防止转轮叶片产生裂纹的开发与制造
水轮机转轮叶片裂纹原因及预防措施研究
水轮机转轮叶片裂纹原因及预防措施研究水轮机是水力发电厂的重要机械设备，在实际应用中将水能转换为旋转机械能，从而带动发电机发电。
近年来水轮机叶片裂纹问题逐渐明显，严重影响了水轮机的总体运转效率，导致电站运行存在严重的安全隐患。
针对此种情况，加大力度对水轮机裂纹进行原因分析，并提出有效的预防措施，是当前水电站所面临的一项重要问题。
标签：水轮机叶片；裂纹原因；预防措施引言在水轮机实际应用中，转轮叶片裂纹的频繁产生，不仅对机组安全运行构成很大威胁，也给水电厂带来极大的经济损失。
因此，为了防止因水轮机转轮问題而给水电站的安全、稳定、经济运行带来严重威胁，就需要分析转轮叶片裂纹产生的原因，采取有效的措施进行预防控制，以降低水轮机转轮叶片裂纹的发生，进而提高水轮机的安全、稳定性，保证机组的安全经济运行。
本文论述了转轮叶片裂纹产生原因，并介绍裂纹处理的主要措施。
一、水轮机转轮叶片裂纹分析水轮机转轮叶片裂纹产生的原因主要有以下几个方面：1、水轮机转轮叶片老化严重众所周知，任何机械设备都是有使用期限的，如果设备老化到一定程度，必然会出现损坏，尤其是对水轮机转轮叶片来说，其与水压发生作用与反作用力，易产生裂纹。
2、水轮机转轮叶片制造材质、加工过程存在问题水轮机转轮叶片主要材质是钢，如果原材料质量不过关，加工制造的叶片也容易产生裂纹。
如果在叶片锻造过程中，锻造工艺不过关，有气泡存在叶片之中，那气泡存在的位置就是个隐患源，叶片就会在这个隐患处出现裂纹。
3、转轮振动过大造成叶片裂纹出现（1）尾水管涡带所产生的，以低于转速频率来表现的转轮振动剧烈造成叶片裂纹。
（2）某些中、高混流式转轮的下止漏环配置不当也会诱发接近转速频率的自激振动造成叶片裂纹。
（3）叶片出水边形状欠佳所产生的卡门涡振，频率很高时会使叶片产生裂纹影响转轮使用寿命。
4、水力因素在水轮机转轮叶片上出现的规律性裂纹绝大多数都属于疲劳裂纹，断口呈现明显的贝壳纹。
从力学及材料力学上来说，疲劳裂纹的出现就是叶片所承受的动应力超过了叶片材料疲劳强度极限的结果。
水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及解决措施 应尧
水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及解决措施应尧摘要：要想保证水利工程安全，应对可以影响其安全的因素进行分析。
在水利工程中水轮机的使用时间过长或是其它不利情况会导致其出现裂缝，从而阻碍水轮机组的正常运行，甚至会导致安全事故的出现，给水利工程带来一定的经济损失。
所以要想有效的解决水轮机裂缝问题应找出其中的原因并制定出防治裂缝的方案，在此基础上提升水轮机转轮的工作效率与使用寿命。
关键词：水轮机；转轮叶片裂纹；产生原因；解决措施1叶片裂纹产生原因1.1受力分析转浆式水轮机与混流式水轮机有一定的区别，混流式水轮机在进行叶片固定时，主要是由上冠与下环来进行固定的，所以没有办法根据水流与相关工作情况进行调节，这样就需要做好工作流程运行设计工作，如果设计工作出现问题会出现破坏、无撞击进口以及反向出口条件不佳的情况，会改变水流的方向与水流量，最终使水轮机叶片尾处以及微端水管内部会产生移动旋涡，移动旋涡轮流会出现交变力，交变力的产生会对水轮机的叶片产生冲击并出现共振效应，强烈的振动最终会造成叶片裂纹。
1.2工作超负荷由于水电站工作强度相对较大，所以很多工作人员为了提升水轮机的工作效率，常常会超出工作范围，时间长了转轮机的承受时间会超出其本身的承载力，这也给叶片带来一定的损伤，并导致安全隐患。
在对水轮机进行设计时应对其所处环境进行深刻的了解，由于地域不同水流情况也有所区别，叶片也会在水的应力下产生变化，当叶片的最大受力点处于出水口与下环间的连接位置时，其受力相对较弱，在压力长期作用下会导致叶片出现开裂的情况。
由于水轮机在使用过程中难免会因操作流程不符合标准而产生问题与损伤，焊接位置由于受到水流的长期冲击会产生轻微的变形与气缝。
在水轮机生产制作的过程中会因为一些操作不精准而导致叶片受损，工作操作强度过高会导致叶片出现裂纹，再加之各部分零件在连接时不精准，叶片会因水流冲击引起滑动，长时间后会因为其不稳定而产生裂纹。
2解决水轮机转轮叶片裂缝的措施2.1保证选型的准确性水电站在选择水轮机型号时应与实际情况相结合，同时将导致叶片裂缝的原因进行深入的分析，同时对吸出高度、额定转速以及额定处理等相关参数进行计算，在此基础上合理的选择机型。
水轮机转轮产生裂纹原因
水轮机转轮裂纹产生原因分析及处理水轮机转轮是水轮机的重要组成部分，其轮毂与叶片间过渡区在力学性能上是整个转轮的薄弱环节，该区域在机组运行中容易发生裂纹。
本文介绍了水轮机转轮在检修中发现裂纹情况的分析和处理。
1、转轮裂纹原因分析（1）应力作用在机组运行中，转轮在受到高压水压力和高转速离心力的共同作用下，转轮叶片周边存在4个高应力区，位置主要分布在叶片进水边正面靠近上冠处、叶片出水边正面的中下部，这些部位极易产生裂纹。
