混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施
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。
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。
混流式水轮机转轮裂纹原因和分析
混流式水轮机转轮裂纹原因和分析水轮机转轮，尤其是中、高比转速混流式水轮机转轮中的裂纹现象，在世界各地普遍存在。
国外例子有埃及的阿斯旺高坝、美国的大古力800MW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出现了裂纹。
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 产生裂纹的原因但是为什么会产生裂纹呢？通过人们的许多研究，提出了一些假设，主要分为规律性裂纹和非规律性裂纹。
规律性裂纹主要是指叶片上的裂纹具有大体一直的规律，几乎所有叶片都有，裂纹的部位和走向也大体一致。
非规律性主要是指裂纹只要集中在个别的叶片上，部位和走向也基本不一样。
主要产生裂纹的原因主要有以下原因：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，端口呈现明显的贝纹。
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发，这坑呢个是卡门涡列、水力弹性振动或者水压脉动所诱发。
1.2 非规律性裂纹非规律性裂纹有的呈网状龟裂纹，有的呈脆性断口，也有的呈疲劳贝壳纹。
这类裂纹多数由材料不良或制造质量缺陷造成。
2 裂纹的处理(1)裂纹处理的关键是找出产生裂纹的根本原因，对症下药。
非规律性的裂纹一般比较好分析。
难的是规律性裂纹，究竟是哪些原因起主导作用。
最有力的手段就是破坏部位的动应力测试。
从应力频谱中分解出构成动应力主要分量的频率和幅值，进而跟踪查出相应的水力激振源。
(2)裂纹的焊补工艺非常重要。
埃及阿斯旺高坝工程的12台混流式水轮机转轮曾发生过严重裂纹。
原美国阿里斯查摩公司为其更换了其中6台。
法国电力公司采用合理的焊补工艺、焊接材料，在有经验的工程师指导下，由优秀焊工操作成功地修复了其他6台。
很显然，两者处理效果相当而后者成本大为降低，焊补工艺的重要性由此可见一斑。
(3)转轮裂纹，尤其是高应力区的裂纹，一经发现就应尽可能早的焊补处理。
混流式水轮机转轮裂纹原因及预防措施的探讨
２ 转轮裂纹现象
Hale Waihona Puke 水轮机 叶片 承受 的交变应力 大 ． 在各种稳定 转轮为全不锈钢分瓣铸焊结构 ． 撑 ｌ 叶片和相对的 ＃ ７ 叶片对称分剖． 动 区附近运行时间较长 ． 如卡 门涡 、 尾水管涡带振动 、 转轮进 口压 共 １ ３ 个 叶片转轮上冠、叶片 、下环的材质均为 ＡＳ Ｔ ＭＡ ７ ４ ３ ＭＧ ｒ ａ ｄ ｅ Ｃ Ａ一 与非稳定水流 的激振作用下 ， 力 的波动等 因素产生 的干扰激振力使水轮机叶片产生振动。 当激振频 ６ ＮＭ马氏体不锈钢 共振的发生极易导致结构 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． 率与叶片 的固有频率接近时将会产生共振 ． 件 的破坏 。由此产生 的动应力是叶片产生裂纹的另一个重要 因素 。 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 ． ５ 焊接处理 的影响 叶片采用数控机床加工 ． 叶片最大厚度为 １ ８ ８ ａ ｒ ｍ 转轮下环为分 ３ 处理转轮叶片裂纹的传统工艺是对缺陷部 位进 行彻底地清理 、 打 瓣铸造 ． 整体加工 ． 分瓣面在厂 内开坡 口。 工地焊接 转轮在厂 内粗平 然后补焊 。焊接过程 中需进行焊前预热、 焊中保 温 、 焊后消氢等控 衡， 工地精平衡时允许不平衡力矩为 ４ ５ ５ Ｎ． ｍ。为减小上冠水推力 ， 在 磨 ， 但是不 断地加热 、 焊 接、 打磨也造成 了转轮 内应力 的增 加 ， 一 顶盖上设置 了减 压板 ． 