水輪發(fā)電機(jī)組相振的原因分析及處理

蔡道錦

摘 要：某新建電站新機(jī)投運(yùn)后，機(jī)組轉(zhuǎn)輪反復(fù)出現(xiàn)裂紋，經(jīng)廠家現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)后，運(yùn)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(chǎng)修復(fù)工藝后，機(jī)組產(chǎn)生裂紋的概率大大降低，達(dá)到了安全運(yùn)行的要求，成功解決了轉(zhuǎn)輪反復(fù)出現(xiàn)裂紋的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)輪；裂紋；現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)

1 設(shè)備概況

某水電站安裝有3臺(tái)HL（F713）-LJ-140型水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量3×16.5MW，豎軸懸式，額定轉(zhuǎn)速500r/分鐘，額定水頭118m。機(jī)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(wèn)題

某電站建成后，在機(jī)組投運(yùn)7個(gè)月后，枯水期進(jìn)行流道檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)1G機(jī)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(chǎng)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(zhǎng)度分別約為5cm、12cm、15cm。發(fā)現(xiàn)2G機(jī)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(chǎng)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(zhǎng)度分別約為10cm、12cm、11cm；兩個(gè)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(gè)缺口均與半個(gè)紐扣大小相近。請(qǐng)廠家技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)后，運(yùn)行3個(gè)月再次檢查，原修復(fù)的位置再次出現(xiàn)裂紋。無(wú)法滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

3 分析及處理

通過(guò)流道檢查，轉(zhuǎn)輪葉片表面光滑，不存在汽蝕現(xiàn)象。通過(guò)運(yùn)行參數(shù)分析，機(jī)組的振動(dòng)擺度均在正常范圍，振動(dòng)不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)輪運(yùn)行產(chǎn)生裂紋。雖然機(jī)組在枯水期時(shí)，存在運(yùn)行負(fù)荷在40%以下的工況，但相同機(jī)型的3G機(jī)組轉(zhuǎn)輪在相同的條件下沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)轉(zhuǎn)輪裂紋。由于水輪機(jī)在運(yùn)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(guò)第三強(qiáng)度理論可以計(jì)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(gè)比較高的應(yīng)力區(qū)，他們的位置在葉片進(jìn)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(guò)大，易產(chǎn)生裂紋。從現(xiàn)場(chǎng)檢查的情況看，兩臺(tái)機(jī)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(chǎng)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(wèn)題的關(guān)鍵。現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)存在一些限制，主要是轉(zhuǎn)輪室太潮濕，焊接時(shí)，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(jī)組大修一次，得重新盤車，做試驗(yàn)，成本太高，且工期太長(zhǎng)。從經(jīng)濟(jì)高效節(jié)約成本的原則考慮，最終選擇在轉(zhuǎn)輪室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)。為保證修復(fù)工藝，嚴(yán)格控制維修質(zhì)量，組合前面廠家的修復(fù)方案，重新對(duì)修復(fù)工藝進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整：

（1）做好通風(fēng)措施，打開(kāi)蝸殼進(jìn)人門，打開(kāi)活動(dòng)導(dǎo)葉，首先對(duì)轉(zhuǎn)輪室進(jìn)行通風(fēng)，排除轉(zhuǎn)輪室濕氣。

（2）先對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行著色探傷，確認(rèn)其他葉片是否存在隱形裂紋和超標(biāo)缺陷。

（3）對(duì)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(kāi)，預(yù)制坡口。

（5）用角磨機(jī)將刨開(kāi)的裂紋進(jìn)行打磨光滑。

（6）焊接區(qū)域進(jìn)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(shí)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(shuō)明進(jìn)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(jìn)行敲擊，以釋放焊接應(yīng)力。

（8）焊后用氧氣乙烯火焰對(duì)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(jìn)行保溫10小時(shí)后冷卻至室溫。

（10）熱處理后鏟磨焊縫，按葉片原形進(jìn)行打磨補(bǔ)焊區(qū)域。

（11）重新對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)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(jìn)行返修。

按照優(yōu)化后的方案對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)后，通過(guò)機(jī)組10個(gè)月的運(yùn)行后再次檢查，原修復(fù)過(guò)的三葉轉(zhuǎn)輪葉片，只有一只葉片出現(xiàn)了2cm長(zhǎng)的裂紋。比按原來(lái)的修復(fù)工藝修復(fù)的葉片，運(yùn)行3個(gè)月后就會(huì)出現(xiàn)10～15cm的裂紋效果有很大的提高。完全滿足機(jī)組安全渡汛的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋的問(wèn)題影響著水輪機(jī)的正常工作，近年來(lái)水輪機(jī)裂紋事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅了水電廠的正常安全運(yùn)動(dòng)，有必要對(duì)裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行探究，采用合理、科學(xué)的手段進(jìn)行調(diào)控，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)處理解決，保證機(jī)組安全的工作運(yùn)行。以上分析和處理方法，可供同類機(jī)組處理此類問(wèn)題進(jìn)行借簽和參考。

參考文獻(xiàn)

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[2]史功赫，韓文達(dá)，劉鐵軍，等.淺談水輪機(jī)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(kāi)發(fā)有限公司）