水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪滲透探傷的應(yīng)用研究

江東平

摘 要：水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪質(zhì)量的好壞關(guān)乎水電站機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，對水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行滲透探傷檢測能有效檢測水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪質(zhì)量狀況。本文針對水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪滲透探傷的應(yīng)用進(jìn)行研究。首先詳細(xì)介紹了水輪機(jī)結(jié)構(gòu)，滲透探傷器材選擇及標(biāo)準(zhǔn)，滲透探傷工藝操作步驟。然后將經(jīng)過多臺轉(zhuǎn)輪的在役檢測，得到滲透探傷檢測結(jié)果。通過將得到的滲透探傷結(jié)果與相應(yīng)實(shí)例驗(yàn)證水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪滲透探傷的必要性。及時(shí)對水輪機(jī)進(jìn)行滲透探傷檢查將有助于水電站機(jī)組正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：水電站;水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪;滲透探傷

中圖分類號：TG115.28 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）14-0097-03

0 引言

水電站水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪猶如水輪機(jī)的心臟，其質(zhì)量好壞對機(jī)組的運(yùn)行影響很大[1]。當(dāng)機(jī)組進(jìn)水口的閘門開啟具有高度落差的水形成的重力勢能，推動轉(zhuǎn)輪葉片的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的速度達(dá)到負(fù)荷高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，會產(chǎn)生巨大的離心力，轉(zhuǎn)輪葉片局部位置會產(chǎn)生真空狀態(tài)、長久形成氣蝕。加之機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩力和沖水帶入硬物的沖擊，往往會對轉(zhuǎn)輪的葉片、或葉片與上冠、葉片與下環(huán)的連接部產(chǎn)生應(yīng)力釋放或撞擊力損傷。為了保持機(jī)組正常運(yùn)行處于良好狀態(tài)，電站在機(jī)組停運(yùn)檢修期，對轉(zhuǎn)輪要求作探傷檢查。目前存在的探傷檢查方法有超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷等。魏同鋒等[2]以彭水電站混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪為研究對象介紹了焊縫的超聲波探傷方法。鄧偉勇等[3]以三峽左岸水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪為研究對象并結(jié)合其焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從無損檢刻專業(yè)技術(shù)角度解析了超聲波對轉(zhuǎn)輪質(zhì)量控制的必要性、合理性及可操作性。宋艷忠[4]介紹大型水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的滲透探傷方法和工作中的注意事項(xiàng)、探傷的時(shí)機(jī)、缺陷的種類及處理方法。殷莉影等[5]根據(jù)多臺轉(zhuǎn)輪探傷的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹了大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上冠堆焊層的滲透探傷。本文根據(jù)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪材料特性和工件旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)及懸空作業(yè)狀態(tài)，選取適合檢測的方法—滲透探傷進(jìn)行研究。

1 水輪機(jī)結(jié)構(gòu)

水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)一般由一個(gè)上冠、15（或13）個(gè)葉片、和一個(gè)下環(huán)組成。均為鑄鋼件，材質(zhì)為;ZG06Cr13 Ni4MO。轉(zhuǎn)輪直徑10.6米、高度5米、總重量為450噸。由于體積龐大、檢修時(shí)一般不會拆卸，在原有狀態(tài)干燥情況下，進(jìn)行檢測。被檢部位的表面粗糙度，過流面Ra值不大于3.2μm，其它部位Ra值不大于6.3μm，表面狀態(tài)非常光滑。

2 滲透探傷器材選擇及標(biāo)準(zhǔn)

滲透探傷方法操作簡單、成本較低，檢測靈敏度能得到保證。且操作時(shí)（空間）具有較大的靈活性。而進(jìn)行滲透探傷時(shí)，其器材的選擇關(guān)乎其檢測質(zhì)量，具體選擇方法如下：

（1）選用美柯達(dá)DPT—5型系列滲透探傷劑;

（2）鍍鉻試塊（B型）;

（3）5倍放大鏡;

（4）檢測場所照明燈具;

（5）裂紋測深儀;

（6）記錄用數(shù)碼照相機(jī)。

轉(zhuǎn)輪的滲透探傷標(biāo)準(zhǔn)要求在15℃～50℃范圍內(nèi)進(jìn)行，由于環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，工件的溫度達(dá)不到15℃，這時(shí)必須用試塊做對比實(shí)驗(yàn)，確定滲透探傷過程中的滲透時(shí)間和顯像時(shí)間。由于轉(zhuǎn)輪處于發(fā)電廠房的底層，環(huán)境溫度較為均衡、一般在20℃左右，能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

滲透探傷的評定標(biāo)準(zhǔn)：焊縫的評定標(biāo)準(zhǔn)為ASME標(biāo)準(zhǔn)第八卷附錄八;上冠、葉片、下環(huán)的本體評定標(biāo)準(zhǔn)CCH70—3《水力機(jī)械鑄鋼件檢驗(yàn)規(guī)范》中PT70—3《著色探傷技術(shù)條件》，驗(yàn)收等級為2級合格。