减压板 的设计经模 型试验验证 ． 排除 了机组 飞 制措施 ， 定程度上导致了裂纹的重复发生 逸时转轮上浮现象 ． 满足用户对转轮水推力的要求 ． ６ 负荷频繁调整的影响 泄水锥采用 薄钢板 焊接 ． 除法兰板外 ． 其余钢 板厚度仅为 ２ ０ ａ ｒ ｍ， ３ Ａ Ｇ Ｃ控 制实质 上是根据 系统负荷 “ 差值 ” 进行调 节 ． 而系统 负荷 且导 流钢板不 与转轮上 冠 出水 Ｅ ｌ 焊接 ． 间隙为 ３ ３ ｍ ｍ． 作 为上 冠泄漏 总在不断地变化 ． 新 的负荷给定值总在不 断地 下发 ． Ａ Ｇ Ｃ的调 节将不 水通道之用 断进行 。 因此 。 发 电厂在投入 ＡＧ Ｃ后 ． 机组运行 时“ 调节过程 ” 所 占的
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。
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 ， ａ ｒ 水边 正面的 中部 、 出水边 背面靠近上冠 处 、 小于 ６ ｍ，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 ４ ６ ｍ －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（５ ｚ ２ ＭＨ） ． ￣ 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（ ｚ Ｓ ） 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 ３ ２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 ．１ ３ 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 １０ ０ 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 ｂ Ａ３７ ） ． 焊条进 行补焊 ， 用 ０ �
混流式水电站水轮发电机组的常见故障与维护
混流式水电站水轮发电机组的常见故障与维护摘要：随着能源需求的增长，为调节供需矛盾，国家投资兴建了各种类型和规模的水电站，混流式水电站为其中的一种。
在此类水电站中水轮发电机组为关键设备，其机组构成复杂，任何部件出现问题均会影响其运行状态。
很多混流式水电站水轮发电机组都伴随着转轮裂纹、顶盖积水等故障，增大了机组的运行风险，影响了水电站的正常运行。
基于此，本文针对混流式水电站水轮发电机组的常见故障展开了分析，提出了可行的维护措施，有利于提高机组运行效率。
关键词：混流式水电站；水轮发电机组；故障；维护水电站为我国相对常见的项目，许多都为混流式水电站，这类型水电中配备了多种设备，促进了水力向电力的转换，实现了电力生产方式的变革。
水轮发电机组作为混流式水电站中的核心构成，其承担着重要的生产任务，为保障水电站的正常工作，该机组必须保持最佳的运行状态。
目前许多混流式水电站都越发重视水轮发电机组的故障处理、日常维护，展开了一系列的工作创新，未来各水电站需根据其水轮发电机组的故障类型、原因及特征，构建更为科学的维护与检修工作体系。
1.混流式水轮机常见故障1.1混流式水轮机转轮出现裂纹的原因分析转轮裂纹为水电站比较常见的故障，此类故障一般由以下因素所导致：（1）转轮焊接不佳。
混流式水轮机转轮可选择的型号或者水头相对较多，不同转轮存在构造、制作材料、加工工艺差异。
水电站内的转轮大部分都为焊接形成，转轮的上冠、叶片、下环均为独立制作的零部件，不同零部件最终通过焊接组装形成整体性结构。
这一方式的经济性突出，且材料用量大大减少，但对焊接质量的要求较高，如焊接工艺不达标，识别会引发转轮裂纹[1]。
（2）转轮变形。
水轮机运行中如转轮受到外部作用力，可能发生或大或小的变形，而此同样会加剧裂纹的形成。
如转轮叶片本身的强度分布不均，局部位置脆弱，在转轮运行时可能导致局部较大的负荷压力，在持续作用下也将使转轮出现裂纹。