通过电厂转轮探伤结果显示，转轮裂纹基本都出现在转轮叶片与上冠、下环的连接焊缝处，而裂纹位置基本都分布在叶片进水正面靠近上冠处和叶片出水边背面的中下部。
由此可判断，高应力作用是裂纹产生的可能原因之一。
（2）结构方面电厂转轮为上冠、叶片、下环单独制造，然后进行组焊连接，焊接时在叶片的中部留钝边未全焊透方式也是焊缝纹产生的可能原因之一。
（3）振动原因水轮机转轮在运行中，因为水力振动原因也会导致焊缝疲劳损伤产生裂纹。
产生水力振动主要有以下因素：水力不平衡、尾水管低频水压脉动、空腔汽蚀、卡门涡列、间隙射流等。
当机组在非设计工况或过渡工况运行时，通过水轮机的水流状况恶化，水力振动较为明显，造成的破坏也相对加剧。
2、转轮焊缝裂纹处理方案及处理结果（1）对深度在2mm以下的轻微裂纹采用裂纹打磨消除以及裂纹周边打磨圆滑处理；（2）对深度超过2mm以上的轻微裂纹及叶片上的圆坑，采用裂纹打磨堆焊、焊缝打磨、抛光的方法，最大限度保证轮原流道曲线；（3）对叶片深、长裂纹采用裂纹全长度范围内在不损坏母材的情况下对裂纹打磨至叶片根部进行消除并清理，然后用母材质相似型的超低碳不锈钢焊条进行补焊，然后对焊缝进行打磨和抛光，具体实施方案如下：对焊缝裂纹进行打磨、清理工作后，进行局部加热工作，加热温度不得低于100℃，加热采用火焰加热的方式；加热工作完成后，开始进行堆焊工作，为确保焊接的质量要求，在焊接过程中辅助工作人员需随时监测和控制加热部位温度。
混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施
混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施水轮机转轮，特别是中、高比速混流式水轮机转轮中的裂纹现象，在世界各地普遍存在。
国外的例子有埃及的阿斯旺高坝、美国的大古力700 MW机，俄罗斯的布拉茨克等。
国内有岩滩、李家峡、小浪底、五强溪、二滩等大型水电站，在投运后水轮机转轮都不同程度的浮现了裂纹。
转轮裂纹严重影响电站的安全运行和经济效益，引起人们的极大关注。
1转轮裂纹的产生原因转轮为什么会产生裂纹，人们对此做过许多研究，不时地提出一些假设。
笔者把转轮裂纹分为规律性裂纹和非规律性裂纹两类。
规律性裂纹是指不同叶片上的裂纹具有大体一致的规律，所有叶片都开裂，裂纹的部位和走向也大致相同。
非规律性裂纹或者只在个别叶片上发生，或者不同叶片上裂纹的部位、走向和其他特征各不相同。
其产生的普通原因分述如下。
1.1规律性裂纹失效分析结果表明-绝大多数规律性裂纹是疲劳裂纹，断口呈现明显的贝壳纹。
叶片疲劳来源于作用其上的交变载荷，而交变载荷又由转轮的水力自激振动引起，这可能是卡门涡列、水力弹性振动或者水压力脉动所诱发。
1.1.1卡门涡列(1)黄坛口水电站1958年投运的4台HL310-LJ-230水轮机，运行不久转轮叶片出水边根部即发生总计67条裂纹。
后来查明，在某些水头下，当机组出力在5～8 MW时，叶片出水边卡门涡列频率与叶片自振频率耦合而引起共振，动应力急剧增加，使叶片疲劳开裂。
采取修整叶片出水边厚度和形状，提高卡门涡列频率，避开了共振，转轮安全运行多年，再没有发生问题。
(2)小浪底水电站水头范围68～141 m,额定出力306 MW。
水轮机转轮上冠和下环为13.5不锈钢铸件，叶片由13.5不锈钢热模压后数控加工，再用309 L奥氏体不锈钢焊丝焊成整体。
由于是异种钢焊接，转轮焊后不进行消除应力处理。
为适应电站水头变幅大和多泥沙的运行条件，水轮机供应商采取了低比转速，小的出口直径(D 2／D 1＝0.88),较大的导叶相对高度(b 0／D 1＝0.236),肥大的叶片头部，较厚的叶片出水边(δ=38 mm),喷涂碳化钨和设置筒形阀等技术措施。
浅析水轮机转轮裂纹产生原因及处理对策
浅析水轮机转轮裂纹产生原因及处理对策水轮机是水电站机组中重要的组成部位，但是其也是最容易受到损害的部位。
随着目前人类对能源的需求与日俱增，如何加强对水轮机的危害的防治，延长其使用寿命，保证水轮机的正常运行已经成为了必须亟待解决的问题。
在本文中，笔者主要对目前水轮机转轮裂纹这一现象进行详细的讨论。
标签：水轮机、转轮、裂纹、原因、对策前言：在本文中笔者通过对水轮机运用的概述，对目前我国水电站常见的水轮机转轮裂纹产生的原因进行了分析，并通过对原因的分析，提出了相应的裂纹处理与预防措施。
一、水轮机运用概述能源作为国家的重要战略支柱，在各国受到了高度重视。
近年来随着我国经济社会的不断发展壮大，我国对于电能的需求与日俱增，但是化石能源作为不可再生储能，给人类的居住环境带来的威胁越来越大。
为了更好的做到节能减排，缓解气候变化，满足经济和社会的可持续发展需求。
我国一直都把可再生能源作为未来能源战略的重要规划进行了长久以来的实施。
随着我国水电站的的不断新建，在其为人们提供了重要生活、生产保障的同时，自身也相继出现了诸多问题，例如水轮机转轮裂纹的产生，它不仅降低了机械运作的寿命，同时也对电能生产带来一定的影响。
