混流式水輪機(jī)組蝸殼滲水原因分析與檢修處理

譚 誠(chéng)

（國(guó)網(wǎng)綠源水力發(fā)電公司檢修公司，遼寧 丹東 118000）

0 引言

某水電站機(jī)組于20 世紀(jì)80 年代末期投產(chǎn)發(fā)電，為一洞雙機(jī)式電站，引水隧洞全長(zhǎng)1 592 m，裝有兩臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)型號(hào)為HL200-LJ-380，設(shè)計(jì)水頭70 m，最大水頭93.3 m，最小水頭62 m，正常尾水位30.29 m，單機(jī)容量為75 MW，運(yùn)行至今接近30 年。近年某一天發(fā)現(xiàn)1 號(hào)機(jī)組在備用中水輪機(jī)層機(jī)墩外圍分段關(guān)閉裝置附近出現(xiàn)輕微滲水，之后滲水范圍沿順時(shí)針方向擴(kuò)散到水車室門右側(cè)，并沿機(jī)墩外圓逐漸擴(kuò)大滲水范圍，約占整個(gè)機(jī)墩?qǐng)A周的80%。通過觀察，機(jī)組運(yùn)行中此種現(xiàn)象發(fā)生不明顯，甚至消失，機(jī)組停機(jī)備用后現(xiàn)象反復(fù)。由于機(jī)組存在很多混凝土預(yù)埋管路，無法直觀檢查滲漏點(diǎn)，給原因查找?guī)砗艽罄щy。

1 原因檢查及分析判斷

機(jī)組機(jī)墩墻體滲水產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，查找起來也相對(duì)比較困難，特別是運(yùn)行年代久遠(yuǎn)的老舊機(jī)組，其預(yù)埋管路因長(zhǎng)期受潮、水腐蝕等原因形成砂眼，在其它外部因素的作用下受損而造成滲漏，滲漏水通過混凝土震動(dòng)裂紋形成的空隙擴(kuò)散反應(yīng)，或從蝸殼焊接處裂縫通過已破壞的彈性層密封結(jié)構(gòu)滲漏流出擴(kuò)散。本文結(jié)合該電站缺陷實(shí)際的發(fā)生情況，綜合機(jī)組運(yùn)行、廠房滲漏情況等各種因素分析，認(rèn)為該電站出現(xiàn)滲水的主要原因有以下幾個(gè)方面：一是機(jī)組壓力鋼管段技術(shù)供水取水系統(tǒng)中間段有漏點(diǎn)造成滲水，從混凝土縫隙中反滲反應(yīng)；二是機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行造成混凝土基礎(chǔ)松動(dòng)，裂紋破壞彈性層原止漏結(jié)構(gòu)，雨季降雨滲水反應(yīng)或機(jī)組尾水位高于水輪機(jī)層由尾水反充水造成；三是蝸殼分瓣焊縫、蝸殼與座環(huán)連接焊縫、技術(shù)供水蝸殼取水管焊縫等部位有裂紋，蝸殼內(nèi)的水從混凝土縫隙中反滲反應(yīng)導(dǎo)致積水產(chǎn)生；四是蝸殼測(cè)壓管管路中間破裂滲水從混凝土縫隙中反滲反應(yīng)。為盡快查明缺陷原因，消除設(shè)備存在的隱患，進(jìn)行了如下分析判斷。

1.1 機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)滲水分析及判斷

故障分析本著由簡(jiǎn)到難的順序，首先從技術(shù)供水系統(tǒng)檢查試驗(yàn)開始。由于該電站設(shè)置結(jié)構(gòu)上有調(diào)壓井和快速門，可通過關(guān)閉快速門的方式切斷蝸殼來水。試驗(yàn)時(shí)將該機(jī)組快速門關(guān)閉，切斷機(jī)組來水源，然后排空壓力鋼管內(nèi)存水，同時(shí)關(guān)閉其它技術(shù)供水取排水閥門，采用排空壓力鋼管段存水和切斷技術(shù)供水等方式，通過反復(fù)觀察發(fā)現(xiàn)機(jī)墩外側(cè)滲水全部消失。在此期間，單獨(dú)投入機(jī)組技術(shù)供水，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間觀察也未發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象，初步判斷技術(shù)供水系統(tǒng)預(yù)埋管路中間無漏點(diǎn)。

