青銅峽水電站轉輪葉片汽蝕補焊優化方案

夏文

【摘 要】青銅峽水電站已運行多年的水輪機轉輪葉片及轉輪體上的葉片密封壓板處存在嚴重汽蝕現象，已影響到機組的安全穩定運行，現根據機組的缺陷狀況對轉輪葉片及密封壓板處進行局部抗汽蝕處理。

【關鍵詞】水電站;轉輪葉片;汽蝕;優化方案;

序言

青銅峽水電站位于黃河中下游，寧夏青銅峽峽谷出口處，是一座以灌溉與發電為主，兼有防洪、防凌和工業用水等效益的綜合性水利樞紐工程。1968年第1臺機組發電，1978年8月8臺機組全部投產發電，1993年又興建1臺機組，9臺機組總裝機容量為32.7萬kW，年設計發電量13.5億kW·h。

1.抗汽蝕處理方案

根據青銅峽電站出現水輪機轉輪葉片汽蝕情況，經黃河電檢公司技術人員研究分析，機組在運行過程中，尤其轉輪葉片進出水邊背面及葉片外緣受到的汽蝕最為嚴重，而葉片密封壓板螺孔也受到波及，這些部位的汽蝕多為魚鱗狀。葉片及密封壓板螺栓孔引起的汽蝕導致螺栓受力已不滿足設計要求，已經嚴重影響到了葉片的剛度及運行穩定性。轉輪葉片的材質抗汽蝕性能較差，又因現場多次對汽蝕部位的補焊處理效果不理想，無法解決轉輪體此處的汽蝕問題。為了加強轉輪體葉片及密封壓板處的抗汽蝕性能，修復葉片外形及密封壓板螺栓預緊力達到設計要求，保證葉片的剛度、線型、穩定性，減小現場的檢修工作量提高檢修效率，青銅峽水電站檢修公司對轉輪葉片線型修復補焊方法進行改進，在不改變葉片密封結構的情況下，將轉輪葉片密封受汽蝕部位的材質更換為不銹鋼。不銹鋼套環采用過盈配合保證其裝配的可靠性，不僅增強了轉輪葉片整體的抗汽蝕性能，而且局部改造操作簡單，工期短，能夠滿足目前機組的抗汽蝕需求。

2.技術要求

2.1葉片背面施焊前，用雙面膠將石棉板粘貼在葉片背面汽蝕區域及葉片外緣汽蝕區域周圍，葉片正面鋪設石棉布進行防護，做好非焊接區域涂層的保護措施，防止葉片涂層的人為損傷;

2.2在葉片背面施焊過程中，使用膠皮包扎葉片法蘭面并使用石棉布進行防護，防止焊液飛濺至葉片法蘭面造成損傷;

2.3在葉片背面施焊過程中，采用小電流、分段跳焊的方法進行焊接，防止葉片涂層的損壞;

2.4葉片背面修復后應保證表面光滑，無凹凸現象，表面粗糙度達到Ra3.2要求，平整度用300mm長鋼板尺檢查，局部不接觸點最大間隙不大于1.5mm;

2.5施焊過程中，嚴格執行焊接工藝，嚴格控制焊接質量，合理控制施焊厚度，避免或盡量減少打磨后環面出現氣孔、夾渣等缺陷。

3.技術措施

3.1檢修工作開始前，先要對工作人員進行技術交底，學習施工方案，使工作人員了解施工工藝。

3.2每天焊接作業前，提前對施工的焊條進行加溫烘干后方可進行焊接作業，電焊條烘干溫度控制在250～300℃之間，保溫時間為兩小時;

3.3為減少焊接變形禁止使用大電流，要求焊接電壓為15V，焊接電流嚴格控制在120～150A左右，防止葉片局部產生過熱、造成涂層脫落。

3.4在整個工作過程中，應嚴格執行檢修工藝要求，焊接時設專人對施焊的葉片進行檢測，控制葉片補焊部位正面溫度不超過150攝氏度，局部區域最高溫度不超過200℃，防止葉片發生因焊接部位過熱而造成涂層損傷的現象。

