红石电站水轮机转轮叶片裂纹的分析及处理正式版
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。
红石电站水轮机转轮叶片裂纹的分析及处理(正式)
编订：__________________审核：__________________单位：__________________红石电站水轮机转轮叶片裂纹的分析及处理(正式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level.Word格式 / 完整 / 可编辑文件编号：KG-AO-3394-86 红石电站水轮机转轮叶片裂纹的分析及处理(正式)使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。
下载后就可自由编辑。
1机组参数白山发电厂位于吉林省桦甸市境内,是“一厂两坝三站”的大型水力发电厂,也是东北电网中最大的水电厂,在电网中担负调峰、调频和事故备用。
该厂总装机容量1700ＭＷ,其中白山右岸电站900ＭＷ(3×300ＭＷ),白山左岸电站600ＭＷ(2×300ＭＷ),红石电站200ＭＷ(4×50ＭＷ)。
红石电站发电机组为立轴半伞式,水轮机转轮叶片材质是ＺＧｏＣｒ13Ｎｉ4Ｍｏ,型号为ＺＤ190-ＬＨ-600。
其参数为:最高水头256ｍ;最低水头228ｍ;额定转速1071ｒ/ｍｉｎ;额定功率5155ＭＷ;设计水头233ｍ;设计流量251ｍ3/ｓ;飞逸转速240ｒ/ｍｉｎ;吸出高度-4ｍ;最高效率91%;叶片安放角8°;叶片数5;水轮机转速上升率50%;蜗壳最大水压值04ＭＰａ;叶片法兰直径1100ｍｍ;叶片法兰端面中心距800ｍｍ;叶片法兰把合螺钉分布圆直径ｄ=850ｍｍ。
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。
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。
34220403
１ ）各 部件 的检查 要仔细 。其 中包 括叶 片与 轮毂 安装 的法 兰面一 定 要没有 高点和任何 颗粒 ，防止 叶片安装 后存在 间 隙 ；轮毂 上叶片 螺
蜗 壳最 大水 压 值０４ ａ ．ＭＰ ；叶 片法 兰 直径 １ Ｏ ｍｍ；叶片 法 兰端 面 中 Ｏ １
保险起 见我们采 用了加 垫 片的方法 。垫片 的大小规格 及数 “都 是根据 ｔ 螺丝规格 及螺丝 孔深计 算 出来 的，所有螺 丝加 的垫 片规格和数 都是 螺丝帽及垫 片都要 用 电焊 电焊牢 固 ，防止脱 落 。 ４ 、蜗壳底 环问题处 理 当顶盖 落 回机 坑 ，螺 丝 打严 之后 测 得 １号 到 １号 导叶端 面无 间 ２ ６ 隙 ，再测得 抗磨板 间隙远 远小 于理论 值 。这 样导致导 叶无法开 关 ，个 别 导叶套筒 也 回装 不上 。重新 分解底 环灌浆 ，从理论 和现实上都 不能 允许 ，因此排 除了这个 方法 。下一个 方法就 是如何将 鼓起 的底 环尽 恢 复使导 叶端 面能 够产生 合理 的间 隙值 ，而 又能让底环 不再弹变 。经
水 电 技 术
Ｃ Ｓ ｌＣ Ｉ ＯＮ Ｕ ＴＯＮ
自山发 电厂 红石 电站 水轮机转 轮更换 实践 分析
戴彦秀
国家 电网公司 东北 电网有限公司 自山发电厂 吉林 桦甸 １ ２ ０ ４０ ３
摘要 ：为彻底 解决 转轮 叶片裂纹给 电厂运行 所带来 的不安 全因素 ，红石站 决定更换新转轮 。作为现有 全 国最 大单机容 量５ ＭＷ的轴流定 桨式 ０ 水轮 机组 ，更换转轮 是一个复杂 而漫长的过程 ，其 中有很 多不可预见性 因素 。在施 工作业过程 中不断地遇 到 问题 ，解决问题 ，最终成功完成转轮 的更换并试验 运行 良好 ，为此类工程积 累了一定 的经验。
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 �
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。
1.3原设计问题转轮叶片与上冠、下环间的过渡R角设计较小，引起应力集中。