1.2 雨季滲水或機(jī)組尾水反充水分析及判斷

由于懷疑混凝土間隙裂紋造成止漏結(jié)構(gòu)破壞，并隨著廠房外墻防水破壞導(dǎo)致降雨滲漏到廠房混凝土中反滲水引起機(jī)墩出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，在降雨期間，曾密切監(jiān)視機(jī)墩外圍滲水變化情況，通過幾次大量降雨觀察，機(jī)墩外圍滲水無明顯變化。另外查找并對(duì)照?qǐng)D紙、規(guī)程及現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，水輪機(jī)層地面高程為31.4 m，高于正常尾水位30.29 m，不存在尾水反充水現(xiàn)象，故此判斷此滲水與廠房外降雨反滲水和機(jī)組尾水反充水無關(guān)。

1.3 機(jī)組蝸殼連接焊縫檢查分析及判斷

金屬蝸殼是反擊式水輪機(jī)引水部件的重要構(gòu)件。由于金屬蝸殼是分瓣焊接，并與座環(huán)焊接一起，同時(shí)機(jī)組技術(shù)供水蝸殼取水、蝸殼測(cè)壓管取水等構(gòu)件都與蝸殼之間存在焊縫，如焊接工藝水平不高引起堆渣、砂眼或氣蝕破壞等原因都可能引起焊縫裂縫造成滲水，并從混凝土縫隙中反滲產(chǎn)生滲水反應(yīng)，為此對(duì)蝸殼焊縫采取了反滲透檢測(cè)、著色探傷檢測(cè)和超聲波探傷檢測(cè)等方式，檢查所有焊縫是否存在滲漏點(diǎn)。

采取的作法是：利用機(jī)組B 級(jí)檢修期間，首先排空蝸殼內(nèi)部積水，待蝸殼干燥后，在機(jī)組機(jī)墩外圍選擇滲水嚴(yán)重的3 個(gè)部位，用防火泥圍起約100 mm高水槽，在水槽內(nèi)加入帶顏色的水，觀察蝸殼內(nèi)部是否有反滲透的水漬顏色來確定漏水點(diǎn)位置；其次在蝸殼起始段至活動(dòng)導(dǎo)葉之前段各連接部位焊縫、座環(huán)與蝸殼連接部位焊縫進(jìn)行PT 著色探傷，檢查是否有裂紋；第三對(duì)蝸殼所有連接焊縫以及蝸殼和座環(huán)連接部位焊縫進(jìn)行100%全面探傷檢測(cè)。通過以上檢測(cè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有2 根蝸殼測(cè)壓管蝸殼連接側(cè)有水漬顏色，其他探傷檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)問題，判斷機(jī)組蝸殼連接焊縫無滲漏點(diǎn)。

1.4 機(jī)組蝸殼測(cè)壓管打壓分析及判斷

通過反滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)蝸殼測(cè)壓管有水漬顏色，初步判斷測(cè)壓管中間銹蝕嚴(yán)重出現(xiàn)滲漏，并從混凝土縫隙中反滲滲水。為此，對(duì)蝸殼全部測(cè)壓管進(jìn)行打壓試驗(yàn)，進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證。先將蝸殼測(cè)壓管蝸殼取水側(cè)3 根測(cè)壓管頭用鋼板焊接封堵，在測(cè)壓管另一側(cè)打壓0.2 MPa 保持20 min，觀測(cè)壓力表發(fā)現(xiàn)有2根測(cè)壓管壓力保持不住，1 根測(cè)壓管正常，故此判斷2 根測(cè)壓管存在漏點(diǎn)，由此可以判斷出機(jī)組機(jī)墩滲水產(chǎn)生的源頭因素，滲水原因查明。