作为水轮机的重要组成部分，水轮机转轮的轮毂与叶片之间的过渡区是整个转轮的力学薄弱区，在机组运行中非常容量发生裂纹。
近年该问题在诸多水电站的生产中相继出现，已经成为了一个不得不亟待解决的技术关键。
二、常见水轮机转轮裂纹产生的原因目前在水电站水轮机的使用类型中主要以混流式水轮机转轮、轴流式水轮机、贯流式水轮机等为主。
以下就以混流式水轮机转轮为例，从水力、设计、铸造、运行、共振等多种因素对其产生的裂纹进行分析：1、水力方面疲劳裂纹、断口出现明显的贝壳纹均属于水轮机转轮叶片上的规律性裂纹，从力学和材料力学两方面来讲，疲劳裂纹的出现主要是由于叶片承受的动应力超过了叶片材料的疲劳强度极限所至。
一旦出现叶片承载不足的情况，叶片就极易出现叶片裂纹。
水电厂水轮机转轮叶片的裂纹处理及防控
水电厂水轮机转轮叶片的裂纹处理及防控发表时间：2019-09-19T09:04:31.097Z 来源：《电力设备》2019年第8期作者：陈健[导读] 摘要：在本篇文章中主要将某水电厂中的水轮机组作为实例，在针对水轮机组展开日常检修时，利用超声波技术探测出转轮叶片上存有裂纹，深入分析水轮机组中转轮叶片出现裂纹的主要原因，进而针对裂纹提出科学、有效的处理方式与防控对策，旨在为相关人员提供微薄的参考依据。
（松花江水力发电有限公司吉林丰满发电厂 132108）摘要：在本篇文章中主要将某水电厂中的水轮机组作为实例，在针对水轮机组展开日常检修时，利用超声波技术探测出转轮叶片上存有裂纹，深入分析水轮机组中转轮叶片出现裂纹的主要原因，进而针对裂纹提出科学、有效的处理方式与防控对策，旨在为相关人员提供微薄的参考依据。
关键词：水电厂；水轮机转轮叶片；裂纹处理及防控在某水电厂中一共具备15台水轮机组，总容量约在63万kw左右平均每台机组的实际容量约为4.2万kw左右，整个水电厂属于较为综合的电厂，将灌溉、航运以及发电等集于一体。
其中出现裂纹问题的水轮机组型号是GZ932-WP-750，转轮的直径约为7.5m，额定流量约为492m³/s左右，在整个水轮机的转轮上共有四个叶片，材质为马氏体的不锈钢并通过真空的精密方法所制作。
在相关人员针对所有水轮机组展开日常检查时，通过超声波技术探测出所有机组中的三组都存有不同程度的裂纹，这些裂纹不仅会影响叶片的正常运行，还会对整个机组的实际运作造成直接影响。
一、水电厂水轮机转轮叶片出现裂纹的主要原因在日常检查中探测出水轮机组中的转轮叶片上存有裂纹状况后，某水电厂立即停止了水轮机组的运行，并针对裂纹出现的主要原因展开全面分析，最终发现导致叶片出现裂纹现象的主要原因有以下两方面：第一方面，如果水轮机组处于非最佳情况下或低水头情况下运行的话，就会导致水轮机组的工作状况差，在转轮的出口处水流会逐渐变成环流，这样在水管的尾部会形成旋状的涡带，这种涡带会随着水流而有所移动，如果移动到水管壁的话就会变成压力脉动，最终严重增加水轮机组的振动状况。
混流式水轮机转轮裂纹原因及预防措施的探讨
混流式水轮机转轮裂纹原因及预防措施的探讨【摘要】混流式水轮机转轮叶片裂纹故障严重影响了水电站的安全稳定运行和经济效益的发挥。
本文就混流式水轮机转轮裂纹原因及预防措施进行了探讨，结合了具体的工程实例，对机组运行情况和转轮裂纹现象作了详细的阐述，分析了产生的原因，并提出了相应有效的措施，以期能为预防混流式水轮机转轮措施裂纹而提供参考。
【关键词】混流式水轮机；转轮裂纹；原因；预防措施所谓的混流式水轮机，又称法兰西斯水轮机，水流从四周径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮，转轮由上冠，下环和叶片组成。
其结构紧凑，效率较高，能适应很宽的水头范围，是目前世界各国广泛采用的水轮机型式之一。
但是，混流式水轮机转轮叶片若出现裂纹故障，将会严重影响水电站的安全稳定运行和经济效益的发挥，所以必须及时采取措施针对裂纹故障现象进行治理，以确保水电站的安全稳定运行。
1 概述某水电站第一台机组投运后的停机维护中就发现水轮机转轮叶片出现裂纹，在后续机组维护中同样发现了叶片裂纹。
某水电站首台机组投运至今已近15年，但是水轮机转轮裂纹频现的状况并未彻底消除，每年轮修中几乎都会发现裂纹，裂纹处理已成为每年机组检修中的主要工作。
1.1 机组运行情况目前已建成水电站中调节性能较好的特大型骨干电源，不仅每年向系统提供巨大的清洁电力能源，并在系统中承担调峰、调频、调压和事故备用等任务，在我省电网中发挥着重要的作用。
1.2 水轮机基本参数及结构特点水轮机额定功率为582MW，最大功率为612MW，公称直径6257mm，额定转速142.9r/min，额定水头165m。
转轮为全不锈钢分瓣铸焊结构，#1叶片和相对的#7叶片对称分剖，共13个叶片转轮上冠、叶片、下环的材质均为ASTMA743MGradeCA-6NM马氏体不锈钢。
转轮上冠把合方式为卡栓式结构。
与以往的螺栓把合结构相比，这种结构可以减薄上冠的壁厚，从而节省昂贵的不锈钢材料。
叶片采用数控机床加工，叶片最大厚度为188mm。