1.4运行上的原因长期低负荷、超负荷或在震动区运行会使叶片在交变应力作用下产生裂纹或裂纹情况加剧。
2裂纹无损探伤检查在大修时对转轮进行无损探伤检查，及时处理缺陷，消除事故隐患是十分必要的。
严重的裂纹等缺陷用肉眼和放大镜外观检查即可发现，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：磁粉探伤、渗透探伤、超声波探伤、金属磁记忆、射线检测等。
裂纹易于产生的应力集中部位，如叶片进水边正面(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、叶片与下环连接区等部位，由于透照布置比较困难，不能用射线透照法进行无损探伤。
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。
红石电站转轮叶片裂纹产生原因分析
０ 概 述
红石 电站共 装 有 四台 哈尔 滨 电机 厂 生产 的 ， 目 前 国内最 大 的 ５ Ｏ ＭＷ 轴 流定 浆 式 水 轮 机 ， 型 号 其
为 Ｚ Ａ１ ０ Ｌ Ｄ ９ 一 Ｈ一 ６ ０ ０ 。首 台 机 组 ４号 机 于 １ ８ ９５
最 长 ４ ０ｍｍ， 短 ５ ０ 最 ０ｍｍ， 累计 长度 １１ ５ｍｍ， ４ 全 部 进 行 了处 理 。２ ０ ０ ３年 １ Ｏ月 １ ５日～ １ ２月 ５日扩
１ 转 轮 叶 片 刚 强 度及 动 态 特 性 分 析
通过红 石 电站水 轮机转 轮 的刚强度 及 动态特性 分析（ 见表 １２ ３ 可以看 出 ： 、 、）
表 １ 红 石 电站 转 轮 叶 片 刚强 度 分 析 结 果
设计 水头 ：４ ８ Ｉ ２ ． ｎ
最小 水头 ：２ ８Ｉ ２ ． ｎ 额定 流量 ：４ ｓ ２ ０Ｉ ／ ｎ
断裂 ， 导致 水导轴承 烧瓦。文章从 转轮叶片的设 计、 叶片的铸造质量 以及机组运 行状况 三个 方面， 转轮叶片裂纹 的 对
产 生进 行 了分 析 。 一
关 键 词 ：转轮 叶 片 ； 纹 ； 因 ； 析 裂 原 分
中 图分 类 号 ： Ｋ７ ０ ３ ３ Ｔ ３ ． ２ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：６ ２ ３ ７ ２ ０ ） ４ ０３ ２ １ ７ —５ ８ （０ ６０ —０ ２ —０
３ ０ｍｍ、 ２ ５ ２ ０ｍｍ， 位于 ３ ＃叶片 正面根 部 ， 累计长度 １８ ０ｍｍ。采 用 哈 尔 滨 电 机 厂 提 供 的 裂 纹 处 理 工 ２
艺 进 行 了全 面处 理 。
水轮机 技术 参数 如下 ：
额定 出力 ：８７ ３ｋ ５ ６ Ｗ 最 大水头 ：７ ０Ｉ ２ ． ｎ
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。
水轮机转轮裂纹产生原因分析及处理
次吹割 ； 并对 坡 口内 的渗 碳 氧化 层， 用风 动工具进行 磨削 ， 并 以浓 度为 ３ ０ ％的硝酸 溶液 进行酸洗 检查 ， 直至裂 纹清理干 净。 为了防止 过热 引起 变形和裂纹 扩展， 碳弧气刨 必须间断使用 。 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 １ ０ ） 焊 缝的锤 击， 当坡 口深度大 干ｌ Ｏ ｍｍ焊缝 ， 每 焊完一 层要马上用 的数据 ， 发现＋ Ｙ 方向周期性的翘 起 。 圆形风铲头 跟踪 锤击。 第一层和最后一 层焊 道不用锤 击。 锤 击的要 轻、
３ ３ ２ ０ ０ ０
①导 叶全 关 ， 并安 排 电机 班 轮 流 进行 加 热 ｔ ②在 焊 前 对 缺 陷 部 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 位 进行 整体 或局 部预 热 ； ③转 轮室 环境 温 度整 体加 温至 ３ ０ －４ ０ Ｃ， 对 出现 多次， 且直接导致水轮机转轮户生多处裂纹。 补 焊 部位 及附 近 ２ ０ ０ ｍｍ范 围内采 用氧 乙炔 焰局 部预 热 ， 温 度 控制 在
