水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋成因分析及處理

許國(guó)榮 余龍 袁正浩

摘要：水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋的出現(xiàn)，會(huì)影響水泵水輪機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，因此有必要結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，分析水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋發(fā)生的成因，進(jìn)一步采取有效處理措施。本課題便重點(diǎn)圍繞“水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋成因及處理”進(jìn)行分析研究，以期提高水泵水輪機(jī)的綜合運(yùn)行效益。

關(guān)鍵詞：水泵水輪機(jī)；轉(zhuǎn)輪裂紋；成因；處理措施

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展的背景下，我國(guó)水電站建設(shè)工程事業(yè)發(fā)展迅速。值得注意的是，水泵水輪機(jī)是水電站應(yīng)用廣泛的一種機(jī)械設(shè)備。為了提高水泵水輪機(jī)運(yùn)行的效率，便需確保其運(yùn)行期間不會(huì)出現(xiàn)故障。但是，從水泵水輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看，易出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪裂紋，從而影響運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性。鑒于此，本課題圍繞“水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋成因及處理措施”進(jìn)行分析研究具備一定的價(jià)值意義。

1.水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋成因分析

水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋的發(fā)生，究其原因體現(xiàn)在多個(gè)方面，結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以下三大成因：

（1）設(shè)計(jì)成因?；谘b置靜吸入高度條件下，電站的水泵工況處在空泡環(huán)境下運(yùn)行，從而加大了空化破壞的發(fā)生幾率。值得注意的是，如果未能在設(shè)計(jì)前確保材質(zhì)及轉(zhuǎn)輪工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量，則容易導(dǎo)致水泵水輪機(jī)出現(xiàn)裂紋。

（2）制造成因。水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行堆焊層增設(shè)過(guò)程中，焊材、母材 融合面、轉(zhuǎn)輪葉片和下環(huán)角焊縫內(nèi)，可能有焊接缺陷存在，使角焊縫的承載力降低，進(jìn)而易誘發(fā)轉(zhuǎn)輪裂紋。

（3）運(yùn)行成因。處于水泵工況條件下，機(jī)組大流量運(yùn)行，在受到空泡狀態(tài)影響，也就是轉(zhuǎn)輪水泵工況的進(jìn)口邊正壓面受到高頻動(dòng)載荷的頻率影響，會(huì)使材料出現(xiàn)疲勞狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)空蝕現(xiàn)象；此外，如果堆焊層和母材基于焊接期間熔合質(zhì)量差，基于高頻動(dòng)載荷條件下也會(huì)出現(xiàn)疲勞狀態(tài)。上述情況，均會(huì)加大轉(zhuǎn)輪裂紋發(fā)生的幾率。

2.水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋處理措施探究

如前所述，水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋發(fā)生的成因較多，因此有必要對(duì)轉(zhuǎn)輪裂紋進(jìn)行合理、科學(xué)的處理。根據(jù)實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，本人認(rèn)為其處理過(guò)程需遵循“合理選擇焊接材料→嚴(yán)格監(jiān)測(cè)裂紋→完全清除裂紋→加強(qiáng)補(bǔ)焊處理”的原則，從而確保轉(zhuǎn)輪裂紋得到全面處理，進(jìn)而提高水泵水輪機(jī)運(yùn)行的質(zhì)量及安全性。下面對(duì)其處理要點(diǎn)進(jìn)行分析：

（1）基于轉(zhuǎn)輪裂紋處理前期，需嚴(yán)格檢查轉(zhuǎn)輪整體情況，可選擇100%PT聯(lián)合100%UT的檢查方法，然后針對(duì)裂紋的部位及性質(zhì)做好詳細(xì)標(biāo)記。

（2）針對(duì)堆焊面和裂紋顯著位置，采取分段與分片鏟磨處理措施，進(jìn)一步進(jìn)行補(bǔ)焊及修形處理；同時(shí)，需確保一次修復(fù)面積≤300平方厘米；在鏟磨處理之后，然后對(duì)其他裂紋部位進(jìn)行修復(fù)處理。

（3）嚴(yán)格按照焊接相關(guān)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接處理，同時(shí)在處理過(guò)程中根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙加以執(zhí)行；基于氣刨清理裂紋之前，基于焊接處理之前，有必要針對(duì)裂紋缺陷部位采取預(yù)熱處理措施，倘若處理過(guò)程中暫停施焊，需確保焊接部位溫度維持在100℃到150℃范圍內(nèi)。