水轮机转轮叶片裂纹成因及处理措施
水轮机转轮叶片裂纹成因及处理措施水轮机转轮裂纹缺陷是水电站普遍存在的问题，严重影响着机组整体的安全运行，因而对此类缺陷的检查和处理工作是水电厂的重要工作。
为了有效控制和减少转轮叶片裂纹，对裂纹产生的原因进行正确的诊断，并积极采取一些有针对性的预防措施，以避免该问题的发生，有利于确保水轮发电机组的安全、可靠、经济运行。
本文就水轮机转轮叶片裂纹成因及处理措施进行简单的阐述。
标签：水轮机转轮叶片；裂纹成因；处理措施水轮发电机组在运行中，由于工艺、水力因素等原因，转轮叶片很容易产生裂纹甚至断裂，导致的结果是机组的寿命减小，停机检修时间长，电站的经济损失也相应增大。
因此，确保转轮的性能满足要求，是机组设计的关键。
1工程概况新安江水电厂装设8台9.5万kW和1台9万kW的混流式机组，总装机容量为85万kW。
新安江水电厂是1座综合型电站，兼顾发电、防汛为一体。
1号机组发电机型号为TS854/156-40，水轮机型号为HLS66.46-LJ-410，额定流量135m3/s，转轮直径 4.1m。
水轮机转轮有13个叶片，转轮叶片的材料为ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢，真空精密铸造。
机组最大水头85.4m，设计水头73m，最小水头59.96m，额定转速为59.96r/min。
1号机组于1960年并网发电，并于2002年3月至10月进行增容改造大修后投入运行。
2013年3月，在1号机进行B级大修期间，检修人员对1号机组的转轮叶片进行了超声波探伤检查。
探伤结果显示，1号转轮叶片背部有一条长为115mm，宽为6mm，深度为3.5mm的裂纹；2号转轮叶片出水边根部有一条长为85mm，宽为4.1mm，深度为1.9mm的裂纹；4号转轮叶片出水边根部有一条长为80mm，宽为4.3mm，深度为1.4mm的裂纹和一条长为92mm，宽为3.6mm，深度为2.8mm 的裂纹，上述裂纹都对转轮叶片安全运行造成较大的危害，严重影响机组的安全、稳定运行。
红石电站水轮机转轮叶片裂纹的分析及处理
红石电站水轮机转轮叶片裂纹的分析及处理红石电站是一座位于陕西省延安市的大型水电站，采用水轮机转轮作为发电设备。
在运行过程中，由于受到各种因素的影响，水轮机转轮的叶片可能会出现裂纹，这对设备的正常运行和发电效率都会产生不良影响。
因此，对红石电站水轮机转轮叶片裂纹进行分析和处理非常重要。
首先，对红石电站水轮机转轮叶片裂纹的成因进行分析。
导致叶片裂纹的因素主要有以下几个方面：1.材料问题：水轮机转轮叶片的材料选择不当或者材料质量不合格，容易导致叶片在运行时发生裂纹。
2.工艺问题：水轮机转轮叶片的加工工艺不当，比如切削参数不合理、焊接质量差等，都会导致叶片出现裂纹。
3.应力问题：在叶片的工作状态下，受到水的冲击力和叶轮的离心力的作用，会产生较大的应力，如果应力超过了叶片材料承受的极限，就会导致叶片裂纹的产生。
4.外界因素：比如水轮机转轮受到振动、温度变化等外界因素的影响，也会导致叶片裂纹的产生。
其次，针对红石电站水轮机转轮叶片裂纹的处理方法。
1.材料选择：首先，需要选择合适的材料作为水轮机转轮叶片的材料。
通常情况下，可以选择高强度、耐腐蚀性好的材料，比如不锈钢等。
2.加工工艺：在进行叶片的加工过程中，需要注意合理设置切削参数，确保切削过程中不会产生过大的热力，同时还需要注意焊接质量，采用合适的焊接工艺，确保叶片的结构完整性。
3.应力控制：为了减小叶片在工作过程中产生的应力，可以通过优化叶片的结构设计，调整叶片的几何形状，减少水的冲击力和离心力对叶片的影响。
4.定期检测：对水轮机转轮叶片的裂纹情况进行定期检测，及时发现裂纹存在的情况，并采取相应的处理措施，以防止裂纹的扩大和对设备的影响。
通过以上的分析和处理方法，可以有效地对红石电站水轮机转轮叶片裂纹进行处理。
同时，为了保证电站设备的正常运行和发电效率，还应加强对整个水轮机转轮的维护和保养，定期清理和检查转轮表面的杂物和积垢，确保叶片表面的光洁度和使用寿命。
水轮机转轮裂纹原因及其防范
文章编号 ：１ ０ ０ ２ — １ ３ ８ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ７ — ０ ２ ５ ２ — ０ １ 能 忽 略 任 何 一 个 细 微 的部 分 ，要 对 每 项 每个 部 分 都 认 真 检 查 ， 尤 其 是 转 轮 结 构 比较 复 杂 ，在 检 查 时 必 须 要 有 经 验 的 师 傅 来 进 行。在对裂纹进行修复和处理 时更应 该严 格按照标准实施 ，
３ 小 结
总 之 ，水 轮 机 转 轮 裂 纹 的 产 生 要 根 据 不 同 的 状 况 具 体 确 定 ，也只有确定 了原因才能准确判断解决办法和对 策，本文 对于原因和防范对策 的讨论仅代表个 人意见和看法 ，更深一 步的讨论和分析还 需要后续进一 步的学习和研 究，但是希望 本文 的讨论能改善 目前 国内水轮 机转 轮裂纹严重的现象 。对 这 个 问题 的 讨 论 和 进 一 步 研 究 对 于 保 证 电站 工 作 的 安 全 可 靠 具 有 非 常 深 远 的 意义 ，而 且 对 社 会 运 行 和 经 济 发 展 也 有 很 大的帮助 ，但是这需要设计 师、制造技术 员、电站水轮机相 关 工 作 人 员 的共 同努 力 和配 合 ！