缝 表面要 比母材高 １ － ２ ｍｍ， 以便打磨光滑平 整。 ８ ） 对细 小裂 纹采 用磨 削方式 ， 磨削清 除裂 纹 后所 形成 的坡 口要求 规 则平滑， 并以浓度为 ３ ０ ％的硝酸溶液 进行酸洗 检查 。 ９ ） 对裂纹 较长时要采 取采用碳弧气刨。 尤 其对较深 的裂纹可进行多
Ｏ ． ０ ２ ５ ｍｍ （ 正常值 为小 于０ ． ０ １ ５ ｍｍ） ， 且水导 处振动 明显、 摆度异常， 为 接 时其他１ ２ 片叶片继 续加 热。 此对 机组 进行全面检查 ， 检查 发现转轮 叶片１ ５ 条 裂纹 ， 且均 为贯 穿性裂 ７ ） 对 穿透裂 纹先在 正面焊 上２ － ３ 道焊后 ， 背面清根 后开始施 焊 。 焊
转轮叶片裂纹分析,检测及处理
转轮叶片裂纹分析，检测及处理作者：王磊来源：《中国新技术新产品》2009年第06期摘要：转轮是水轮机核心部件，转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全运行。
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无损检测的常用方法和一般工艺。
关键词：水轮机；转轮叶片；应力；有限元；裂纹；无损检测引言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 转轮裂纹及现象小浪底某台机组小修期间，发现转轮的13个叶片出水边接近上冠处有11个叶片出现裂纹(后经着色探伤，确定另两个叶片也有轻微裂纹)，裂纹长度 100～400mm不等，大部分为贯穿(端面)型裂纹，所有裂纹形状相似，起始点在叶片负压面与出水端面交线上，距上冠约50mm，裂纹起始端与叶片出水边垂直，后端以不规则抛物线形向叶片中心延伸，其中有一个叶片同时出现沿焊缝方向的裂纹。
近期景洪1号机组也发现出水边靠近上冠部位以及靠近下环部位的裂纹，而且最近投产的大水电机组经常在转轮这些位置出现裂纹。
2 裂纹产生原因分析2.1 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。
2.2铸造缺陷及焊接缺陷叶片原材料经加热模压，其中铸造气孔、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。
转轮上冠、下环与叶片均为马氏体不锈钢材料，焊条则是奥氏体不锈钢材料。
水轮机运行中的故障分析及处理措施
水轮机运行中的故障分析及处理措施
水轮机是一种利用水能转换成机械能的装置，广泛应用于水电站等领域。
在水轮机运行中，可能会出现各种故障，导致设备停机或性能下降。
本文将对水轮机运行中常见的故障进行分析，并提出相应的处理措施。
一、叶片损坏故障
1. 故障现象：叶片出现裂纹、磨损或腐蚀现象。
2. 故障原因：叶片长期受水流冲击和轮毂的旋转力矩作用，容易疲劳破裂或磨损。
水中悬浮物质的冲击和腐蚀也会对叶片造成损伤。
3. 处理措施：定期检查叶片的状况，发现有裂纹或磨损的叶片及时更换。
可以使用涂覆或液压操作进行修复，提高叶片的耐磨性能。
二、轴承故障
1. 故障现象：轴承发出异常声音，温度升高。
2. 故障原因：轴承因长期负荷工作而磨损，或者进水、污染物侵入轴承导致故障。
3. 处理措施：定期检查轴承的润滑情况和工作状态，及时更换磨损的轴承。
加强轴承的冷却和密封措施，避免水和污染物进入轴承。
三、密封故障
1. 故障现象：轴封处出现漏水或漏油现象。
2. 故障原因：密封件老化、磨损或安装不当导致泄漏。
密封面的几何形状不平整或互相错位也会导致密封失效。
3. 处理措施：定期检查密封件的状况，发现问题及时更换或维修。
需要注意密封件的材质选择和几何形状的相互匹配，确保密封的有效性。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Through the reasonable organization of the production process, effective use of production resources to carry out production activities, to achieve the desired goal.