3.5電焊機接地線要嚴格按要求執行，地線不允許掛在葉片法蘭面或有噴涂的地方，應在涂層脫落的地方進行連接，地線必須連接牢固，防止發生打火現象。

4.葉片補焊修復打磨實施

對葉片背面、外緣汽蝕情況檢查、作詳細檢查記錄并做好現有涂層防護;對葉片背面汽蝕區域補焊、修磨;對葉片外緣汽蝕區域進行補焊、修磨、找型。在轉輪葉片修復前應先測量葉片外緣與中環的間隙并做好記錄，根據每一個葉片的實際汽蝕磨損情況，進行補焊、修復;根據實際情況將轉輪葉片放置在便于補焊、打磨的合適場地;補焊工作開工前，按照要求嚴格做好葉片法蘭面的防護工作，防止碰傷或焊滴飛濺至法蘭面造成損傷;補焊工作開工前，用雙面膠將石棉板粘貼在葉片背面汽蝕區域及葉片外緣汽蝕區域周圍，葉片正面鋪設石棉布進行防護，以防止焊滴飛濺，破壞涂層;每天焊接作業前，提前對施工的焊條進行加溫烘干后方可進行焊接作業，電焊條烘干溫度控制在250～300℃之間，保溫時間為兩小時;焊接過程中，手工電弧焊使用Ni4 Φ3.2焊條，焊接電壓15V，焊接電流嚴格控制在120～150A左右，邊測溫，邊進行補焊;施焊過程中，嚴格控制葉片補焊部位正面溫度不超過150攝氏度，局部區域最高溫度不超過200℃。焊接時，設專人進行監測，檢測人員離開現場時不得進行焊接作業，確保焊接工藝和控制焊接溫度在規定范圍內;葉片外緣修補時應注意，以原有涂層為基準，補焊、打磨后的處理面不能高于原涂層基準面;若涂層已脫落，以葉片外緣現有最高點為基準進行補焊、打磨，保證補焊、打磨完的基礎面不高于原有最高點基礎面，確保葉片外緣尺寸與轉輪室間隙在要求范圍內;葉片外緣補焊修復完畢后，葉片外緣補焊、打磨后無明顯的焊接缺陷，表面粗糙度達到 Ra3.2要求; 葉片背面打磨使用砂輪機進行手工鏟磨，先粗磨找平，進行焊接缺陷的處理，之后再次進行鏟磨，然后使用拋光片進行拋光處理，在鏟磨的過程中利用葉片外緣線型模型不斷對其線型進行校正，直至葉片線型符合要求，修復后保證葉片背面光滑，無明顯的焊接缺陷，無明顯凹凸現象，表面粗糙度達到Ra3.2要求，平整度用300mm長鋼板尺檢查，局部不接觸點最大間隙不大于1.5mm。

5.葉片壓板密封抗汽蝕處理

在機組檢修時，將轉輪解體并清理;測量原轉輪體葉片密封處的相關數據;轉輪體葉片進出水邊凸肩處間隙氣蝕清理、補焊、打磨;轉輪體外協找正并加工，記錄最終加工數據;根據實測加工數據，配加工不銹鋼套環;凍裝不銹鋼套環，并焊接;精鏜不銹鋼套環內徑尺寸，保證葉片密封的可靠性。

結束語

通過對青銅峽轉輪葉片及葉片密封壓板局部汽蝕的優化處理，不僅大大提高了轉輪葉片的剛度、運行穩定性，而且大大增加了轉輪葉片的檢修周期，從根本上提高了生產效率，節省的生產成本，確保了企業的安全穩定運行。

參考文獻：

[1]吳利國. 軸流轉槳式水輪機轉輪磨蝕分析[D].南昌工程學院，2017.

[2]林美香.山美電站3～#水輪機轉輪汽蝕原因分析及改造[J].水利科技，2016（02）：47-48+64.

（作者單位：國家電投黃河電力檢修工程有限公司）