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摘要：在水輪機設備中，轉輪是其中的核心部件。在水輪機實際應用中，轉輪裂紋可以說是經(jīng)常出現(xiàn)的一類問題，且會對電廠的運行安全產生影響。在本文中，將就水電廠水輪機轉輪破壞與修復進行一定的研究與分析。

關鍵詞：水電廠；水輪機轉輪；破壞；修復

1 引言

在水電廠運行中，水輪機是非常重要的設備類型，能夠將水流能量轉換為具有旋轉機械能的動力機械，屬于流體機械中的一類透平機械，在水電站中，能夠起到帶動發(fā)電機進行發(fā)電的作用。而對于該設備來說，轉輪是其核心部件，通過轉輪的運行，則能夠將水能到機械能間的轉換進行實現(xiàn)?？梢哉f，轉輪部件質量的好壞，將直接影響到水輪機的性能發(fā)揮。其表面粗糙情況、材料質量、葉型以及尺寸精度都將對機組的使用壽命以及效率產生影響。而在轉輪實際應用中，裂紋可以說是經(jīng)常出現(xiàn)的一類問題，需要及時做好修復。

2 裂紋產生原因

當水輪機運行一定時間之后，其轉輪則不可避免的會出現(xiàn)一定數(shù)量的裂紋，并因此對水輪機組的運行產生較大的隱患，而如果出現(xiàn)安全事故，對于水電廠而言則是非常嚴重的損失。在水輪機轉輪中，其葉片同轉輪輪轂間的過渡區(qū)可以說是最容易出現(xiàn)裂紋的區(qū)域，也是整個轉輪設備最為薄弱的一個環(huán)節(jié)。在具體應用中，其裂紋情況的出現(xiàn)主要是由以下原因造成的：

2.1 受力過于集中

在水壓力以及離心力的作用下，轉輪葉片周邊作為轉輪工作的主要應力區(qū)。通過第三強度理論，能夠幫助我們對轉輪葉片的主要應力區(qū)域進行獲得，其位置為：第一，葉片出水邊正面中部；第二，葉片出水變背面靠近上冠位置；第三，葉片進水正面靠近上冠部分；第四，葉片同下環(huán)連接區(qū)域。在實際運行中，由于在受力方面的問題，則會使轉輪葉片上述區(qū)域很容易因為過載受力的情況而造成裂紋出現(xiàn)。

2.2 鑄造焊接缺陷

在外部力量施加下，在實際生產過程中，機械設備也很容易由于砂眼、鑄造氣孔等情況的存在造成裂紋出現(xiàn)。葉片在受冷卻過程中，很可能在產生縮孔的情況下出現(xiàn)松動現(xiàn)象，而這則同其下環(huán)以及上冠的厚度具有非常密切的聯(lián)系。而在對轉輪設備進行鑄造時，如果沒有對焊接工藝進行正確的應用，或者沒有嚴格按照施工工藝進行操作，就很可能容易在受熱影響區(qū)以及焊接縫間產生裂紋情況。

2.3 工作運行原因

在轉輪工作中，其將長時間處于超負荷或者低負荷狀態(tài)之下，并因此使葉片在交變應力的作用下出現(xiàn)裂紋。

3 轉輪裂紋種類

對于水輪機轉輪而言，其裂紋情況一般都是在出水邊側葉片與下環(huán)之間的焊接接頭處形成的，其主要具有以下出現(xiàn)位置：第一，產生在焊縫以及母材交接位置，裂紋產生的方向一般是焊縫縱向平行方向，先出現(xiàn)在其表面位置，并會隨著情況的發(fā)展逐漸向著母材深部延伸；第二，焊縫根部應力最集中位置最容易出現(xiàn)裂縫，在焊縫金屬以及焊接熱影響區(qū)內，都有可能出現(xiàn)裂紋，具體表現(xiàn)情況則同焊縫強度、母材強度、根部形狀以及焊縫的塑性情況具有聯(lián)系；第三，裂紋出現(xiàn)在出水邊圓R處，該種裂紋一般同熔合線平行，也有時會同其形成垂直狀態(tài)，在淬硬傾向大的區(qū)，該種類型的裂紋更容易出現(xiàn)。