红石电站水轮机转轮叶片裂纹的分析及处理正式版
红石电站水轮机转轮叶片裂纹的分析
及处理正式版
下载提示：此安全管理资料适用于生产计划、生产组织以及生产控制环境中，通过合理组织生产过程，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到预期的生产目标和实现管理工作结果的把控。
文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。
1机组参数
白山发电厂位于吉林省桦甸市境内,是“一厂两坝三站”的大型水力发电厂,也是东北电网中最大的水电厂,在电网中担负调峰、调频和事故备用。
该厂总装机容量1700ＭＷ,其中白山右岸电站900ＭＷ
(3×300ＭＷ),白山左岸电站600ＭＷ
(2×300ＭＷ),红石电站200ＭＷ(4×50ＭＷ)。
红石电站发电机组为立轴半伞式,水轮机转轮叶片材质是ＺＧｏＣｒ13Ｎｉ4Ｍｏ,型号为ＺＤ190-ＬＨ-600。
其参数为:最高水头256ｍ;最低水头228ｍ;额定转速
1071ｒ/ｍｉｎ;额定功率5155ＭＷ;设计水头233ｍ;设计流量251ｍ3/ｓ;飞逸转速240ｒ/ｍｉｎ;吸出高度-4ｍ;最高效率91%;叶片安放角8°;叶片数5;水轮机转速上升率50%;蜗壳最大水压值04ＭＰａ;叶片法兰直径1100ｍｍ;叶片法兰端面中心距800ｍｍ;叶片法兰把合螺钉分布圆直径ｄ=850ｍｍ。
1996年红石电站3号机组在扩大性大修中,检查发现转轮5个叶片存在不同程度的裂纹。
2裂纹发生的部位和特征用渗透探伤法对转轮裂纹进行检查,发现叶片裂纹情况较为严重,裂纹发生的部位均在叶片的根部(包括叶片正面和背面)和叶片正面的出水
边处。
3.裂纹产生的原因分析定桨叶片与转桨叶片运行工况比较,定桨叶片在非最优工况下运行的情况多,这样会导致叶片周围水流分布不均,引起涡流带压力脉动对叶片的频繁作用。
当水压脉动频率和机组转频接近或相同时则出现共振,会加速叶片裂纹的产生。
动水压力过大时相对降低了叶片的刚度,也会产生纵向裂纹。
由于轴流式水轮机转轮叶片为悬臂受力,叶片变截面根部若无过渡圆弧或过渡量小易产生应力集中而出现裂纹。
通过对3号机叶片的检查,根部和出水边产生裂纹的重要原因之一是应力集中。
为了校核机组叶片在运行中的强度,
电厂与制造厂家协作,进行了转轮叶片强度理论计算。
通过对红石轴流定桨式转轮叶片各工况下的受力大小比较,其中,在额定转速最大水头工况下计算出的最大应力σｍａｘ=115ＭＰａ,是出现在叶片正面出水边一侧与根部法兰连接处。
重力、离心力和水压力3种载荷联合作用下叶片的应力分布情况见图2。
3种载荷作用下叶片的变形见图3。
转轮叶片最大变形出现在叶片出水边外侧,ｕｍａｘ=219ｍｍ。
重力、离心力、水压力分别作用及这3种载荷联合作用的4种工况下叶片的最大动应力σｍａｘ和最大变形ｕｍａｘ见表1。
从表1可以看出:水压力是叶片所受载荷中的最主要载荷,3种载荷同时作用时比水压力单独作用
的最大应力稍有下降。
机组运转时,叶片的最大应力σｍａｘ=115ＭＰａ,出现应力大的部位易产生裂纹,这与各叶片实际裂纹集中出现的位置相一致。
另外,转轮叶片的材料为ＺＧ0Ｃｒ13Ｎｉ4Ｍｏ不锈钢,这种材质的屈服极限为σｓ=665ＭＰａ,水中疲劳极限为σ-1=171ＭＰａ。
经过计算,转轮叶片最大应力σｍａｘ=115ＭＰａ虽然远低于材料的屈服极限,也低于疲劳极限,但这一应力是静应力,不包括动应力成分。
该机组是轴流定桨式,不象轴流转桨式那样在协联工况下运行,因此其动应力较大。
再加上机组振动较大,叶片实际存在的应力是比较大的。
由此可见,由于转轮叶片基本应力较高和轴流定桨式转轮叶片运行时的动应力
较大,这将会使水轮机转轮叶片在受悬臂负荷的情况下转轮叶片根部应力集中,造成转轮叶片根部与法兰连接处(包括正面和背面)出现裂纹,转轮叶片正面出水边一侧也产生裂纹。
由于机组长期低负荷、超负荷或在工况不好的振动区运行,会使叶片在交变应力作用下产生裂缝或加剧裂纹的发展。
