行二次噴涂；（5）清除多余的滲透劑：選用白布將噴涂的滲透劑擦除，必須沿同一方向擦拭，選用清洗劑，噴灑在干凈白布上輕輕將焊縫擦拭干凈，清除影響觀察的紅色，同一方向擦拭，一般擦拭不超過3次，注意不要過清洗；（6）顯像環(huán)節(jié)：選用顯像劑，搖勻，距焊縫15～30cm進行垂直、勻速噴涂，顯像劑應均勻附著在焊縫及熱影響區(qū)，過薄、過厚均會影響顯像效果，表面不應過快干燥，缺陷（裂紋）嚴重時會較快顯像，一般在7～15min或更長時間，有條件可在30min之后；（7）缺陷判定環(huán)節(jié)：使用強光手電，對焊縫表面滲透檢測結果進行全面的檢查與分析，根據(jù)行業(yè)內(nèi)最新的相關驗收標準進行缺陷的判定，記錄本上詳細記錄超標缺陷的位置（如×號葉片上冠正面距出水邊××cm處裂紋××cm），用高清相機進行拍照，留存影像圖片記錄，最終確定返修缺陷位置、數(shù)量，同時方便下次檢修時能夠有針對性的進行；若對PT檢查結果有異議，可進行復查，重復上述步驟。根據(jù)檢測顯示檢出六條貫穿性裂紋，位置同為轉(zhuǎn)輪上冠出水口處葉片及焊縫區(qū)。其中最小一條裂紋缺陷顯示長度為6cm ，最長一條裂紋缺陷顯示長度為17 cm。依據(jù)廠家提供返修工藝標準，現(xiàn)場進行了返修處理工作。處理后采用滲透檢測方法進行復探，復探結果合格，符合行業(yè)驗收標準要求。

二、滲透檢測簡介

滲透檢測（PT）連同磁粉檢測（MT）、超聲檢測（UT）、射線檢測（RT）、渦流檢測、泄漏檢測（LT）并稱無損檢測六大常用檢測方法。同比其他幾種檢測方法，滲透檢測方法簡單易操作，其檢測顯示直觀，適用于大型部件與不規(guī)則工件的無損檢測及現(xiàn)場檢測工作。其檢測原理即利用滲透能力強的彩色滲透液滲入到裂紋、氣孔等缺陷的縫隙中，再借助噴涂吸附能力極強的白色顯像劑將滲入缺陷中的彩色滲透劑吸出以顯示缺陷從而檢出表面開口缺陷。根據(jù)缺陷顯示的形狀及大小即可判斷出實際缺陷的形狀及大小從而分析出缺陷的嚴重程度。

三、裂紋產(chǎn)生原因分析及建議

分析貫穿性裂紋產(chǎn)生原因得出以下結論：水輪機的轉(zhuǎn)輪在運行中在水壓力及離心力的作用下，大應力區(qū)域主要集中在轉(zhuǎn)輪葉片周邊，具體為：轉(zhuǎn)輪葉片進水邊正面靠近轉(zhuǎn)輪上冠處；轉(zhuǎn)輪葉片出水邊正面中部；轉(zhuǎn)輪葉片出水邊背面靠近轉(zhuǎn)輪上冠處；轉(zhuǎn)輪葉片與下環(huán)連接區(qū)。而應力過于集中通常是造成轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的主要原因。此外，轉(zhuǎn)輪葉片裂紋的產(chǎn)生也與設計中選型不當、制造中材料及工藝產(chǎn)生的缺陷、焊接中產(chǎn)生的缺陷、運行中啟停機操作頻繁及長期低負荷、超負荷或在振動區(qū)運行等方面都有很大的關系。建議機組運行中通過調(diào)度調(diào)控等手段優(yōu)化機組的運行工況，常規(guī)檢修期間將轉(zhuǎn)輪列為重點檢測對象，同時應注意加強另一臺機組的安全分析與檢測工作。