4 水輪機轉輪裂紋修復

4.1 焊接前準備

在焊接工作開展之前，相應的準備工作是必不可少的，具體來說，其具有以下幾方面：首先，要根據(jù)PT探傷接口對需要修復的區(qū)域進行標記，尤其是裂紋端頭位置要做好明顯的標記，依據(jù)裂紋產生部位以及裂紋尺寸對裂紋具體處理方式進行確定；其次，在對裂紋實際清除之前，為了避免裂紋進一步擴展，則需要在裂紋剪短位置做好截斷裂紋以及止裂孔的設置，保證止裂孔的深度同裂紋深度相比更深。在對裂紋進行清除的過程中，一般會通過砂輪機打磨以及碳弧氣刨方法進行清除，而為了避免其過熱使葉片出現(xiàn)變形、裂紋進一步出現(xiàn)擴展情況，則需要以間斷的方式對碳弧氣刨方式進行應用，在情況必要時，可以加鉆止裂孔避免裂紋進一步擴展。而當對缺陷問題全部清除完畢之后，則需要通過砂輪機的應用將碳弧氣刨方法造成的滲探層做好打磨，在金屬光澤全部露出之后進行PT檢測，保證裂紋清除的徹底性；第三，為了施焊工作能夠得到有效的開展，對缺陷修補的位置要做好焊接坡口的制作，保證其角度在45°左右，并做好滲碳層的徹底打磨；第四，在補焊工作開展之前，需要使用丙酮將焊接區(qū)域的水、油、銹等雜質做好徹底的清理。

4.2 焊接修復

4.2.1 焊前預熱

在焊接之前，需要對焊接區(qū)域150mm范圍內的母材做好預熱，一般情況下要將其預熱至110℃之間，并使預熱區(qū)域以均勻的方式進行升溫，并在整個預熱的過程中通過紅外線測溫設備的使用做好監(jiān)控。在預熱工作完成、溫度達到標準之后，則可以正式進行焊接修復工作，并保證在整個焊接過程中，溫度始終能夠保持在該水平，并在焊接修復工作完成后做好保溫工作，一般情況下需要保持2h以上。

4.2.2 焊接材料

焊接材料的選擇方面，需要充分聯(lián)系轉輪材料進行選擇。在對焊條材料選擇完畢之后，在具體使用之前需要對其烘干，避免多次、反復進行烘烤，并在烘干完成后將其保存在溫度110℃的保溫筒中，保證隨用隨取。

4.2.3 焊接方式

在焊接工作開展中，為了保證電弧更為穩(wěn)定、最大程度減少飛濺情況的出現(xiàn)，則可以使用旋轉直流點焊機，以直接反轉法對電源進行操作，即將電焊條同正極進行連接，將轉輪同負極進行連接，在盡可能提升焊接速度的同時將焊層做好控制，一般情況下越薄越好，每一層的厚度需要控制在3mm以內，以此最大程度減少焊縫時產生的熱裂紋。通過該種方式的應用，則能夠有效起到提升焊接質量的效果。

4.2.4 焊接過程

在具體焊接中，可以根據(jù)情況選擇退步焊以及多道焊方式，以此將焊接產生的變形情況控制在最低狀態(tài)，而為了對焊接過程中存在的應力進行消除，則可以使用層層錘擊方式，并選擇不銹鋼作為錘頭材料，避免出現(xiàn)滲碳情況。同時，要將錘頭磨成半徑在1.5至2.0mm的圓，保證錘擊點的輕、快、均勻以及密集性。在整個焊接過程中，要嚴格按照焊接規(guī)范開展操作，最大程度保證焊接質量，而在具體操作中為了避免出現(xiàn)弧坑情況，則需要以短弧方式進行操作，避免出現(xiàn)橫向擺動以及跳弧情況，以此起到減少焊縫內部缺陷的作用，而對于穿透性裂紋，則需要在其正面焊接2至3道焊縫之后，再在其背面進行焊接，并在焊接過程中做好焊層焊渣的處理。

4.2.5 焊接完成

在焊接工作全部完成之后，為了使焊接區(qū)能夠逐漸、緩慢的冷卻，則可以通過石棉布的應用將其覆蓋在補焊區(qū)域表面位置，使其以緩慢的方式逐漸冷卻到室溫狀態(tài)。而在焊縫冷卻完成之后，則需要做好焊縫表面的打磨工作，保證母材過渡區(qū)以及焊縫都無溝槽以及咬邊情況，而對于處理部位，則需要再次使用PT方式進行檢測，直至確認其不存在缺陷為止。

5 結束語

水輪機轉輪是水電廠重要的生產設備，在實際工作中，要做到問題的及時查處與處理，通過良好焊接方式的應用保證轉輪設備的高效、穩(wěn)定運行。

參考文獻：

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