另一根測(cè)壓管檢測(cè)雖然未發(fā)現(xiàn)問題，考慮到機(jī)組運(yùn)行年代較長(zhǎng)，該管路也不同程度存在腐蝕現(xiàn)象，且隨著機(jī)組投運(yùn)時(shí)間的增長(zhǎng)，終究也將會(huì)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，為避免此類現(xiàn)象再次發(fā)生，決定將原有的3 根蝸殼測(cè)壓管路全部棄之不用，重新考慮規(guī)劃蝸殼測(cè)壓管的路徑問題。

2 檢修處理方案

由于蝸殼測(cè)壓管的特殊作用：一是在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)測(cè)量蝸殼進(jìn)口壓力，檢測(cè)壓力鋼管末端的實(shí)際水頭值；二是在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)測(cè)量蝸殼進(jìn)口處水錘壓力上升值及其變化規(guī)律；三是在做機(jī)組效率試驗(yàn)時(shí)測(cè)量蝸殼進(jìn)口水輪機(jī)上的壓力水頭值；四是在進(jìn)行機(jī)組過渡過程的研究試驗(yàn)中，蝸殼進(jìn)口壓力相當(dāng)于導(dǎo)葉前的壓力，用其和導(dǎo)葉后測(cè)點(diǎn)的壓力相比較，可用來確定導(dǎo)葉在一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律下的水力損失情況，所以必須恢復(fù)蝸殼測(cè)壓管。原蝸殼測(cè)壓管路部分管件預(yù)埋在混凝土中，現(xiàn)已無法更換處理，只能研究采用敷設(shè)明管的方式重新接取新的測(cè)量管路路徑。

2.1 設(shè)計(jì)思路

鑒于測(cè)壓管的特殊作用，為保證機(jī)組試驗(yàn)監(jiān)測(cè)功能滿足設(shè)備運(yùn)行需要，經(jīng)與某設(shè)計(jì)院溝通并進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用在蝸殼內(nèi)部用一根測(cè)壓管路代替三個(gè)測(cè)點(diǎn)的方式進(jìn)行檢修處理。

首先將原測(cè)壓管路蝸殼側(cè)腰部和頂部3 根測(cè)壓管用6 mm 厚鋼板焊接封堵，做無損探傷檢測(cè)無問題，確保焊接后無滲漏。然后按照新設(shè)計(jì)的測(cè)壓管路圖紙進(jìn)行安裝敷設(shè)。測(cè)壓管路由測(cè)嘴復(fù)合件、測(cè)壓管、測(cè)壓座、閥門、壓力表計(jì)等部件組成。

測(cè)嘴復(fù)合件共設(shè)計(jì)安裝兩套，由測(cè)嘴流線板、測(cè)嘴、旋塞、測(cè)壓管頭等部件組成。其中一套安裝于蝸殼水平中間線距離原測(cè)嘴300 mm 處，管路沿著蝸殼內(nèi)壁焊接向上至蝸殼頂部；另一套安裝于蝸殼頂部距離原中間測(cè)嘴300 mm 處，兩套測(cè)嘴的管路沿著蝸殼頂部焊接至蝸殼人孔門上部中間位置。在安裝測(cè)嘴復(fù)合件時(shí)，應(yīng)將測(cè)嘴復(fù)合件高度增加，在測(cè)點(diǎn)入水口處增加可拆卸旋塞，當(dāng)水中的臟物堵塞測(cè)壓孔時(shí)，可拆除旋塞進(jìn)行處理。

為了提高管路的安全性，測(cè)壓管的尺寸應(yīng)用為Φ15×2.5 無縫不銹鋼管06Cr19Ni10 材質(zhì)，其它配套部件按照該管路尺寸加工；為增強(qiáng)測(cè)壓管的補(bǔ)強(qiáng)效果，在測(cè)壓管路出蝸殼處設(shè)置測(cè)壓座，焊接在蝸殼上，便于管路連接的同時(shí)，起到補(bǔ)強(qiáng)的作用。在測(cè)壓座后安裝一臺(tái)DN50 球閥，并接壓力表計(jì)；為避免增加的管路機(jī)器流線板的脫落對(duì)過流部件可能產(chǎn)生不良影響，采取測(cè)壓管設(shè)置焊接式夾管、加厚測(cè)嘴流線板方式對(duì)測(cè)壓管路進(jìn)行整體加固，材料為6 mm鋼板。