3 滲透探傷工藝操作步驟

（1）表面準(zhǔn)備：清理掉落在工作面上的雜物、附著污物、及灰塵;

（2）預(yù)清洗：從上往下的順序、用清洗劑噴涂，清洗后，檢測面上殘留的溶劑必須干燥，且保證施加滲透劑時(shí)不被污染;

（3）施加滲透劑：采用噴涂方法、從上冠—焊縫—葉片、葉片—焊縫—下環(huán)的順序、進(jìn)行噴涂。并保持滲透濕潤狀態(tài)10-15min;

（4）去除多余的滲透劑：用干燥、潔凈不脫毛的布依次擦拭，直到大部分多余滲透劑被去除后，再用蘸有清洗劑的干凈不脫毛的布或紙進(jìn)行擦拭，直至被檢測面上多余的滲透劑全部擦凈;

（5）干燥處理：自然干燥5～10min;

（6）施加顯像劑：使用噴涂方法、噴涂前顯像劑要充分搖勻，噴涂時(shí)噴嘴離被檢測面距離為300mm左右，噴涂方向與被檢測面夾角為30-40度，顯像劑噴施要薄而均勻;

（7）顯示痕跡的觀察：檢測區(qū)域要有很好的照明，最小光強(qiáng)度不得低于500lx，施加顯像劑7min后開始觀察顯示痕跡的變化，和對缺陷的評定;

（8）對顯示痕跡進(jìn)行測量、標(biāo)注、照像記錄;

（9）后處理：為了防止腐蝕被檢測工件表面、應(yīng)及時(shí)清除顯像劑。以及探傷后遺留的殘物廢料，做到工完場清。

4 滲透探傷檢測結(jié)果及相應(yīng)實(shí)例

經(jīng)過多臺轉(zhuǎn)輪的在役檢測，所發(fā)現(xiàn)的主要缺陷痕跡顯示檢測結(jié)果如下：

（1）氣蝕缺陷痕跡顯示：發(fā)生在葉片出水邊與下環(huán)的結(jié)合處產(chǎn)生氣蝕凹陷，面積一般10×15mm左右、深2～3mm左右者居多，其它面積大者占比較少，形態(tài)無規(guī)則，如圖1和圖2所示;

（2）撞擊凹坑缺陷痕跡顯示：發(fā)生在葉片與下環(huán)的結(jié)合部凹坑大小形狀規(guī)則不一，如圖3和圖4所示;

（3）條狀缺陷痕跡顯示：多發(fā)生在葉片與上冠及葉片與下環(huán)焊道上及熔合區(qū)、長度10～15mm左右，深1～2mm左右者居多，其它條狀大者占比較少，且形狀各異，如圖5和圖6所示;

（4）裂紋缺陷痕跡顯示：發(fā)生在葉片與下環(huán)連接焊縫出水邊端角處，裂紋長短不等，淺者5～8mm，深者本體兩面裂紋貫穿，如圖7和圖8所示;

（5）葉片銹蝕缺陷痕跡顯示：多發(fā)生在葉片本體表面，有的呈群狀，有的面積較大，如圖9所示。

5 結(jié)語

根據(jù)多臺轉(zhuǎn)輪探傷的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文通過介紹水輪機(jī)結(jié)構(gòu)，滲透探傷器材選擇及標(biāo)準(zhǔn)，滲透探傷工藝操作步驟，以及經(jīng)過多臺轉(zhuǎn)輪的在役檢測，發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的多種缺陷都需要及時(shí)地進(jìn)行打磨或返修補(bǔ)焊處理，并再次按原滲透探傷工藝進(jìn)行復(fù)檢，從而使得所得結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。綜上所述，在水輪機(jī)運(yùn)行過程中需要及時(shí)對水輪機(jī)進(jìn)行滲透探傷檢查，才能保持機(jī)組正常運(yùn)行處于良好狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1] 何自勇，鄧偉勇.水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪焊縫超聲波探傷工藝研究[J].東方電機(jī)，2010，38（03）：37-40.

[2] 魏同鋒，孟慶源.彭水電站混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪焊縫的超聲波探傷[J].無損探傷，2010，34（04）：43-45.

[3] 鄧偉勇，吳天茂，王麟.三峽轉(zhuǎn)輪焊接過程熱態(tài)超聲波探傷及表面質(zhì)量控制[J].東方電機(jī)，2007（03）：10-13.

[4] 宋艷忠.大型水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的滲透探傷[J].無損探傷，2010，34（02）：29-30+34.

[5] 殷莉影，徐力，宋艷忠.大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上冠堆焊層的滲透探傷[J].焊接，2005（04）：39.