（4）基于補(bǔ)焊處理期間，需實(shí)時(shí)監(jiān)控焊接部位的溫度，確保焊接部位溫度能夠維持在100℃到230℃范圍內(nèi)。

（5）焊接之后，針對(duì)焊接部位采取150℃保溫處理，在保溫處理4小時(shí)之后，再進(jìn)行熱處理，然后在1天之后采取100%PT聯(lián)合100%UT檢查。

（6）結(jié)合裂紋的大小程度，在裂紋鏟磨蘋果醋中，合理選擇方法：一方面，如果裂紋偏小，可使用磨削處理方法，針對(duì)雷文進(jìn)行磨削處理之后，使比較規(guī)則的坡口有效形成，這樣能夠使焊接的質(zhì)量得到有效保障。另一方面，如果裂紋偏大，則可使用碳弧氣刨處理方法，特別是裂紋在很深的情況下，需實(shí)施多次吹割處理措施。此外，在氣刨處理之后，有必要辭去砂輪做好相對(duì)應(yīng)的磨削處理工作；考慮到過(guò)熱誘發(fā)變形及裂紋加深等問(wèn)題的出現(xiàn)，需確保碳弧氣刨間斷應(yīng)用。

（7）在裂紋鏟磨之前，需針對(duì)鏟磨部位采取預(yù)熱處理措施，將預(yù)熱溫度控制在≥100℃，同時(shí)通過(guò)電加熱片兩面加熱的方法做好預(yù)熱處理，如果裂紋面積偏小，在加熱處理過(guò)程中可采取加熱炬；基于溫度符合標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下，將待處理面的加熱片去除，使背面加熱片保留；在裂紋完全處理之后，通過(guò)100%PT進(jìn)行驗(yàn)證，以此使裂紋處理的質(zhì)量得到全面提升。

（8）在裂紋處理之后，需進(jìn)行補(bǔ)焊處理，可使用GMAW方法，并通過(guò)多層多道焊接工藝，使每一層接頭間錯(cuò)開(kāi)15mm到30mm范圍內(nèi)；然后通過(guò)目視的方法在每焊一道過(guò)程中檢查一次，倘若存在缺陷需及時(shí)進(jìn)行清除及修補(bǔ)，進(jìn)一步進(jìn)行檢查，避免后續(xù)處理存在缺陷；值得注意的是，每層焊接的厚度需維持在大約2mm，同時(shí)將焊道寬度維持在10mm范圍內(nèi)；此外，在補(bǔ)焊之后，需采取后熱處理措施，并采取砂輪修磨補(bǔ)焊面，確保其光滑度符合轉(zhuǎn)輪標(biāo)準(zhǔn)光滑度。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋成因較多，包括：設(shè)計(jì)成因、制造成因以及運(yùn)行成因等。因此，需確保設(shè)計(jì)的優(yōu)化、制造的質(zhì)量及運(yùn)行的穩(wěn)定性。進(jìn)一步針對(duì)水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋采取有針對(duì)性的處理措施，遵循上述提到的“合理選擇焊接材料→嚴(yán)格監(jiān)測(cè)裂紋→完全清除裂紋→加強(qiáng)補(bǔ)焊處理”的裂紋處理原則及流程。此外，根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)裂紋主要表現(xiàn)為貫穿性裂紋與非貫穿性裂紋兩種，需采取相對(duì)應(yīng)的處理措施，并在焊后處理進(jìn)行打磨與探傷處理，利用100%PT聯(lián)合100%UT方法進(jìn)行檢查，從而確保裂紋處理的質(zhì)量，進(jìn)一步提高水泵水輪機(jī)運(yùn)行的可靠性及安全性。

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作者簡(jiǎn)介：許國(guó)榮（1997—）男，漢族，四川省涼山州，本科，研究方向：能源與動(dòng)力工程。

余龍（1997—）男，彝族，四川省涼山州，本科，研究方向：能源與動(dòng)力工程

袁正浩（1996—）男，漢族，四川省成都市，本科，研究方向：能源與動(dòng)力工程

（作者單位：西華大學(xué)）