（3）超负荷运转。
大型混流式水轮机转轮裂纹原因分析及对策
转轮 为全 不锈 钢分瓣 铸 焊 结 构 ， 样 ｌ叶片 和 相 对 的＃ ７叶片 对称 分剖 ， 共 １ ３个 叶 片转 轮 上冠 、 叶
片、 下 环 的材质 均 为 Ａ Ｓ Ｔ Ｍ Ａ ７ ４ ３ Ｍ Ｇ ｒ ａ ｄ ｅ Ｃ Ａ一
阳 新 峰
（ 雅砻江 流域水 电开发有 限公司 ， 四川 成 都 ６ １ ０ ０ ５ １ ）
摘 要： 水轮机转轮裂纹的产生对机组整体安全运行 有着重 要影响。以二滩水 电站水轮机裂纹处 理的工作实践 为基础 ， 分
析 了裂纹产生的原 因， 总结了裂纹处理和预防的措施 ， 对 同类 电站设备 的运行维护与管理有一定的借鉴作用 。
板厚 度仅 为 ２ ０ ｍ ｍ， 且 导 流 钢板 不 与 转轮 上 冠 出
二 滩水 电站 是 四川 电网 目前 已建成水 电站 中 调 节性 能较 好 的特 大 型 骨 干 电 源 ， 现 年供 电量 占
四川全 省 电力用 户年 用 电量 的 １ ３ ％左右 ， 不仅 每
水 口焊接 ， 间 隙为 ３ ３ ｍｍ， 作 为 上冠泄 漏水 通道 之
关键词 ： 二滩水 电站 ； 水轮机转轮裂纹 ； 原因分析 ； 对策 中图分类号 ： Ｔ ｗ ； Ｔ Ｖ ７ ３ ４； Ｔ Ｖ ７ ３ ８ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ １ － ２ １ ８ ４ 【 ２ ０ １ ３ ） 增 ｌ ６ ９ ３
１ 概
述
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 。上 冠 采用 ４个
混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措
一直以来，水轮机的转轮出现裂纹都是水电站中普遍现象，无论是国外还是国内都屡屡出现这种现象。
比如国内的小浪底、二滩等一些大型水电站，投入了水轮机使用后转轮都出现了不同程度裂纹，严重影响到了电站安全运行与经济效益。
因此，探析混流式水轮机出现裂纹原因以及预防措施具有实际价值。
1工程概述太平江一级水电站为BOT 项目。
位于缅甸东北部克钦邦境内的太平江上，项目距离中缅边境2.5公里。
电站上游为中国云南省德宏傣族景颇族自治州盈江县，电站距中国盈江县城、瑞丽市、德宏州、昆明市、缅甸八莫市的公路距离分别是90km 、170km 、241km 、876km 、60km 。
位于克钦邦第二特区政府势力管辖范围。
太平江一级水电站为单一发电工程，电站装机容量240MW （4×60）。
工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。
主要建筑物有导流洞、大坝、进水闸、引水隧洞、调压井、压力管道、厂房及开关站。
总投资约16.39亿人民币。
电站设计年利用小时数为4500h ，设计年平均发电量为10.70亿度。
该电站使用了混流式的水轮机后不久出现了机转裂纹，影响到正常运行。
2造成转轮裂纹的原因分析2.1轮转结构对于混流式的水轮机而言，比较关键部件就是转轮，水轮机主要是由叶片、上冠及下环几个大类所构成的，如下图所示。
转轮的叶片、上冠及下环都采用了碳钢整体铸造之后加工。
但是伴随着增加了转轮的尺寸与重量，因此该水电站所用的大型混流式水轮机都使用了拼焊结构，也就是上冠，叶片，下环这个秩序加工制造之后组合焊接形成了转轮。
2.2转轮裂纹原因从产生裂纹情况来看，大多数的裂纹具有规律性，原因都是疲劳裂纹，其断口出现了明显贝壳纹。
转轮疲劳源自于叶片上出现交变载荷，而这种载荷又是由转轮水力自激振动造成，主要原因可能是水利弹性振动、卡门涡列及水压力脉动诱发。
1）卡门涡列；太平江一级水电站在2005年就投入了一台混流式水轮机，但是运行不久之后转轮的叶片出水根部就出现了几十条裂纹，通过分析发现在某一些水头下机组出力为5—8MW 时，叶片自振频率和出水边的卡门涡列频率耦合产生共振，必然增加了动应力，导致叶片因疲劳而开裂。