红石电站的定桨式机组投产后机组在空载和低负荷工况振动较大,空载工况严重时机组主轴法兰处摆度严重超标,高达4ｍｍ。
水轮机工作部位声响振动较大,经现场试验测得,水轮机在空载工况水流通过水轮机转轮流道时,水流中产生了一个扰动频率596Ｈｚ正好接近机组轴系的一阶固有频率60Ｈｚ,因而出现了合拍现象,产生共振。
这些问题的存在促使了转轮叶片裂纹的产生。
通过以上的分析,认为红石电站3号机组转轮叶片裂纹产生的原因是:机组运行中的悬臂转轮叶片根部应力集中,叶片所受的基本应力较高,加之各种载荷的联合作用时的动应力较大,叶片所受交变动应力在共振工况下不断加剧,材料疲劳,致使转轮叶片产生裂纹。
4裂纹的处理对3号水轮机转轮叶片检查出的裂纹的部位、形状、长度及可能继续发展的方向进行了全面的分析,并采取针对性措施对叶片裂纹进行修复,在叶片修复时严格执行修复方案和遵守焊接工艺。
为加强叶片根部的强度,用堆焊的方法有意加大叶片正面出水边一侧与根部法兰连接的过度圆角的“Ｒ”值;为阻止
裂纹的延伸,在裂纹的尾部钻止裂孔等措施进行全面处理。
（1）由于裂纹的尾部内应力接近材料的极限强度,在外力或热应力的影响下还会继续延伸。
因此,在清除裂纹前需在裂纹的纹尾部位打止延孔截断裂纹,阻止裂纹的延伸。
钻直径为8ｍｍ的孔,一般孔深比裂纹深度大4～6ｍｍ。
(2)裂纹的铲除采用速度快、操作简便的碳弧气刨刨除裂纹的方法,防止因刨除裂纹时因温度影响原裂纹的延伸,应由止裂孔处向裂纹反方向清除裂纹,直到去除裂纹为止。
为了防止过热引起变形和裂纹扩展,碳弧气刨必须间断使用。
同时开出补焊的坡口,坡口的形式主要根据裂纹情况、部位和
铲除及施焊方便而定。
凡未穿透的裂纹,深度在30ｍｍ以内的可开“Ｖ”形坡口;深度在30ｍｍ以上的可开“Ｕ”形坡口;靠近根部的采用“Ｖ”形坡口。
凡穿透的裂纹,深度在40ｍｍ以内的可开“Ｘ”形坡口;靠近根部的开“Ｋ”形坡口;厚度在40ｍｍ以上的需开“Ｕ”形坡口;靠近根部的开“Ｋ”形坡口。
对坡口的表面渗碳氧化层用蘑菇头式砂轮机进行打磨,磨掉氧化层露出母材的金属光泽。
(3)为确保修复处的强度、刚度及材质的可焊性要求,施焊采用机械性能强、抗裂性好、塑性大的Ｇ367Ｍ及奥237不锈钢焊条。
使用前必须要在350℃温度下烘干2ｈ,在100℃恒温下进行保温。
(4)为了减少补焊区的应力集中及改善焊缝的金相组织,特别是焊缝与基材过渡区的热影响,防止再次产生裂纹,在焊前对缺陷部位进行整体或局部预热。
采用履带式加热板在裂纹部位进行预热,温升速度以8～10℃/ｈ为宜,温度控制在80～120℃。
预热温度达到要求后再恒温2～4ｈ即可施焊。
施焊采用薄层、分段、退步焊接技术,长焊缝采取分段焊,每段长100～150ｍｍ,300ｍｍ以上者采取分段退步焊,300ｍｍ以下可由中间向外焊。
注意防止施焊修复过程中起弧和断弧产生裂纹。
为防止接头处平齐而影响焊缝质量,分段接头处应逐层搭接,正反面焊缝轮番施焊。
对深度在40ｍｍ以上的坡口,应使用双侧镶边焊技术;
对深度在40ｍｍ以下和靠叶片根部的坡口则可用单侧镶边焊技术。
对穿透性裂纹应在其正面焊2～3道焊波后再在其背面用风铲铲除坡口底部的焊瘤,待露出新的焊波时再开始施焊。
裂纹堆焊中,底下几层最好用直径32ｍｍ的电焊条并在保证焊透的情况下尽量采用小电流和短电弧(一般2～25ｍｍ),要求焊搭接宽度不小于焊链宽度的
1/3,防止咬边与弧坑及弧坑裂纹的产生。
(5)采用锤击法消除焊接处的表面应力,并用砂轮打磨光滑,与叶片的型线一致。
5结语红石水电站3号机水轮机转轮叶片裂纹修复后,机组于1996年12月18日
投入运行,经过机组调频、调峰的频繁起停及长时间的带满负荷运行,到1999年2月24日机组运行两年多后,大修检查中未发现有新的裂纹产生。
3号机水轮机转轮叶片的修复为机组安全可靠运行提供了保证,为红石水电厂安全文明生产、实现无人值班(少人值守)和创全国一流水电厂奠定了坚实的基础,并创造了可观的经济效益,同时也为我国水电机组出现同类问题的处理提供了宝贵的借鉴经验。
——此位置可填写公司或团队名字——。