混流式混流式水輪機轉輪裂紋原因分析及預防措施

王大朋

摘要：隨著水電廠的快速發展，人們對水電廠各項設備安全性的重視度越來越高。轉輪是水電廠混流式水輪機的核心部件，其運行的安全性對水電廠的生產運營有著重要的影響。在水電廠混流式水輪機的實際運行過程中，轉輪經常會出現一些問題，例如裂紋、泥沙磨損以及氣蝕等，這些都給水電廠的生產造成了很大的隱患。本文主要先對水電廠混流式水輪機轉輪常見的破壞問題及產生原因進行分析，進而探討相應的維修措施。

關鍵詞：混流式水輪機;裂紋原因;維修措施

引言

隨著我國經濟的不斷發展，資源消耗的速度也在不斷的加快，水電站的發展越來越普及，成為了社會主義建設中不可或缺的重要組成。轉輪是抽水蓄能電站混流式水輪機中的核心部件，在實際的運行過程中，由于機組發電和抽水工況頻繁正轉和反轉，運行工況復雜，混流式水輪機轉輪作為混流式水輪機重要受力結構部件，該區域在機組運行中容易發生裂紋，近些年混流式水輪機轉輪出現多起裂紋問題，使機組被迫停役。轉輪裂紋的出現，不僅為機組的安全穩定運行帶來了極大的威脅，為抽蓄電站的正常經營帶來了經濟損失和社會損失，所以要想確保水電站安全穩定運行，必須通過無損檢測技術對混流式水輪機轉輪定期探傷，及時發現并有效處理轉輪裂紋問題。采取有效的預防控制措施，確保機組運行安全性和穩定性。

水電廠混流式水輪機轉輪常見的破壞問題及產生原因分析

裂紋

裂紋是水電廠混流式水輪機轉輪常見的破壞現象。調查發現，混流式水輪機在運行一定的時間之后，其轉輪都或多或少地會出現一些程度不一的裂紋，其中最容易出現裂紋的地方是轉輪葉片與輪轂之間的過渡區，其次還有焊接縫和母材交接的部位、焊接根部受力最為集中的部位等。裂紋的產生不僅會給混流式水輪機的運行帶來巨大的隱患，而且還會給水電廠造成嚴重的損失。裂紋破壞的出現主要有以下幾方面的原因。

鑄造焊接不足

在轉輪的實際運行過程中，當對設備施加一定的外部力量時，砂眼、鑄造氣孔等的存在會使得轉輪產生裂紋。另外，轉輪葉片在受冷產生縮孔時會出現松動的情況，這種情況與轉輪的上冠及下環的厚度有著重要的關聯。在鑄造混流式水輪機的轉輪時，如果焊接人員沒有嚴格按照焊接工藝的要求進行焊接，或是沒有正確應用焊接工藝，都會使得混流式水輪機轉輪在焊接縫間或是受熱影響區產生裂紋。

工作運行負荷過大或過小

在混流式水輪機轉輪運行過程中，如果轉輪長時間處于一個過大的運行負荷（即超負荷）或是過小的運行負荷（低負荷）狀態下，會導致轉輪葉片受力不均，從而出現裂紋。

受力過于集中

混流式水輪機轉輪的葉片周圍區域是轉輪運行過程中的主要受力區，受到水的壓力和離心力等的作用。轉輪的主要受力區包括葉片出水正面的中部、葉片進水正面靠上冠的部分、葉片出水背面靠近上冠的部分以及葉片和下環的連接區域等。在混流式水輪機轉輪的實際運行過程中，上述區域由于受力問題，如受力過度等而出現裂紋。

水電廠混流式水輪機轉輪裂紋的維修措施

焊接前的準備

在進行焊接維修前，應做好相關的準備工作，主要有以下幾個方面。

標記 相關人員應根據PT探傷接口將需要進行維修的區域標記出來，標記清晰、明顯，尤其是裂紋的端頭。進而根據裂紋的出現部位、大小等確定具體的維修措施。

設置止裂孔，清除裂紋 止裂孔的設置主要是防止裂紋長度及深度的進一步擴大。接下來便是裂紋的清除工作，一般會采取砂輪機打磨和碳弧氣刨兩種方式進行。先用間斷性的碳弧氣刨清除缺陷問題，然后用砂輪機對滲碳層進行打磨，待金屬光澤全部展露之后再進行PT檢測，以確保裂紋已徹底清除。

制作焊接坡口 在裂紋維修的部位應提前制作焊接坡口，從而確保焊接工作的順利、有效開展。焊接坡口的坡度一般在45°左右。在此之前，應確保滲碳層已徹底打磨好。

清理雜質 在焊接維修正式開始前，還需使用丙酮對焊接區域的雜質（如水、油、銹）等進行徹底的清除。

焊接修復

焊前預熱 在焊接前，應對需要焊接區域的相關范圍（一般為150mm）內的母材進預熱，不可使預熱區域驟然升溫，應以均勻的方式，直至其溫度達到110℃。當溫度達到標準溫度時，則焊前預熱完成，接下來便可開始進行焊接修復工作。但要注意的是，在焊接過程中應使得母材的溫度保持在標準溫度的水平;在焊接修復完成后，還須做好保溫措施（2h以上）。

焊接材料 在選擇焊接材料時，應結合轉輪的材料合理進行選擇。選好材料后，在使用前還應對其進行烘干，并將其置于110℃的保溫箱中，以便隨時取用。

焊接方式 旋轉直流點焊機是一種常用的焊接方式，這種方式不僅可以減少焊接過程中的飛濺情況，而且還能保證電弧更加穩定。在操作時，直接將電焊條與電源的正極相連，而將轉輪與負極相連，然后控制好焊層的厚度，一般為3mm以內，以便減少熱裂紋的產生。

焊接過程 在進行焊接時，焊接人員可根據實際情況選擇退步焊以及多道焊等方式，嚴格按照焊接工藝的規范操作進行焊接，從而為焊接提供質量保障。在操作時，焊接人員可采取短弧方式，從而避免出現弧坑。此外，對于穿透性裂紋，不僅要在其正面焊接焊縫，還要在背面進行焊接。應注意的是，焊接人員應在焊接過程中做好焊層焊渣的處理工作，以免影響焊接的質量。

焊接完成 在焊接完成后，應用石棉布鋪在焊接區域，從而使其緩慢冷卻到室溫狀態。冷卻過后，還須對焊縫表面進行打磨，以避免母材過渡區或是焊縫處出現咬邊的情況。最后，還需對焊接部位進行PT檢測，從而確保裂紋已維修好。

結束語

轉輪是水電廠混流式水輪機設備的核心部件，作為能量轉換站，其性能對混流式水輪機的性能有著決定性的影響。由于各方面的原因，混流式水輪機轉輪通常會出現不同程度的破壞，從而對混流式水輪機的運行及水電廠的生產造成嚴重的影響。相關人員應不定期地對混流式水輪機機組進行檢查，及時發現混流式水輪機轉輪存在的問題，并積極采取維修措施。在進行焊接補焊時，應嚴格按照操作規范，采取正確的焊接工藝進行，從而提高焊接質量，確保混流式水輪機的正常、安全運行。

參考文獻

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