水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及解决措施应尧

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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。

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。

水轮机转轮叶片裂纹成因及对策分析

使水流环量大小和方向发生变化，在转轮叶片出水边、尾水管内形成不稳定旋涡。当水流绕流叶片，由出口边（圆形出水边）出时，流便会在出口边产生卡门涡列，涡交替出现形成对叶片旋侧向的交变力，并形成有规则的周期性振动，其振动频率与叶片出口边的厚度及流速有一定的关系，当冲击频率与叶片自频率相同便产振
这些脉动压力将引起叶片的交变应力。有资料表明俄罗斯克拉斯诺雅尔斯克水电站水轮机转轮在非设计工况下，动应力达最大静应力的１％。可见尾水管压力脉动能引起一定幅值的５交变应力，若这种激振频率与叶片或下环的固
有频率耦合时，必将诱发更大的动应力，造成叶
片开裂。
３裂纹无损探伤检查在大修时对转轮进行无损探伤检查，时及
处理缺陷，消除事故隐患是十分必要的。严重的和表面发现缺陷的部位进行超声波探伤。检验裂纹等缺陷用肉眼和放大镜外观检查即可发中发现的裂纹等危险陛缺陷应进行处理。４裂纹处理现，但较细小的缺陷和内部的缺陷必须用无损探伤检查。常用的无损检测方法有以下几种：磁４．１阻止裂纹延伸粉探伤、渗透探伤、超声波探伤、金属磁记忆、射通常裂纹的两端尾部内应力接近材料的极线检测等。裂纹易于产生的应力集中部位，叶限强度，如在外力或热应力的影响下还会继续延必须在裂纹两端打止裂孑，Ｌ孔径应不片进水边正面（压力分布圃靠近上冠处、叶片出伸。因此，ａｒ水边正面的中部、出水边背面靠近上冠处、小于６ｍ，裂纹清理过程中如发现纹路有新的叶片叶片与下环连接区等部位，由于透照布置比较的发展趋势应停止清理，加止裂孔，再追一般孔困难，不能用射线透照法进行无损探伤。根据水深应比裂纹深度大４６ｍ－ｍ。轮机转轮叶片表面比较粗糙、结构复杂和厚度４．２裂纹清理及开坡口变化大的特点，一般应采用渗透、磁粉、超声波裂纹铲除常用两种方法：风铲和炭弧气刨。和金属磁记的方法进行无损检测。风铲铲除裂纹所形成的坡口较规则，易于保证３１超声波检测．焊接质量，劳动强度大，但速度慢，铲头可根据超声波探伤方法对裂纹、未熔合等面积型裂纹深度的不同而选用，坡口要求规则平滑并缺陷的检出率较高，宜检验较大厚度的工件，用３％的硫酸或硝酸酒精清洗；适０炭弧气刨可对但是对于铸钢、氏体不锈钢材，奥由于粗大晶粒较深的裂纹进行多次吹割，这种方法操作简便，的晶界会反射声波，幕上出现大量的“ 在屏草状速度快，口内往往有渗碳层，但坡要用异型砂轮回波” 容易与缺陷波混淆，影响检测可靠性，磨削。，为了防止过热引起变形和裂纹扩展，炭弧限制了超声波探伤方法在铸钢制水轮机转子叶气刨必须间断使用。坡口的形式应遵守焊接工片上无损检测的应用。探测频率越高，杂波就越艺的一般要求，主要根据裂纹情况、部位和铲显著，为了减小晶界反射波的影响，我们采用了除及施焊方便而定。裂纹清除后应进行着色探低频探头（５ｚ２ＭＨ）．￣转子进行超声波探伤，伤以确认裂纹是否全部清除干净。发现反射信号以后再用高频探头（ｚＳ）定ＭＨ进行４．３补焊工艺量，证明这是可行的。实践铸钢件超声波探伤衰叶片补焊可采用两种方法，是同种材料一减很大，探伤时只有满足以下条件才能检测，则热焊，方法工艺较复杂，这种要进行焊前预热和底波与林状回波至少应有３分贝差。Ｏ焊后热处理，接条件较恶劣，焊但是由于补焊焊３２渗透探伤缝的填充材料和被补焊母材基本一致，因此，在渗透探伤方法简单易行，直观，于使用过程中出现问题的可能性较小；另一种是显示适合大型和不规则工件的检查和现场检修检查。但奥氏体焊条进行冷焊。冷补焊工艺简单，生产周是，渗透探伤方法是利用渗透能力强的彩色渗期短。补焊焊接过程中不发生相变，冷且焊缝的透液渗入到裂纹等缺陷的缝隙中，再利用吸附塑性较好。因此，案可不预热，该方简化了补焊能力强的白色显像剂，渗透液吸出来以显示工艺，了铸钢件受到大的热作用，将避免从而减小缺陷的，因此，只能检查表面开口的缺陷。了被焊件的应力和变形。奥氏体焊条冷焊工艺３－３磁粉探伤简单，但是补焊金属强度低于母材，由于不预且磁粉探伤方法是利用工件磁化后，在材料热冷焊，区的冷却速度较大，近缝不可避免在补中的不连续部位（包括缺陷造成的不连续性和结焊的近缝区产生淬硬组织，给补焊接头的性能构、形状、等原因造成的不连续性）材质，磁力线带来不利影响。会发生畸变，部分磁力线有可能逸出材料表面４．冷焊工艺．１３形成漏磁场，这时在工件上撒上磁粉，漏磁场就裂纹确认清除干净、开坡口，后按下列顺序会吸附磁粉，形成与缺陷形状相近的磁粉堆积，进行补焊：从而显示缺陷。因此，粉探伤适用于铁磁材料磁ａ补焊区域进行预热，）对预热温度为１００探伤，可以检出表面和近表面缺陷，但是有些部１０Ｃ，ｑ对挖补区域可采用局部加热，５可用履带位由于难以磁化而无法探伤。加热器进行加热，履带加热器，若无也可用乙炔综上所述，为了保证水电机组的安全运焰在坡口处来回移动加热。行，到各种探伤的优点和局限性，考虑水轮机转ｂＡ３７）．焊条进行补焊，用０ �

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。

水轮机转轮裂纹产生原因分析及其处理

运行与维护102丨电力系统装备 2020.20Operation And Maintenance电力系统装备Electric Power System Equipment2020年第20期2020 No.201 水轮机转轮产生裂纹的危害1.1 威胁水电站的安全转轮结构的稳定运行对水力发电效率与质量的保障有着很大影响，也是保障水轮机安全运转的关键因素。

如果转轮在运行中出现裂纹情况，如果相关人员没有对其进行及时的处理，那么就会给水力系统的安全造成威胁，同时还会间接影响水电站内人员的人身安全。

因此需要管理及维护人员能够及时针对裂纹产生原因，进行及时妥善的处理。

1.2 降低发电效率与质量转轮出现细小的裂纹情况，还会给水轮机的发电效率与质量造成一定影响。

当裂纹出现后，水电站需要投入部分精力与时间用在转轮的维修及管理方面，不仅会给水力系统的正常运行带来一定阻碍，还会降低电能质量。

另外，对转轮进行裂纹处理还会间接影响水电站的经济效益，增加维修及管理成本，所以需要电厂管理及维护人员能够对转轮裂纹的处理方案进行合理规划。

2 水轮机转轮产生裂纹的原因除了转轮结构材料的选择问题以及设计问题，对水流、水压控制不到位也会造成转轮裂纹的出现，下面文章就对这几种原因进行分析，以此来为相关裂纹防控方案的制定提供帮助。

