某电站大型混流式水轮机转轮止漏环加固工艺

某电站大型混流式水轮机转轮止漏环加固工艺摘要:介绍转轮上止漏环出现脱落的情况,结合现场处理经验总结加固工艺和方法,降低同类型机组转轮上止漏环出现脱落的风险。

关键词:混流式水轮机转轮止漏环加固

混流式水轮机转轮止漏环一般采用热套工艺进行装配,由于磨蚀及运行中动应力的影响,止漏环容易出现磨损、裂纹甚至脱落现象。由于转轮止漏环与顶盖固定止漏环间隙小,当止漏环出现上述缺陷时,无法在机坑内对其进行修复,必须对整个机组进行拆卸并吊出转轮才能进行后续止漏环修复工作,不仅牵涉的范围大,而且工期长,降低了机组利用时间。因此,在机坑内对止漏环进行加固能够有效降低止漏环缺陷导致大修的风险,提高机组长期、安全、稳定运行的可靠性。

1 概况

某水力发电厂水轮机为混流式,额定水头80.6m,额定流量991.8m3/s,额定转速75r/min,转轮直径9.8m。机组运行过程中,运行监控系统频繁报出“水轮机顶盖振动报警”。现场检查发现水车室内有很大噪音,蜗壳及锥管进人门处有较大撞击声,查询趋势分析系统数据显示上导、水导、顶盖振动值均异常升高,顶盖振动平均增大8倍,尾水下游压力脉动增加4倍,蜗壳水压脉动增大了3倍。机组停机排水后,对水轮机流道进行检查,发现转轮上止漏环已断裂,悬挂于转轮上冠与顶盖固定止漏环之间。由于停机状态不具备更换止漏环的条件,因此

对该机组进行扩修处理,将转轮吊出机坑后更换转轮上止漏环,同时对顶盖固定止漏环进行补焊和机加工处理。

鉴于电厂内仍有多台此类型机组投运,存在止漏环脱落风险。为保障机组安全稳定运行,决定对其它机组实施转轮止漏环加固项目。通过现场模拟试验结果、强度校核计算以及厂家建议的施工工艺,最终采用封焊止漏环下缘的方案。封焊加固后止漏环变形量良好,焊接质量合格,止漏环强度得到有效提高。

2 加固工艺及流程

总体加固项目分两阶段进行,一阶段:对两台机组转轮上止漏环进行了封焊加固工作,完工后对工艺进行评估,然后在此基础上进一步改进工艺和方法;二阶段:完成其余机组转轮上止漏环封焊加固工作。

2.1 一阶段加固情况

(1)首先进行止漏环修前检查。若转轮上止漏环无断裂、裂纹、错位、变形、松脱缺陷,且止漏环间隙合格无严重磨损时,方可继续上止漏环加固。否则,应采取相对应的措施对止漏环进行修复或更换。

(2)采取角向砂轮机手工打磨的方式制备坡口。坡口制备过程中,制作并使用专用模板严格控制坡口成型,保证坡口质量符合工艺要求,坡口形状和控制如图1所示。

(3)坡口制备后,对焊接坡口进行渗透探伤检查,如有裂纹应打磨清根。探伤合格后,对焊接坡口进行清理,去除坡口区域30mm范围内的水、油、锈、探伤液等有害杂质。

(4)采用温控式加热板对焊接区域进行预热,预热温度不得低于100℃。焊接过程中,采用无摆动,多道焊进行焊接,层间温度不高于250℃。层间接头至少错开10mm,每焊完一层须彻底清除熔渣,并对焊缝进行仔细检查,确认没有缺陷后再焊下一层。严格控制预热温度和层间温度。焊接工艺参数见表1。

(5)四名焊工在互为90°方向的工作面同时沿逆时针施焊。为有效控制焊接变形,采用对称方向间断焊完成整个止漏环下缘的封焊作业。每段焊缝长100mm。

(6)焊前,在止漏环下缘圆周方向均匀选取测点,测量止漏环间隙并做记录。焊后复测止漏环间隙,监视并详细记录其变形量。

(7)焊缝打磨清理后进行PT探伤检查,如探伤后焊缝存在裂纹缺陷,需对缺陷区域重新打磨、焊接,直到缺陷修复。

通过一阶段止漏环加固项目实施情况可以发现,止漏环焊后变形较为明显,主要表现在止漏环上部向外扩张,间隙明显减少,平均减幅0.50mm,而下部受焊缝拉应力限制变形量较小,变形示意图如图2虚线部分所示。

2.2 二阶段加固情况

总结一阶段止漏环加固经验,对工艺进行重新评估并校核,进行了如下改进。

(1)坡口制备方式未做改变,仍采取角向砂轮机手工打磨的方式。坡口形式由50°“V”型坡口改为“U”型,坡口深度和宽度较以前均有所减小,坡口打磨过程中,使用专用模板反复校核,使坡口成型满足工艺要求,如图3所示。

(2)焊接方法由手工电弧焊改为钨极惰性气体保护焊(GTAW),保护气为纯氩气,取消了焊前预热,焊丝型号ER316L,直径2mm。工艺参数如表2所示。

(3)细化焊接顺序,先进行对称定位焊,每段长度100mm,然后使用分段退步焊完成打底层、填充层、盖面层的焊接。

按照改进后的工艺进行止漏环封焊加固后,焊接变形量大幅降低。转轮上止漏环上端面间隙略有减小,最大减幅为0.15mm,平均减幅0.06mm,下端面间隙略有增加,平均增幅不超过0.10mm以内,间隙值均在机组设计范围内。

3 结语

对比一、二阶段加固情况可以看出,改进后的工艺方案对控制焊接变形效果显著。

(1)坡口截面形状由“V”形改为“U”形,坡口深度均由10mm减小到5mm,宽度由9.3mm减小到6mm;减少了填充金属量,减小了焊接变形量,另外,“U”形坡口便于角向砂轮机打磨,有利于减少坡口制备的工作量。

(2)取消焊前预热,焊接方式由手工电弧焊改为钨极惰性气体保护焊,热输入量容易控制,减小了热量输入,有利于控制焊接变形量,另外减少热量输入也一定程度上减少渗水现象。

(3)细化焊接工序,增加定位焊,可减小后面打底焊接和填充层焊接带来的止漏环变形。

(4)转轮上止漏环加固仅能降低止漏环脱落风险,要彻底解决上止漏环脱落问题,还需在机组A修工作中进行彻底的修复。

参考文献

[1] 李启荣.水电站机电设备运行与检修技术问答(上、下)[M].2007.08.

[2] 叶福新.混流式机组转轮上部止漏环脱落原因分析及处理[J].水电站机电技术,2009.10.