装 置 与 应 用
水轮机转轮裂纹原 因及其 防范
李 蓉 雷
国 网Ｉ Ｎ 川省 电 力公 司 映 秀 湾 水 力 发 电 总 厂 ， 四 川 成 都 ６ １ １ ８ ３ ０
摘要 ：水轮机 最主要 的部分 就是 转轮 ，转 轮的工作状态直接影响 到了水轮机 的运行 ，但 是 大量的数据 调查显示水轮机转 轮经 常出现裂纹给 水轮机 的正 常运转 带来 了非 常严 重的影响 ，本文主要通过分析转轮裂 纹的原因进 而讨论 了防范转轮裂纹的
探讨水泵水轮机转轮裂纹成因分析及处理
车辆工程技术102机械电子 水泵水轮机是上世纪发明的用于抽水蓄能的机械设备，是抽水蓄能电站的主要动力设备。
但在水电站内部，水轮机作为一个长时间高负荷运转的设备元件，极易发生故障，出现叶片裂纹等问题，对设备的正常工作、水电站的安全运行构成威胁，因此如何解决类似问题，值得思考。
但是水泵水轮机转轮经常出现裂纹，严重影响设备的使用效果。
1 水泵水轮机概述 水泵水轮机的主要作用就是抽水蓄能，而且比将水轮机和水泵串联的蓄能机组更加方便，成本造价更低，所以这种设备被大量应用。
目前，常见的水泵水轮机按照水流途径分为三种机型，分别是混流式水泵水轮机、斜流式水泵水轮机以及贯流式水泵水轮机。
这三种设备的工作原理大致相同，当水泵水轮机的转轮发生转动时，该设备可以当作电泵使用，当转轮反向旋转式当作水轮机使用，所以水泵水轮机的转轮对该设备而言十分重要。
本文将采用HLPO140-LJ-485型号的水泵水轮机作为主要研究对象。
其转轮的设计独特，此零件的上冠、下环以及叶片部位均采用不锈钢材料铸造。
其不锈钢材料具有极强的抗空蚀和抗磨损的特性，采用这种材料可以保证轮机长期在水下工作时不受空化和气蚀的干扰。
其叶片采用模压方式制成，下环采用不锈钢板卷制而成，上冠是整体铸造，其水泵水轮机也具有极好的性能。
在对正在使用的水泵水轮机进行裂纹调查时应采用PT检验方式。
2 水泵水轮机转轮裂纹成因分析 通过PT检验技术在转轮发现数道裂纹，比较严重是在叶片处，其长度200mm，其裂紋深度也超过2mm，这严重影响水泵水轮机的安全性，降低水泵水轮机的使用寿命，增加抽水蓄能电站的生产成本，为我国大量建设抽水蓄能电站造成极大的麻烦。
经过分析主要原因有三点，第一，转轮存在设计失误。
经过合理分析转轮上出现的大量裂纹是由于设备转轮组件是单独制造，后来在根据组装图纸加工，将叶片、上冠和下环进行组合焊接，在焊接叶片时会在叶片中央留下大量钝边，这也是导致叶片造成极大损伤的原因。
水轮机转轮叶片裂纹分析及处理
水轮机转轮叶片裂纹分析及处理
水轮机转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全经济运行。
通过对水轮机转轮叶片进行有限元计算分析，得出应力过于集中通常是叶片裂纹产生的主要原因，此外，叶片也存在设计、制造、运行方面的问题，为此，介绍了水轮机转轮叶片
裂纹金属无损探伤的常用处理方法和一般工艺。
水轮机转轮叶片裂纹的频繁产生，对机组安全运行构成很大威胁，也给电厂带来极大的经济损失，因此，分析裂纹产生原因，并对易产生裂纹部位进行无损探伤检查，对及时处理缺陷，消除事故隐患是十分必要的。
1裂纹产生原因分析
1.1应力集中
采用有限元计算分析得出，转轮在水压力及离心力的作用下，大应力区主要分布在转轮叶片周边上，按第三强度理论计算的相当应力沿叶片周边的分布。
转轮叶片存在四个高应力区，他们的位置在叶片进水边正面(压力分布面)靠近上冠处；叶片出水边正面的中部；叶片出水边背面靠近上冠处；叶片与下环连接区内。
1.2铸造缺陷及焊接缺陷
铸造气孔、铸造砂眼等在外部应力的作用下可能会成为裂纹源，造成裂纹的产生。
由于转轮叶片与上冠、下环的厚度相差大，在冷却过程中易产生缩孔、疏松等。
铸焊结构的转轮，若焊接工艺不当或焊工没有按照焊接工艺的要求进行焊接，在焊缝及热影响区也会出现裂纹。
水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及解决措施
水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及解决措施摘要：随着经济的发展和资源的开发，近些年来，我国的水利事业发展迅速，给人们的生产生活带来了诸多便利，但是仍存在着一些问题，比如水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及解决措施，本文就对此进行了研究，希望能对我国相关行业提供些许帮助。