2.1 转轮材料选择有误水轮机在水力发电系统中扮演着重要角色，需要相关制造及生产人员能够对其中涉及到的零构件质量提供保障。

但是个别生产部门在制造转轮的过程中会出现材料选择失误情况，一方面是因为水电站没有对转轮材质提出严格的要求，使得性质相似的材料被应用到了转轮的制造中。

另一方面是因为水电站没有对有特殊要求的转轮信息进行进一步的明确，使得转轮材质存在差异性问题。

而这些情况的出现都会间接导致转轮在后期使用中出现裂纹现象，不仅影响了水力发电系统的平稳运行，还间接增加了转轮的使用成本。

2.2 转轮结构存在漏洞水轮机转轮的制造对焊接工艺的要求较高，需要制作人员能够按照规范的流程步骤保证转轮焊接的精准性与稳定性。

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。

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。

水轮机转轮裂纹产生原因分析及处理

水轮机转轮裂纹产生原因分析及处理【摘要】国网江西省电力公司柘林水电厂水轮发电机组为上世纪70年代初投产，现已经运行超过40年，长期运行和频繁开停机影响了机组的使用寿命，近年该厂4台机组均出现不同情况的故障，特别是机组的异常振动出现多次，且直接导致水轮机转轮产生多处裂纹。

【关键词】水轮机;振动;原因分析;转轮裂纹；处理工艺1、水轮机振动及转轮裂纹产生概况柘林水电厂水轮发电机组均为上世纪70年代生产，由江西电机厂生产，水轮机型号为HL240-LH-410，配套发电机为TS900/135-56，结构为半伞式机组。

2013年5月，该站运行人员巡检时发现上导处摆度较大，测量为0.025mm （正常值为小于0.015mm），且水导处振动明显、摆度异常，为此对机组进行全面检查，检查发现转轮叶片15条裂纹，且均为贯穿性裂纹，最长裂纹为150mm，最短的40-50mm，裂纹出现的部位基本相同，均在叶片出水边靠近上冠处。

2、机组产生异常振动及裂纹的原因分析通过检修分解水导油槽，发现水导瓦托盘与轴有刚性摩擦现象。

测上导瓦间隙偏大。

大修过程中，维修人员发现：对发电机推力轴承人工打受力时，出现了一个很奇怪的现象：“均匀用力打紧抗重螺栓，打几圈时每次螺栓的移动距离符合标准了，再打几圈，数据又全乱了；继续调整，又可以符合标准，如此周而复始”。

分析打受力的数据以及水平仪的数据，发现+Y方向周期性的翘起。

经过对该机组解体和试验时发现机组转轮、轴线、中心、推力受力水平、导水机构等均存在问题。

且发现发电机转子在静态下就存在不平衡。

机组中心偏移和受力不好等导致了机组的异常振动、摆度偏大，而机组的异常振动直接导致了水轮机转轮裂纹的发生。

3、机组转轮裂纹处理针对以上原因得出的结论是该机组转轮裂纹的出现主要由于静不平衡与动不平衡导致，为此经将机组的动静平衡调整后，及时处理转轮裂纹使叶片承受的循环应力不超过叶片疲劳极限，从而减少水力激振因素引起的转轮振动，并根据该机组的现场环境及实际情况拟定处理方案如下。

水轮机叶片裂纹原因分析及现场修复措施

水轮机叶片裂纹原因分析及现场修复措施发表时间：2018-10-25T17:15:15.383Z 来源：《防护工程》2018年第19期作者：杭天培王乾坤[导读] 近年来，华能雨汪电厂在长底水电站水轮机大修中发现水轮机转轮的叶片频繁发生裂纹，严重威胁水电站的安全经济运行云南滇东雨汪能源有限公司华能雨汪电厂云南省曲靖市 655507摘要：近年来，华能雨汪电厂在长底水电站水轮机大修中发现水轮机转轮的叶片频繁发生裂纹，严重威胁水电站的安全经济运行，本文对长底水电站水轮机转轮叶片裂纹产生的原因进行分析及并对其进行现场处理，消除事故隐患，保证了机组安全稳定运行。

