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        水泵葉輪外殼內襯裂紋的成因分析及對策措施

        2013-02-08 08:17:36劉華進
        江蘇水利 2013年9期
        關鍵詞:不銹鋼工藝

        劉華進

        (江蘇省泰州引江河管理處,江蘇泰州 225321)

        1 工程概況

        高港樞紐泵站安裝立式開敞式軸流泵9臺,其中,1~3#機組ZLB3000/35-4為半調節(jié)軸流泵,4~9#機組ZLQ3000/35-4為全調節(jié)軸流泵,總裝機容量18000 kW,總抽排能力達300 m3/s。另外,下層流道可按設計流量160 m3/s自流引江。

        流道型式為雙層矩形流道,分上下2層,底層為進水流道,上層為出水流道,通過上下游閘門控制雙向抽水。

        2 機組運行情況

        各機組歷史運行開機臺時(2003年6月至2013年5月)統(tǒng)計如圖1所示。灌溉總運行7133 h,排澇總運行20917 h,單機平均運行3166 h,歷史單機連續(xù)運行時間最多20 d。

        3 葉輪外殼結構

        高港樞紐機組葉輪外殼為球體型,外殼內表面中部鑲嵌不銹鋼帶,外殼主材料為鑄鐵,內襯不銹鋼為1Cr18Ni9Ti。其目的是為了提高抗汽蝕性能,且造價經濟。

        4 現(xiàn)場檢查情況

        汛前對1~3#機組排水檢查,發(fā)現(xiàn)葉輪外殼內襯有不同程度的擦殼現(xiàn)象,其中,1#機組內襯1/4處出現(xiàn)開裂(如圖 2),進一步對 4~9#機組進行檢查,除4#、9#機外,也發(fā)現(xiàn)了不同程度的擦殼現(xiàn)象。對1#、2#機組水導軸承進行檢查,軸和軸承磨損情況良好,軸承間隙為0.7~0.8 mm,葉輪與外殼間隙為2.5~3 mm,靜止狀態(tài)下除1#機外葉輪并無碰殼現(xiàn)象。從1#機組內襯開裂的斷口特征判斷,屬于疲勞破壞。

        圖1 開機臺時統(tǒng)計

        圖2 現(xiàn)場照片

        5 故障分析

        5.1 輪室壁面存在交變負荷

        軸流泵端壁間隙存在間隙泄漏流,一是流速非常高,葉輪外緣線速度大,相對速度也非常高,與此速度平方成比例的壓力下降很大;二是流動十分紊亂,輪室壁面承受著交變的壓力負荷,易產生汽蝕破壞。

        5.2 內襯鑲嵌不牢靠

        從已開裂的1#內襯可見,中部焊接銷釘已脫焊,不銹鋼與鑄件焊縫部分開裂,敲擊內襯時9臺機組都有不同程度的空鼓現(xiàn)象,特別是已碰擦的部位,空鼓現(xiàn)象明顯。

        由于內襯鑲嵌存在空鼓,在輪室壁面交變負荷的作用下,內襯不銹鋼帶產生流固耦合振動,引起運行工況下脫開的內襯部位與葉輪碰擦,嚴重時產生內襯疲勞破壞。

        6 解決方案

        對已開裂的1#內襯現(xiàn)場補焊,為防止裂縫擴展,在裂縫兩端鉆孔堆焊,對已錯開的裂縫部位,邊點焊邊鍾擊,盡量使其恢復原位。因不銹鋼材料焊接變形大,焊接采用點焊,焊接速度要快,先焊中部銷釘處,再焊上下開裂處。裂縫不能滿焊,如果內襯焊接嚴重變形,現(xiàn)場無法處理,焊接后要對焊點進行打磨。盤車確認葉輪與殼體間隙,方可投入運行。

        對已有碰擦的內襯,按照內襯球面標準尺寸,制作樣板,現(xiàn)場對碰擦部位進行打磨,打磨時以樣板作參照。

        根據(jù)外殼內襯損壞的程度,今后應逐臺進行機組解體大修,更換內襯。

        7 更換內襯工藝要求

        原內襯鑲嵌加工工藝存在的缺陷:①內襯與鑄鐵外殼用不銹鋼銷釘聯(lián)接,不銹鋼內襯鉆孔與銷釘焊接,破壞了內襯的整體性,焊接部分成為應力集中區(qū),易開裂;②不銹鋼與鑄鐵的接縫處,焊接質量難以控制,易開裂;③內襯與鑄鐵外殼難以完全貼合,存在空腔。

        針對原有加工工藝缺陷,不銹鋼與鑄鐵的聯(lián)接采取焊接與結構堅固相結合,并堵塞空腔。重點工藝作如下改進(如圖3):①內襯與鑄鐵的鉚接,采用鑄件外殼鉆錐孔,不銹鋼焊條堆焊鉚接;②不銹鋼與鑄鐵的接縫處,將鑲嵌底槽加工為燕尾槽形狀,用不銹鋼焊條堆焊;③內襯空腔采用環(huán)氧樹脂灌縫膠進行高壓灌膠,充分填補空腔。

        本加工工藝中還要注意的是,焊后要進行消除應力熱處理,熱處理后再灌膠,待膠凝固后再進行精加工。

        圖3 鑲嵌內襯局部視圖

        8 結語

        葉輪外殼鑲嵌不銹鋼內襯的加工工藝,應作為水泵生產加工的重點,否則會危及水泵機組的運行安全,造成重大的經濟損失。同類型水泵機組,應把葉輪外殼列為重點檢查項目,適時按新的工藝要求進行更新改造。

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