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。
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，尤其是中、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出现了裂纹。
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。
其产生的一般原因分述如下。
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发，这可能是卡门涡列、水力弹性振动或水压力脉动所诱发。
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。
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摘要：近些年，在我国快速发展的背景下，人们的生活水平不断提高，人们对水电厂各项设备安全性的重视度越来越高。
转轮是水电厂混流式水轮机的核心部件，其运行的安全性对水电厂的生产运营有着重要的影响。
在水电厂混流式水轮机的实际运行过程中，转轮经常会出现一些问题，例如裂纹、泥沙磨损以及气蚀等，这些都给水电厂的生产造成了很大的隐患。
本文主要先对水电厂混流式水轮机转轮常见的破坏问题及产生原因进行分析，进而探讨相应的维修措施。
关键词：混流式水轮机；裂纹原因；维修措施引言随着我国经济的不断发展，资源消耗的速度也在不断的加快，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。
1混流式水轮机之转轮概述转轮是各种类型水轮机正常运行不可缺少的核心部件，其主要功能就是将水能转换为机械能。
而且转轮也在一定程度上直接决定着水轮机的过流能力强弱、水力效率高低、运转工况的稳定与否以及汽蚀性能是否良好的关键因素。
在实际操作中，转轮的各个部分设计和制造必须要充分满足水力设计的型线要求，必须要具有高强度且具备较强的抗汽蚀的能力以及耐磨损的性能。
根据水轮机转轮所转换水流能量的形式不同，可以将水轮机分为反击式和冲击式水轮机两大类。
将水流的位能、压能和动能转换成固体机械能的水轮机称为反击式水轮机。
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。
水轮机转轮裂纹的原因及预防措施
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 ４ ０ ０ Ｍ Ｗ 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
混流式水轮机转轮裂纹产生的原因
混流式水轮机转轮裂纹产生的原因发布时间：2022-01-10T03:17:39.908Z 来源：《科学与技术》2021年28期作者：阿德力别克[导读] 混流式水轮机转轮，因采用铸造、分瓣焊接等工艺，阿德力别克（国家能源集团新疆开都河流域水电开发有限公司新疆库尔勒市 841000）【摘要】混流式水轮机转轮，因采用铸造、分瓣焊接等工艺，故使得自身存在许多可能导致叶片产生裂纹的因素，例如，由于铸造工艺不良引起的夹砂、气眼等缺陷，由于结构不合理而带来的焊接应力等。
在运行过程中叶片水力振动、机械振动可能引起的材料的疲劳应力，促使叶片在应力集中的地方产生裂纹。
【关键词】转轮；裂纹；对称分步施焊【Abstract】 there are many factors that may cause cracks in the blade of the Francis Turbine runner, such as sand inclusion and air hole caused by the bad casting technology, the welding stress caused by the unreasonable structure. In the process of operation, the hydraulic and mechanical