关键词：裂纹转轮叶片水轮机坡口一、引言华能雨汪电厂长底水电站长底水电站装机规模4×4.5MW,水轮机型号为ZDJP502～LH～250(0°),设计参数：水头15m，额定转速214.3r/min，飞逸转速 472r/min，额定出力 4737kW，额定流量 34.61m3/s，2010年1月份投产，在历次大修中发现每台水轮机转轮叶片根部均存在裂纹现象，1号机组有3只叶片根部发现裂纹，2号机组、3号机组、4号机组有1只叶片根部焊缝发现裂纹。

二、裂纹产生原因分析通过对比每台机组叶片根部焊缝裂纹，裂纹分布在距叶片上冠约220mm处，长200～400mm，该位置正处于转轮叶片应力集中区。

一般转轮叶片存在四个高应力区，它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。

对裂纹打磨发现，焊缝内部存在条状缺陷，有的约3mm左右气孔、夹渣缺陷，在外部应力的作用下可能会成为裂纹源，造成裂纹的产生。

转轮结构图（图1）裂纹示意图（图2）三、修复方案1、焊材的确定转轮材质为ZG230-450，叶片材质为0Cr13Ni4Mo，转轮直径800mm，长1200mm，叶片根部厚度75mm，转轮为铸钢材料，焊缝为异种钢焊接，根据一般异种焊接匹配原则，选择焊材为A102，A102是钛钙型药皮的Cr19Ni10不锈钢焊条。

水泵水轮机转轮裂纹成因分析及处理

水泵水轮机转轮裂纹成因分析及处理发表时间：2019-07-16T15:40:04.027Z 来源：《河南电力》2018年23期作者：吴浩[导读] 近些年水轮机转轮出现多起裂纹问题，使机组被迫停役。

转轮裂纹的出现，不仅为机组的安全稳定运行带来了极大的威胁，为抽蓄电站的正常经营带来了经济损失和社会损失，所以要想确保水电站安全稳定运行，必须通过无损检测技术对水轮机转轮定期探伤，及时发现并有效处理转轮裂纹问题。

（江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司江苏 213300）摘要：近些年水轮机转轮出现多起裂纹问题，使机组被迫停役。

采取有效的预防控制措施，确保机组运行安全性和稳定性。

关键词：水泵水轮机；转轮裂纹；成因；处理1水泵水轮机转轮裂纹成因分析1.1转轮形状变形转轮的出水叶片相较于整个转轮的其他部分，是整个转轮的强度最低的位置，同时该位置由于叶片出水时会收到水面的张力等方面的因素，导致该出是整个转轮结构中应力最为集中的区域，同时该处还会受到水流长时间的侵蚀，由于长时间水流侵蚀的原因还会导致该处的厚度减少，导致该处的应力结构发生变化。

1.2振动方面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。

1.3负载超出材料最大负荷负载超出额定的最大负载也是导致转轮出现裂纹的重要原因，这是由于设计师在进行转路基设计的时候没有充分地考虑到负载增大的问题，当出现特殊情况时，应力超出了机器的最大负载，进而导致转轮的叶片受损。

混流式混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施

混流式混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施发表时间：2019-12-02T11:11:28.400Z 来源：《电力设备》2019年第15期作者：宋伟瑜[导读] 摘要：随着各领域的快速发展，对资源的消耗越来越快，水电站的发展越来越普及，成为了社会主义建设中不可或缺的重要组成。

(GE水电中国天津 300300)摘要：随着各领域的快速发展，对资源的消耗越来越快，水电站的发展越来越普及，成为了社会主义建设中不可或缺的重要组成。

转轮是抽水蓄能电站混流式水轮机中的核心部件，在实际的运行过程中，由于机组发电和抽水工况频繁正转和反转，运行工况复杂，混流式水轮机转轮作为混流式水轮机重要受力结构部件，该区域在机组运行中容易发生裂纹，近些年混流式水轮机转轮出现多起裂纹问题，使机组被迫停役。