关键词：水轮机；转轮叶片裂纹；产生原因；解决措施1水轮机转轮叶片裂纹产生原因1.1受力分析混流式水轮机与转桨式水轮机不同，其叶片是由上冠和下环固定，无法根据水流和工作情况的变化进行调节，需要在设计好的工作程序中运行，如不设计工作情况则容易破坏无撞击进口和反向出口的最佳条件，水流方向和流量改变，容易在叶片出水处和末尾水管内部产生移动旋涡，旋涡轮流出现产生的交变力，交变力对于叶片冲击产生的频率时会产生共振效应，长时间的强烈震动最终导致叶片裂纹。
1.2超负荷工作水电站工作强度过大，为了提升工作效率使得水轮机超出正常工作效率范围，转轮承受应力时间久了就会超出本身所能承受的荷载，这对叶片是一种损伤，也存在着安全隐患。
水轮机在设计时对其应用环境实地了解较少，不同地域水流情况并不相同，叶片在承受水的应力时会发生变化，叶片最大受力点在出水处和下环之间的连接部分，连接部分的受力比较薄弱，长期的压力冲击会导致叶片开裂。
在使用过程中水轮机难免会遇到操作不符合流程的问题，有时会导致受损，现代焊接技术质量难以承受长期水流冲击，在发生轻微变形时会产生气缝。
水轮机生产制作过程中的一些不精密操作也是导致叶片在工作中面对高强度工作而产生裂缝的原因之一，零部件衔接不够精确，在使用时受水流冲击作用会产生晃动，长久使用整体运行状态不稳固导致产生裂纹。
2预防水轮机叶片裂纹生成的措施2.1确保正确选型水轮机型选择要根据水电站的实际情况，将可能导致叶片开裂的原因进行分析比对，对吸出高度、额定出力、额定转速等参数综合计算，最终选择适合机型，正确选择将增加其使用寿命和稳定运营时间。
前文所提，在水力的作用下叶片振动频率有可能和涡列频率产生共振，在使用过程中造成叶片超出负荷的情况。
水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及解决措施
水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及解决措施摘要：要想保证水利工程安全，应对可以影响其安全的因素进行分析。
在水利工程中水轮机的使用时间过长或是其它不利情况会导致其出现裂缝，从而阻碍水轮机组的正常运行，甚至会导致安全事故的出现，给水利工程带来一定的经济损失。
所以要想有效的解决水轮机裂缝问题应找出其中的原因并制定出防治裂缝的方案，在此基础上提升水轮机转轮的工作效率与使用寿命。
关键词：水轮机；转轮叶片裂纹；产生原因；解决措施1叶片裂纹产生原因1.1受力分析转浆式水轮机与混流式水轮机有一定的区别，混流式水轮机在进行叶片固定时，主要是由上冠与下环来进行固定的，所以没有办法根据水流与相关工作情况进行调节，这样就需要做好工作流程运行设计工作，如果设计工作出现问题会出现破坏、无撞击进口以及反向出口条件不佳的情况，会改变水流的方向与水流量，最终使水轮机叶片尾处以及微端水管内部会产生移动旋涡，移动旋涡轮流会出现交变力，交变力的产生会对水轮机的叶片产生冲击并出现共振效应，强烈的振动最终会造成叶片裂纹。
1.2工作超负荷由于水电站工作强度相对较大，所以很多工作人员为了提升水轮机的工作效率，常常会超出工作范围，时间长了转轮机的承受时间会超出其本身的承载力，这也给叶片带来一定的损伤，并导致安全隐患。
在对水轮机进行设计时应对其所处环境进行深刻的了解，由于地域不同水流情况也有所区别，叶片也会在水的应力下产生变化，当叶片的最大受力点处于出水口与下环间的连接位置时，其受力相对较弱，在压力长期作用下会导致叶片出现开裂的情况。
由于水轮机在使用过程中难免会因操作流程不符合标准而产生问题与损伤，焊接位置由于受到水流的长期冲击会产生轻微的变形与气缝。
在水轮机生产制作的过程中会因为一些操作不精准而导致叶片受损，工作操作强度过高会导致叶片出现裂纹，再加之各部分零件在连接时不精准，叶片会因水流冲击引起滑动，长时间后会因为其不稳定而产生裂纹。
2解决水轮机转轮叶片裂缝的措施2.1保证选型的准确性水电站在选择水轮机型号时应与实际情况相结合，同时将导致叶片裂缝的原因进行深入的分析，同时对吸出高度、额定转速以及额定处理等相关参数进行计算，在此基础上合理的选择机型。
加补强块的转轮叶片裂纹处理
和 离 心力 的作 用下， 大 应 力区 主要 分布 在 转 轮 叶
片边缘 上 ， 转 轮 叶片存 在４ 个高应 力区…， 位 置
分 别在 叶片 进 水 边 正 面 （ 压 力分布 面 ） 靠 近 上 冠
来 增 加 三 角区域 的 强 度 ， 大大 减 少了焊 缝 裂纹 的
。
工 艺与 测试
加 补 强 块 的 转 轮 叶 片 裂 纹 处 理
贾瑞 燕 段伟 赞 卢 昌福 曹 瀚 崔全 江
哈 尔滨 电机 厂有 限责 任公 司 （ １ ５ ０ ０ ４ ０）
Ｔｒ ｅａ ｔ ｍｅ ｎｔ ｏｆ Ｃｒ ａｃ ｋｓ ｏｎ ｔ ｈｅ Ｒｕｎｎｅｒ Ｂｌ ａｄｅｓ ｗｉ ｔ ｈ Ｒｅｉ ｎｆ ｏｒ ｃ ｉ ｎｇ Ｂｌ ｏｃｋｓ
转轮 叶片产生裂纹有以］ Ｌ 个原凶ｌ ２ ］ ： （ １ ） 铸 造缺陷和焊接缺陷
由于 叶片铸 造 或 焊 接 缺 陷 ， 使 叶片在 外 部应
穿叶片两面 （ 图１ ） ， 严重影 响了水轮机 的正常运