vibration of the blade may cause fatigue stress of the material, which makes the Blade crack where the stress is concentrated.Key words: runner; crack; symmetrical step welding一、引言水轮机转轮做为水轮发电机组的重要部件，能量传输的重要载体，其连接的正确性以及转轮的叶片出水边与下环和转轮出水边与上冠的气蚀裂纹对机组的长周期安全正常运行起着至关的作用。
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。
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混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施
发表时间：2019-10-18T16:27:10.287Z 来源：《知识-力量》2019年11月46期作者：董哲[导读] 近些年，在我国快速发展的背景下，人们的生活水平不断提高，人们对水电厂各项设备安全性的重视度越来越高。
转轮是水电厂混流式水轮机的核心部件，其运行的安全性对水电厂的生产运营有着重要的影响。
在水电厂混流式水轮机的实际运行过程中，转轮经常会出现一些问题，例如裂纹、泥沙磨损以及气蚀等，这些都给水电厂的生产造成了很大的隐患。
本文主要先对水电厂混流式水轮机转轮常见的
破坏问题及产生原因进行分析，进而探讨相应的维修
（华北水利水电大学，河南省郑州市 450045）
摘要：近些年，在我国快速发展的背景下，人们的生活水平不断提高，人们对水电厂各项设备安全性的重视度越来越高。
转轮是水电厂混流式水轮机的核心部件，其运行的安全性对水电厂的生产运营有着重要的影响。
在水电厂混流式水轮机的实际运行过程中，转轮经常会出现一些问题，例如裂纹、泥沙磨损以及气蚀等，这些都给水电厂的生产造成了很大的隐患。
本文主要先对水电厂混流式水轮机转轮常见的破坏问题及产生原因进行分析，进而探讨相应的维修措施。
关键词：混流式水轮机；裂纹原因；维修措施
引言
随着我国经济的不断发展，资源消耗的速度也在不断的加快，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。
1混流式水轮机之转轮概述
转轮是各种类型水轮机正常运行不可缺少的核心部件，其主要功能就是将水能转换为机械能。
而且转轮也在一定程度上直接决定着水轮机的过流能力强弱、水力效率高低、运转工况的稳定与否以及汽蚀性能是否良好的关键因素。
在实际操作中，转轮的各个部分设计和制造必须要充分满足水力设计的型线要求，必须要具有高强度且具备较强的抗汽蚀的能力以及耐磨损的性能。
根据水轮机转轮所转换水流能量的形式不同，可以将水轮机分为反击式和冲击式水轮机两大类。
将水流的位能、压能和动能转换成固体机械能的水轮机称为反击式水轮机。
根据转轮区域水流运动方向的特征，反击式水轮机又可分为轴流式水轮机、混流式水轮机、斜流式水轮机以及贯流式水轮机。
其中混流式水轮机由于水头型号和流量大小的不同，其配备的转轮形状也存在区别。
一般而言，水头越高的话转轮的叶片高度就要适当减小且长度要相应增加，水流的流动在转轮中越加趋于幅向流动。
随着水头高度的降低，转轮的叶片长度要相应变短且高度要逐渐增加，如此水流流动的方向就越来越趋于轴流方向。
然而，不论是什么形状的转轮一般都是由转轮上冠、转轮下环、转轮叶片、上下止漏装置以及泄水锥和减压装置组成。
2水电厂混流式水轮机转轮常见的破坏问题及产生原因分析
2.1裂纹
裂纹是水电厂混流式水轮机转轮常见的破坏现象。
调查发现，混流式水轮机在运行一定的时间之后，其转轮都或多或少地会出现一些程度不一的裂纹，其中最容易出现裂纹的地方是转轮叶片与轮毂之间的过渡区，其次还有焊接缝和母材交接的部位、焊接根部受力最为集中的部位等。
裂纹的产生不仅会给混流式水轮机的运行带来巨大的隐患，而且还会给水电厂造成严重的损失。
裂纹破坏的出现主要有以下几方面的原因。
