浅谈水轮机转轮破坏与修复

周平华

周平华

（华能大理水电有限责任公司）

摘要：在水轮机设备中，转轮是其中的核心部件。在水轮机实际应用中，转轮裂纹可以说是经常出现的一类问题，且会对电厂的运行安全产生影响。

关键词：水轮机；转轮破坏；修复

在水电厂运行中，水轮机是非常重要的设备类型，能够将水流能量转换为具有旋转机械能的动力机械，属于流体机械中的一类透平机械，在水电站中，能够起到带动发电机进行发电的作用。而对于该设备来说，转轮是其核心部件，通过转轮的运行，则能够将水能到机械能间的转换进行实现。可以说，转轮部件质量的好坏，将直接影响到水轮机的性能发挥。其表面粗糙情况、材料质量、叶型以及尺寸精度都将对机组的使用寿命以及效率产生影响。而在转轮实际应用中，裂纹可以说是经常出现的一类问题，需要及时做好修复。

一、裂纹产生原因

当水轮机运行一定时间之后，其转轮则不可避免的会出现一定数量的裂纹，并因此对水轮机组的运行产生较大的隐患，而如果出现安全事故，对于水电厂而言则是非常严重的损失。在水轮机转轮中，其叶片同转轮轮毂间的过渡区可以说是最容易出现裂纹的区域，也是整个转轮设备最为薄弱的一个环节。在具体应用中，其裂纹情况的出现主要是由以下原因造成的：

1.1受力过于集中

在水压力以及离心力的作用下，转轮叶片周边作为转轮工作的主要应力区。通过第三强度理论，能够帮助我们对转轮叶片的主要应力区域进行获得，其位置为：①叶片出水边正面中部；②叶片出水变背面靠近上冠位置；③叶片进水正面靠近上冠部分；④叶片同下环连接区域。在实际运行中，由于在受力方面的问题，则会使转轮叶片上述区域很容易因为过载受力的情况而造成裂纹出现。

1.2铸造焊接缺陷

在外部力量施加下，在实际生产过程中，机械设备也很容易由于砂眼、铸造气孔等情况的存在造成裂纹出现。叶片在受冷却过程中，很可能在产生缩孔的情况下出现松动现象，而这则同其下环以及上冠的厚度具有非常密切的联系。而在对转轮设备进行铸造时，如果没有对焊接工艺进行正确的应用，或者没有严格按照施工工艺进行操作，就很可能容易在受热影响区以及焊接缝间产生裂纹情况。

1.3工作运行原因

在转轮工作中，其将长时间处于超负荷或者低负荷状态之下，并因此使叶片在交变应力的作用下出现裂纹。

二、转轮裂纹的种类

对于水轮机转轮而言，其裂纹情况一般都是在出水边侧叶片与下环之间的焊接接头处形成的，其主要具有以下出现位置：①产生在焊缝以及母材交接位置，裂纹产生的方向一般是焊缝纵向平行方向，先出现在其表面位置，并会随着情况的发展逐渐向着母材深部延伸；②焊缝根部应力最集中位置最容易出现裂缝，在焊缝金属以及焊接热影响区内，都有可能出现裂纹，具体表现情况则同焊缝强度、母材强度、根部形状以及焊缝的塑性情况具有联系；③裂纹出现在出水边圆R处，该种裂纹一般同熔合线平行，也有时会同其形成垂直状态，在淬硬倾向大的区，该种类型的裂纹更容易出现。