［ １ ］ 汪耕。 李 希 明 大 型 汽轮 发 电机 设 计、 制 造 与运 行 ［ Ｍ】 上海 ： 上
Ｋｅ ｙ ｗ ｏｒ ｄｓ ：ｒ ｕｎｎｅ ｒ ｃ ｒ ａ ｃ ｋｓ ｗｅ ｌ ｄｉ ｎ ｇ ｇｒ ｉ ｎ ｄｉ ｎ ｇ
ｌ 产 生 原 因
机组运行 时， 转轮的受 力情况为： 在水压 力
转 轮 叶片 裂纹 是 水电站 检 修 中常 见 的问题 ， 产 生 裂 纹 的原 因 多重 复 杂 。 针对 叶片与上 冠 三 角
海科 学 技 术 出版 社 ， １ ９ ９ ９ ．
作 者 简介 ： 盛宝泉， 男， １ ９ ８ ７ 年ｌ ２ 月生 ， 本科， 机 械 工程 及 自动化 专
伊朗卡仑Ⅲ转轮叶片裂纹的分析与处理
算 工作 量 很 大 ，用手 工计 算 的方 法 很 难 计算 ，随 着 计算 机 技 术 的 高速 发 展 ，
世界 过 对 各 种 工 况下 转 轮 强 度 的计 算 ，从
而 为 转轮 的设 计 奠 定 了 坚 实 的理 论 基 础 。 由于转 轮
图 ３ 混流式转轮焊接生产工艺流程
通过对伊 朗Ｋ Ｒ Ｎ １水 电站转轮 材质、设计计算书、焊接工艺文件等的研 Ａ Ｕ Ｉ Ｉ
究 ，通过计算 机计 算转轮强度和叶片应 力发现 ，在各种工况下 ，均能够满 足安全运
行需要 。同时转轮 叶片采用ｚＧ ６ １ ＮｉＭｏ ０ ｃｒ３ ５ 不锈钢材 料 ，具有 强度高 ，韧性 好 ，
０
。（ ／） ／ ｈ ｍ
图５实际流量压力曲线
八 、结 语
经过 理论 设计 计算 、静 态特性 分析 和性能 试验 结
果的对比 ，样机的压力调节指标达到 了研究技术指标 的
要求 。在模拟试验系统的试验表 明，燃气轮机在任意的
一
种工况下 ，调节阀均能够使燃机进 口处的压力稳定在
图４ 模拟试验 系统
纹 共２ 条 ） ，并 在 如 此短 ７
的 时 间 内 ，这 严 重 影 响 了 机 组 的安 全稳 定 运 行 。 为
了消 除 裂纹 带 来 的 影 响 ，
首 先应 该 对 裂 纹 产生 的原 因进行分析。
１ 在转轮设计 中 ．
水 轮 机 转 轮 是 机 组 的 核 心部 件 ，它 起 着将 水 的 势 能转 化 为 旋 转能 量 的重 要 角色 ，利 用水 轮 机 带 动 发 电机 ，使转 轮 的 旋 转 能 量 变 为 电 能 。在 转 轮 的 设 计 中 ，由 于混 流 式 转 轮 的 结 构 形 状和 受 力状 况 都 比
混流式水轮机转轮叶片疲劳裂纹控制研究
推广应用需要加强。本研究的成果在 某些程度上可以为混流式水轮机转轮 叶片的疲劳裂纹控制提供理论和实践 指导，但是这些成果还需要在更广泛 的范围内进行推广和应用。未来研究 可以开展更多的工程实践和技术推广 工作，将研究成果应用到更多的实际 工程项目中，以验证其可行性和有效 性
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《混流式水轮机转轮叶片疲 劳裂纹控制研究》
2023-10-28
目录
• 研究背景与意义 • 混流式水轮机转轮叶片疲劳裂纹概述 • 混流式水轮机转轮叶片疲劳裂纹检测方法 • 混流式水轮机转轮叶片疲劳裂纹控制方法 • 混流式水轮机转轮叶片疲劳裂纹控制技术展望 • 研究结论与展望
01
研究背景与意义
研究背景
降低故障率。
控制疲劳裂纹有助于延长转轮 叶片的使用寿命，提高水电站
的发电效率。
研究结果可以为混流式水轮机 设计、制造和运行提供理论依 据和技术支持，推动水力发电
领域的发展。
02
混流式水轮机转轮叶片疲 劳裂纹概述
混流式水轮机转轮叶片结构与功能
混流式水轮机转轮叶片是混流 式水轮机中的重要组成部分， 其结构通常由叶片、轮毂和盖 板等组成。
建立了完整的疲劳裂纹控制体系。通过综合应用上述研究成果，建立了一套完整的疲劳裂 纹控制体系。这个体系包括设计阶段、制造阶段、运行阶段和维护阶段等多个环节，对每 个环节都提出了相应的控制策略和控制方法。
研究不足与展望
研究仍存在局限性。尽管本研究在混 流式水轮机转轮叶片疲劳裂纹控制方 面取得了一些成果，但仍然存在一定 的局限性。例如，实验条件和实际运 行条件仍存在差异，这可能会影响研 究的准确性和可应用性。未来研究可 以进一步改进实验方法和条件，以更 准确地模拟实际运行情况。
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东方电；ｂ ０７ ￣ ） ０ 年第 ４ ２ 期
１ ５
防止转 轮 叶 片产 生裂 纹 的开 发 与制 造
陶喜 群 许 健
摘
要
本 文根据 已运 行 的一批 大 中型 混流式水 轮机转 轮 裂纹情 况 ，分析 了其产 生
的原 因，提 出了在设 计 制造 过程 中预 防 裂纹产 生的 办法 ，以及 东方 电机 近 年 来设 计 制造转 轮 时采取 的措 施 及 目前取 得 的效 果。文 中还根据 混 流式水 轮机 的运 行 特点 ， 提 出在 水轮机 运行 过程 中尽 量避 免在 高尾 水管压 力脉 动 区运 行 以及在 压 力脉 动较 大