2.2铸造焊接不足
在转轮的实际运行过程中，当对设备施加一定的外部力量时，砂眼、铸造气孔等的存在会使得转轮产生裂纹。
另外，转轮叶片在受冷产生缩孔时会出现松动的情况，这种情况与转轮的上冠及下环的厚度有着重要的关联。
在铸造混流式水轮机的转轮时，如果焊接人员没有严格按照焊接工艺的要求进行焊接，或是没有正确应用焊接工艺，都会使得混流式水轮机转轮在焊接缝间或是受热影响区产生裂纹。
3水电厂混流式水轮机转轮裂纹的维修措施
3.1裂纹控制措施
3.1.1制定有效的修复焊接工艺，并对焊接工艺进行评定。
在叶片焊接修复过程中严格按照工艺技术要求进行；
3.1.2裂纹修复过程中，严格把控确保裂纹彻底清除，裂纹清除后进行PT或MT检测确认；裂纹清除时碳刨表面必须用
风动砂轮机或椭圆型磨头将气刨表面打磨出金属光泽，以消除表面渗碳层；
3.1.3为了减少焊接后的变形和残余应力，尽量选择低应力的焊材，焊条直径尽量选择小直径焊条；待修复区域及附近应进行焊前预热，预热温度100℃以上；焊接时采用多层多道焊，焊接层间温度控制在100~150℃之间，尽量控制焊接变形量到最小，同时应采用不锈钢风铲锤击的方法消除焊接应力；焊接完成后立刻用石棉布保温补焊区，缓慢冷却，避免冷却速度过快，产生冷裂纹；
3.1.4尽量减少氢的来源和消除气体的来源。
选用低氢或碱性焊条，将待焊区域坡口及其附近油污、水等有害杂质清除干净；焊条进行烘干、去水、干燥处理，以便彻底除去水分；考虑在转轮基坑内的湿度较低时施焊；尽量选用低强匹配的焊材，这样可降低焊接接头的拘束应力，降低冷裂纹的形成几率。
3.2焊接修复
3.2.1焊前预热
在焊接前，应对需要焊接区域的相关范围（一般为150mm）内的母材进预热，不可使预热区域骤然升温，应以均匀的方式，直至其温度达到110℃。
当温度达到标准温度时，则焊前预热完成，接下来便可开始进行焊接修复工作。
但要注意的是，在焊接过程中应使得母材的温度保持在标准温度的水平；在焊接修复完成后，还须做好保温措施（2h以上）。
3.2.2焊接材料
在选择焊接材料时，应结合转轮的材料合理进行选择。
选好材料后，在使用前还应对其进行烘干，并将其置于110℃的保温箱中，以便随时取用。
3.2.3焊接方式
旋转直流点焊机是一种常用的焊接方式，这种方式不仅可以减少焊接过程中的飞溅情况，而且还能保证电弧更加稳定。
在操作时，直接将电焊条与电源的正极相连，而将转轮与负极相连，然后控制好焊层的厚度，一般为3mm以内，以便减少热裂纹的产生。
3.2.4焊接过程
在进行焊接时，焊接人员可根据实际情况选择退步焊以及多道焊等方式，严格按照焊接工艺的规范操作进行焊接，从而为焊接提供质量保障。
在操作时，焊接人员可采取短弧方式，从而避免出现弧坑。
此外，对于穿透性裂纹，不仅要在其正面焊接焊缝，还要在背面进行焊接。
应注意的是，焊接人员应在焊接过程中做好焊层焊渣的处理工作，以免影响焊接的质量。
3.2.5焊接完成
在焊接完成后，应用石棉布铺在焊接区域，从而使其缓慢冷却到室温状态。
冷却过后，还须对焊缝表面进行打磨，以避免母材过渡区或是焊缝处出现咬边的情况。
最后，还需对焊接部位进行PT检测，从而确保裂纹已维修好。
结语综上所述，混流式水轮机的广泛应用伴随的是转轮叶片穿线裂纹的现象屡见不鲜，进而导致整体机组的运行出现障碍，甚至在很大程度上影响着水电站运行的经济效益。
与此同时，水轮机的正常运转对于机组的整体安全十分重要，而转轮作为机组安全运转的核心部件之一，其损坏必然会对机组整体顺利运行带来阻碍作用。
因此，在广泛采用混流式水轮机进行能量转换的时候，必须要对转轮裂纹的问题予以高度关注并及时采取有效的应对措施进行修复，此举既是对水电站安全运营的保障，同时也是出于对经济效益的考虑。
参考文献
[1]刘佳文.混流式水轮机转轮裂纹分析与处理[J].华电技术，2015，37（3）：54–55，57，78.
[2]李胜首.浅谈混流式水轮机转轮裂纹的原因及预防措施[J].低碳世界，2017（36）：83–84. 作者简介：董哲，男，吉林省德惠市人，职称：学生，单位：华北水利水电大学，专业：能源与动力工程（水动），研究方向：水轮机转轮。