转轮裂纹的出现，不仅为机组的安全稳定运行带来了极大的威胁，为抽蓄电站的正常经营带来了经济损失和社会损失，所以要想确保水电站安全稳定运行，必须通过无损检测技术对混流式水轮机转轮定期探伤，及时发现并有效处理转轮裂纹问题。

采取有效的预防控制措施，确保机组运行安全性和稳定性。

关键词：混流式混流式水轮机；转轮裂纹原因；预防措施引言转轮是水轮机中的核心部件，在实际的应用过程中，由于转轮裂纹的频繁出现，不仅为机组的正常运行带来了极大的威胁，同时也为水电厂的正常运营产生了经济损失。

所以要想确保水电站安全、稳定的运行，那么势必要对水轮机转轮裂纹的问题给予高度的重视，分析裂纹出现的具体原因，采取有效的预防控制措施，避免裂纹的出现，进而提升水轮机运行的安全性与稳定性。

1混流式水轮机转轮概述由于水头型号、流量大小上存在的不同，混流式水轮机所配备的转轮形状也存在着差别。

在一般情况下，水头越高，转轮的叶片高度就要随之适当的降低，同时也要增加其长度，这样在转轮中，水流的流动也会趋向于幅向流动。

水头高度的降低，也需要转轮的叶片长度变短，同时增加其高度，这样转轮中水流的流向也会趋于轴流方向。

水轮机转轮裂纹的原因及预防措施

主轴一阶扭振重合，可引起幅动应力。出现这种情况，应采取向导叶后补气，加快起动速度，加大起动
开度，加强叶片根部以增加其抵抗外力的能力等措
施加以预防。补气除了衰减压力脉动外，还能消除水流动态变异、脱流引起的真空、空腔、空化和空蚀破坏。日本在尾水管锥管进口安装几个紊流板并通
而小开度下的尾水管压力脉动频率对下环却可
一
５～
工艺与装备
上海大中型电机
能带来影响，某水电站４００ＭＷ混流式水轮发电机
组转轮叶片出水边与下环问的交根焊缝开裂后，裂纹向下环区发展也许与此有关。但是，只要叶片不
果。也就是说叶片承受动载荷的能力不足时，将可能出现叶片裂纹。叶片疲劳来源于作用其上的交变
０．１％～０．２％，不仅防止裂纹发生，还使空蚀强度减
少到１／５～１／７。
载荷、而交变载荷又由转轮的水力自激振动引发，这可能是卡门涡列、水力弹性振动或水压力脉动所诱
叶片裂纹提供了宝贵经验。
是一项十分紧迫的课题。
１转轮裂纹的产生原因１．１混流式水轮机转轮对于混流式水轮机转轮产生裂纹的原因有以下
几方面。１．１．１水力方面