问题 ，电站 的水 头变 幅较 大 。有 的水 轮机 运 行 发 现 叶 片 出水 边靠 上 冠 侧 呈 贯 穿 性 裂 纹 ， 检查认 为消 除应 力三 角块 与 原 叶片 出水 边 过
来稿 时间：０ ７年 ６月 ２０
焊 缝过 渡 圆弧 偏小 。有 的是叶 片 出水 边卡 门 涡 频率 与 叶 片 固有 频 率 发 生 耦 合 造 成共 振 ， 引起 叶片 早期 疲劳 破 坏 。有 的裂 纹 的主要 形
式 是高 周疲 劳失 效 ， 力激 振 引起 的动应 力 ： 水 另外残 余 应力 的影 响 和长 期运 行 在低 负荷 工 况 、尾 水管 压力脉 动偏 大和 转 轮焊接 质 量 问
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１ ６
题 也 是 主 要 原 因之 一 。个 别 叶 片 存在 缩颈 现 象 、收 弧处 产 生的 夹 渣 、弧 坑裂 纹 、焊 缝 末 熔 合 、条 状 夹渣 ， 甚 至脱 焊等 缺 陷 。常规 的铸造 方 法使 铸件 存 在 微小 缺 陷 ，在有 缺 陷 的地 方容 易产 生裂 纹 的起 裂 点 ，在长 期 疲 劳破坏 作 用 下 ，引起 材
导叶 开启速 率 较慢 也促 使 裂纹 过 早发 生 。有
２ 一些水轮 机转轮裂纹 的现象及原 因 的 明显 属制 造质 量 不 良，尤 其 是 叶片铸 造 毛
分析
我 们对 调查 的一 些大 中 型 电站 的转 轮裂 纹 现 象进行 了汇 总和 分析 ： 有 的水轮 机 转轮
坯 质量 较 差 。有 的裂 纹 发 生在 转轮 叶 片 出水 边 靠 上冠 处 的过渡 区 ，计 算表 明该处 应力 偏
（ 《 东方 电， ）ｏ７年第 ４期 ￣ ｚｏ
并尽可 能减 小 转轮 的静应 力 水平 ，尤其 是 由 水压力 引起 的静应 力 分量 。对 于一个 水 力 设 计 已经 确 定 的转轮 ，增大 叶 片 高应 力区 的焊 缝 圆角和 局部 增大 叶片根 部 的 厚度 ，可 以有 效地 降低 动 、静应 力 峰值 ，改 善转轮 的疲 劳 和 断裂 强度 。
３２ 水 力激 振 引起 的动应 力 ． 转 轮上 的动 应 力 由水 力激 振 力 引起 ，能 造 成水 力激振 的因素 有 ：蜗 壳 中流 速 沿包 角
分布 不 均匀 ；转 轮旋 转 时 叶 片相对 导叶 的位 料 失效 。热 处理 工 艺选 择 不 当也会 带 来残 余 置不 断 变化 ，引起 转 轮 叶 片 上 的 环量 改变 ： 应 力较 高和其他 问题 。
的 区域采取 补 气等措 施 ，以减 轻不稳 定 流对转轮 的 交变脉 动的作 用 ，减 少转轮 的疲
劳损 坏 。
关键 词
混流 式水轮 机
转轮
叶 片 裂纹
设计
制造
ｌ 引 言
水轮 机转 轮 叶片 ，特别 是 中、 高 比速 混
渡 圆角 处焊 接 未满足 设 计要 求 和机 组长 期 在
磷 元 素含量超 标 ，影 响 了叶 片的质 量 。
３ 混流式水轮机转轮 裂纹原 因分析
３１ 高周 疲劳 是叶 片裂 纹的 主要 原 因 ．
． 我 们 曾对 转轮 叶 片断 口检 查 和金 相检 查 ３６ 制造 质量 与材料 选 择 转 轮 叶片裂 纹 发 生 的区 域常伴 有 材料 缺 发现 ，存在 明 的疲 劳破坏 贝壳纹 ， 由此 认 为叶 片裂纹 并 非是 转轮 的静 强度 不够 ，而 是
的 １０ ５ ＭＷ 以上大 型水轮 发 电机 组转 轮 叶片 响区应 力偏 高 ，有 的转 轮 叶片 裂纹 断 口有 明 裂 纹 的具体现 象 、处 理措 施及 结 果 ，从 中总 显 的疲 劳特 征 ，分析 表 明裂 纹 的主 要 原因 是
结应 采取 的对策 ，以避免 新 投产 混流 式 水轮 进 水边 水流 的水力 弹性 振 动与 轴 系扭 转 自振 频 率发 生共振 的结 果 ，叶 片应 力过 高 。另外 ， 机 转轮 叶片发 生裂纹 。
． ７ 导 叶和转 轮之 间的水 压 脉动 ；尾水 管 压力 脉 ３ 运 行工况 的影 响 由于我 国抽 水 蓄 能 电站 比较 少 ，火 电调 动 ； 固定导 叶 、活动 导 叶 、叶 片 出 口处 的卡
低 负荷 振动 区运 行 。有 的转 轮 产 生裂纹 的原 因是焊缝局 部退火 不 良存在 较高 的残余应 力 ，
流 式水轮 机转 轮叶 片 裂纹现 象 在世 界 各 国早 转 轮尺 寸较 大 ，刚性 较 差 。有 的计 算 分析 表 已屡见不 鲜 。我们 认 真分 析研 究 了近 年投 产 明叶片 出水 边 与上 冠 、下环 的焊缝 或其 热 影
高 。有 的 是焊 接 材 料 的 问题 ，一 是 塑性 差 二是焊 后残 余 应力 高 ， 导致 动 应 力加 大 。有 的是 叶片 出水 边根 部与 上 冠和 下环 结 合 部 的
的无 叶区压 力脉动 引起 主 厂房 共振 ，尾水 管 压 力脉动 致 厂房抖 动 。原 因 是水 轮机 压 力脉 动 偏大 ，转 轮 的尺寸 较大 ，制造 的质 量 存在