2.2 施工流程

將原測(cè)壓管從蝸殼內(nèi)側(cè)封堵，堵板必須打坡口，鋼板厚度不低于蝸殼厚度，焊接完成后磨平，與蝸殼保持同一線型，并進(jìn)行無損檢測(cè)。在上述3 個(gè)測(cè)點(diǎn)所處的同一斷面上，蝸殼內(nèi)側(cè)下半部中點(diǎn)取一測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置焊接壓力測(cè)嘴（圖1）和流線型盒（圖2），測(cè)嘴焊在流線型盒內(nèi)，通過管路(Φ15 不銹鋼鋼管)沿蝸殼內(nèi)壁引出至人口門附近，管路根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況應(yīng)設(shè)置一定的坡度，以利于排氣，并穿出鋼管。管道內(nèi)鋪設(shè)的引壓測(cè)管通過焊接固定于管壁。穿出的鋼管處內(nèi)外壁側(cè)用水焊焊牢，以防漏水，引出鋼管外側(cè)的測(cè)壓管連接不銹鋼閥門，閥門的螺紋應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)壓力表的螺紋，布置方式見圖3。

圖1 測(cè)嘴結(jié)構(gòu)三視圖

圖2 測(cè)嘴流線板加工示意圖

圖3 測(cè)壓管引出方式布置圖

由上所述，該電站蝸殼內(nèi)重新設(shè)計(jì)安裝的測(cè)壓管滿足監(jiān)測(cè)試驗(yàn)要求，將機(jī)組原測(cè)壓管全部封堵棄之不用，也解決了機(jī)組測(cè)壓管路滲漏缺陷給機(jī)組帶來的危害。施工過程中，由于在金屬蝸殼內(nèi)作業(yè)，腳手架搭設(shè)應(yīng)考慮蝸殼內(nèi)不規(guī)則圓度，同時(shí)使用的電源必須有絕緣防護(hù)，應(yīng)設(shè)有多級(jí)漏電保護(hù)等安全防護(hù)裝置，滿足安全規(guī)程規(guī)定的在金屬、潮濕等空間內(nèi)作業(yè)的要求。該機(jī)組測(cè)壓管路在檢修施工結(jié)束后，經(jīng)過充水試驗(yàn)測(cè)壓管路無漏點(diǎn)，同時(shí)在機(jī)組正式交付系統(tǒng)后，經(jīng)過一年多的時(shí)間運(yùn)行觀察，未發(fā)現(xiàn)水輪層機(jī)坑墻體周圍有任何滲漏水現(xiàn)象，該缺陷至此全部消除。并且在機(jī)組檢修后試驗(yàn)階段，運(yùn)用改造后的蝸殼測(cè)壓管進(jìn)行壓差測(cè)量效果良好。實(shí)踐證明，該電站機(jī)組蝸殼測(cè)壓管滲漏處理的方法是可行的。

3 結(jié)束語

投運(yùn)年代久遠(yuǎn)的老舊水電站混凝土預(yù)埋管路因銹蝕等原因經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)管路滲漏現(xiàn)象，如漏水量過大會(huì)給機(jī)組運(yùn)行帶來很大危害，特別是蝸殼測(cè)壓管路，大部分管路預(yù)埋在混凝土中，設(shè)備運(yùn)行中如出現(xiàn)滲漏后無法處理，檢修中如處理不當(dāng)也會(huì)對(duì)機(jī)組試驗(yàn)監(jiān)測(cè)造成很大的不良后果。本文中只列舉了某電站滲漏原因分析及處理的一種方法，僅供水電站出現(xiàn)類似情況借鑒參考。