水轮机转轮开裂事故原因分析和经验教训

2 “第电技 } 3 0 年3期气术7
产品与应用应用案例
相同应力条件下，高应力比状态的裂纹扩展数率要比低应力比时高的多，也就是应力场中应力比越高，疲劳裂纹扩展越快。而残余拉应力的存在，将使应力比大大提高。裂纹平直的外观也可证明这一点。 3. 铸造缺陷该叶片是 20 世纪 80 年代初铸造的，当时采用电炉炼钢，没有精炼设备，钢水纯净度不好，虽然化学成分，机械性能和超声波探伤均合格，但存在夹杂物较多，断口上发现小的铸造缺陷。由于叶片根部补焊区域坡口位置存在未溶合缺陷，在机组振动产生的动应力和补焊产生的残余应力共同作用下，从缺陷处萌生出裂纹，加上叶片铸造缺陷，便促使裂纹不断扩展，最终导致疲劳开裂。经验教训大型水电水轮机组的水轮机，特别是低水头轴流式，如大化、三门峡、富春江等电站都出现过转轮叶片裂纹，严重威胁电站安全运行。有的被迫停机几个月，甚至在丰水期运行巧天左右便停机一次处理裂纹，经济损失很大。裂纹的补焊、铺焊、打磨、修型等工作量巨大，劳动强度也很大，还难于保证质量。有时在补焊后，运行很短时间就又开裂了 ( 如前所述补焊后只运行了 2 年) 。由于振动产生裂纹和噪声的原因非常复杂，当今世界还没有特别有效的和通用的解决办法。采用综合分析方法，包括统计法、排除法、流动模拟、动静力分析、流态观测以及模型试验等可以找到原因，还可以实现增
容改造。
转轮叶片强度，特别是抗动载荷的能力不足，就容易产生疲劳破坏。测量转轮叶片的动载荷谱，确定
振动源，采取有效措施，减少或消除动载荷幅值，是防止裂纹的根本办法。 2，工艺方面 ( 1 精炼铸造 ) 铸件的气孔、沙眼、疏松、缩孔等以及边缘尖角未导源等，都是很难避免的，都是引起和加速裂纹发展的内因，应当采用现代精炼铸造工艺，此外，还要合理的设置浇口和冒口。 ( 2 ) 局部焊透焊后残余应力不仅对结构钢度有影响，对结构疲劳强度、焊接加工精度、尺寸稳定性以及应力腐蚀开裂等均有影响。采用局部焊透可以减小残余应力，并且已经成功应用于三峡机组。 ( 3 ) 预留裂纹采用预留裂纹法可以减小过高的残余应力。我国己经掌握初始裂纹长度的确定技术，根据断裂力学理论，运用相关软件，就可以决定各焊件之间的初始预留裂纹长度。

水轮机叶片裂纹产生原因及对策

水轮机叶片裂纹产生原因及对策肖绍文【摘要】水轮机叶片裂纹普遍存在,严重的裂纹将对电站造成较大的安全隐患.本文通过对水轮机转轮叶片运行过程中产生裂纹的原因分析,得出焊接工艺不佳与设计缺陷通常是叶片裂纹产生的主要原因.此外介绍了水轮机叶片裂纹修复的方法,处理后运行中未在出现裂纹,取得了良好的效果.【期刊名称】《湖南工业职业技术学院学报》【年(卷),期】2017(017)005【总页数】3页(P5-7)【关键词】水轮机叶片;裂纹;焊接【作者】肖绍文【作者单位】福州大学机械工程及自动化学院,福建福州 350002;福建水利电力职业技术学院,福建永安 366000【正文语种】中文【中图分类】TK733.3水轮机转轮裂纹普遍存在，早年在国外有过报导，大多认为是疲劳引起的[1]。

一般认为设计、制造、运行等环节均有可能导致裂纹的产生,但最主要的原因是铸造或者焊接环节缺陷所导致。

水轮机转轮裂纹大都发生在叶片进出水边附近，或叶片与上冠下环交接处等。

裂纹的存在会降低叶片的机械性能，当裂纹扩展成穿透性时，往往容易造成叶片断裂事故，影响电站的安全运行，危害极大。

因此，在检修期间需要对叶片进行无损探伤检查，具体分析裂纹产生原因，及时清根焊接修磨检查，确保机组的安全有效运行。

安徽某电站总共装设4台立轴混流机组，单机250MW。

水轮机均为哈尔滨电机厂生产，最大工作水头为220m，最大功率为268MW,额定流量151m3/s。

转轮叶片数均为9个，材质为ZG00Cr13 Ni4Mo。

电站在2014年C级检修中对3号机转轮的9个叶片采用金属监督PT探伤，发现1号叶片工作面进水边与下环焊缝根部有一处表面裂纹，长约40mm，裂纹宽度使用0.02mm塞尺无法进入。

其他叶片未发现超标缺陷。

对此裂纹进行了UT（超声波）探伤，初步测定结果：该缺陷为线状裂纹，为焊缝内部缺陷，暂未扩展到转轮过流表面，沿焊缝长度方向裂纹长700mm（不连续），距转轮过流表面平均深度27.1mm，裂纹本身深度1.9mm-15.7mm不等，如图1所示。