三、水轮机转轮裂纹修复

3.1焊接前准备

在焊接工作开展之前，相应的准备工作是必不可少的，具体来说，其具有以下几方面：①要根据PT探伤接口对需要修复的区域进行标记，尤其是裂纹端头位置要做好明显的标记，依据裂纹产生部位以及裂纹尺寸对裂纹具体处理方式进行确定；②在对裂纹实际清除之前，为了避免裂纹进一步扩展，则需要在裂纹剪短位置做好截断裂纹以及止裂孔的设置，保证止裂孔的深度同裂纹深度相比更深。在对裂纹进行清除的过程中，一般会通过砂轮机打磨以及碳弧气刨方法进行清除，而为了避免其过热使叶片出现变形、裂纹进一步出现扩展情况，则需要以间断的方式对碳弧气刨方式进行应用，在情况必要时，可以加钻止裂孔避免裂纹进一步扩展。而当对缺陷问题全部清除完毕之后，则需要通过砂轮机的应用将碳弧气刨方法造成的渗探层做好打磨，在金属光泽全部露出之后进行PT检测，保证裂纹清除的彻底性；③为了施焊工作能够得到有效的开展，对缺陷修补的位置要做好焊接坡口的制作，保证其角度在45°左右，并做好渗碳层的彻底打磨；第四，在补焊工作开展之前，需要使用丙酮将焊接区域的水、油、锈等杂质做好彻底的清理。

3.2焊接修复

3.2.1焊前预热

在焊接之前，需要对焊接区域150mm范围内的母材做好预热，一般情况下要将其预热至110℃之间，并使预热区域以均匀的方式进行升温，并在整个预热的过程中通过红外线测温设备的使用做好监控。在预热工作完成、温度达到标准之后，则可以正式进行焊接修复工作，并保证在整个焊接过程中，温度始终能够保持在该水平，并在焊接修复工作完成后做好保温工作，一般情况下需要保持2h以上。

3.2.2焊接材料

焊接材料的选择方面，需要充分联系转轮材料进行选择。在对焊条材料选择完毕之后，在具体使用之前需要对其烘干，避免多次、反复进行烘烤，并在烘干完成后将其保存在温度110℃的保温筒中，保证随用随取。

3.2.3焊接方式

在焊接工作开展中，为了保证电弧更为稳定、最大程度减少飞溅情况的出现，则可以使用旋转直流点焊机，以直接反转法对电源进行操作，即将电焊条同正极进行连接，将转轮同负极进行连接，在尽可能提升焊接速度的同时将焊层做好控制，一般情况下越薄越好，每一层的厚度需要控制在3mm以内，以此最大程度减少焊缝时产生的热裂纹。通过该种方式的应用，则能够有效起到提升焊接质量的效果。

3.2.4焊接过程

在具体焊接中，可以根据情况选择退步焊以及多道焊方式，以此将焊接产生的变形情况控制在最低状态，而为了对焊接过程中存在的应力进行消除，则可以使用层层锤击方式，并选择不锈钢作为锤头材料，避免出现渗碳情况。同时，要将锤头磨成半径在1.5至2.0mm的圆，保证锤击点的轻、快、均匀以及密集性。在整个焊接过程中，要严格按照焊接规范开展操作，最大程度保证焊接质量，而在具体操作中为了避免出现弧坑情况，则需要以短弧方式进行操作，避免出现横向摆动以及跳弧情况，以此起到减少焊缝内部缺陷的作用，而对于穿透性裂纹，则需要在其正面焊接2至3道焊缝之后，再在其背面进行焊接，并在焊接过程中做好焊层焊渣的处理。

3.2.5焊接完成

在焊接工作全部完成之后，为了使焊接区能够逐渐、缓慢的冷却，则可以通过石棉布的应用将其覆盖在补焊区域表面位置，使其以缓慢的方式逐渐冷却到室温状态。而在焊缝冷却完成之后，则需要做好焊缝表面的打磨工作，保证母材过渡区以及焊缝都无沟槽以及咬边情况，而对于处理部位，则需要再次使用PT方式进行检测，直至确认其不存在缺陷为止。

结语

水轮机转轮是水电厂重要的生产设备，在实际工作中，要做到问题的及时查处与处理，通过良好焊接方式的应用保证转轮设备的高效、稳定运行。

参考文献

[1]张健.大型水轮机转轮叶片裂纹产生的原因分析与处理[J].水电与新能源.2015（09）.

[2]王斌.杨村电站转轮叶片裂纹原因分析及改造实践[J].机电技术.2015（05）.

作者简介

周平华，1971.10.21，男，汉族，籍贯:云南省江川县，单位：华能大理水电有限责任公司，现有职称:助理工程师，研究方向:水能动力专业