許國榮 余龍 袁正浩

摘要：水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋的出現(xiàn)，會影響水泵水輪機(jī)運行的穩(wěn)定性及可靠性，因此有必要結(jié)合實際工程項目，分析水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋發(fā)生的成因，進(jìn)一步采取有效處理措施。本課題便重點圍繞“水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋成因及處理”進(jìn)行分析研究，以期提高水泵水輪機(jī)的綜合運行效益。

關(guān)鍵詞：水泵水輪機(jī)；轉(zhuǎn)輪裂紋；成因；處理措施

進(jìn)入21世紀(jì)以來，在社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展的背景下，我國水電站建設(shè)工程事業(yè)發(fā)展迅速。值得注意的是，水泵水輪機(jī)是水電站應(yīng)用廣泛的一種機(jī)械設(shè)備。為了提高水泵水輪機(jī)運行的效率，便需確保其運行期間不會出現(xiàn)故障。但是，從水泵水輪機(jī)實際運行狀態(tài)來看，易出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪裂紋，從而影響運行的穩(wěn)定性及可靠性。鑒于此，本課題圍繞“水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋成因及處理措施”進(jìn)行分析研究具備一定的價值意義。

1.水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋成因分析

水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋的發(fā)生，究其原因體現(xiàn)在多個方面，結(jié)合以往的工作經(jīng)驗，總結(jié)了以下三大成因：

（1）設(shè)計成因。基于裝置靜吸入高度條件下，電站的水泵工況處在空泡環(huán)境下運行，從而加大了空化破壞的發(fā)生幾率。值得注意的是，如果未能在設(shè)計前確保材質(zhì)及轉(zhuǎn)輪工藝設(shè)計的質(zhì)量，則容易導(dǎo)致水泵水輪機(jī)出現(xiàn)裂紋。

（2）制造成因。水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行堆焊層增設(shè)過程中，焊材、母材 融合面、轉(zhuǎn)輪葉片和下環(huán)角焊縫內(nèi)，可能有焊接缺陷存在，使角焊縫的承載力降低，進(jìn)而易誘發(fā)轉(zhuǎn)輪裂紋。

（3）運行成因。處于水泵工況條件下，機(jī)組大流量運行，在受到空泡狀態(tài)影響，也就是轉(zhuǎn)輪水泵工況的進(jìn)口邊正壓面受到高頻動載荷的頻率影響，會使材料出現(xiàn)疲勞狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)空蝕現(xiàn)象；此外，如果堆焊層和母材基于焊接期間熔合質(zhì)量差，基于高頻動載荷條件下也會出現(xiàn)疲勞狀態(tài)。上述情況，均會加大轉(zhuǎn)輪裂紋發(fā)生的幾率。

2.水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋處理措施探究

如前所述，水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋發(fā)生的成因較多，因此有必要對轉(zhuǎn)輪裂紋進(jìn)行合理、科學(xué)的處理。根據(jù)實踐工作經(jīng)驗，本人認(rèn)為其處理過程需遵循“合理選擇焊接材料→嚴(yán)格監(jiān)測裂紋→完全清除裂紋→加強(qiáng)補(bǔ)焊處理”的原則，從而確保轉(zhuǎn)輪裂紋得到全面處理，進(jìn)而提高水泵水輪機(jī)運行的質(zhì)量及安全性。下面對其處理要點進(jìn)行分析：

（1）基于轉(zhuǎn)輪裂紋處理前期，需嚴(yán)格檢查轉(zhuǎn)輪整體情況，可選擇100%PT聯(lián)合100%UT的檢查方法，然后針對裂紋的部位及性質(zhì)做好詳細(xì)標(biāo)記。

（2）針對堆焊面和裂紋顯著位置，采取分段與分片鏟磨處理措施，進(jìn)一步進(jìn)行補(bǔ)焊及修形處理；同時，需確保一次修復(fù)面積≤300平方厘米；在鏟磨處理之后，然后對其他裂紋部位進(jìn)行修復(fù)處理。

（3）嚴(yán)格按照焊接相關(guān)等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接處理，同時在處理過程中根據(jù)相關(guān)設(shè)計圖紙加以執(zhí)行；基于氣刨清理裂紋之前，基于焊接處理之前，有必要針對裂紋缺陷部位采取預(yù)熱處理措施，倘若處理過程中暫停施焊，需確保焊接部位溫度維持在100℃到150℃范圍內(nèi)。

（4）基于補(bǔ)焊處理期間，需實時監(jiān)控焊接部位的溫度，確保焊接部位溫度能夠維持在100℃到230℃范圍內(nèi)。

（5）焊接之后，針對焊接部位采取150℃保溫處理，在保溫處理4小時之后，再進(jìn)行熱處理，然后在1天之后采取100%PT聯(lián)合100%UT檢查。

（6）結(jié)合裂紋的大小程度，在裂紋鏟磨蘋果醋中，合理選擇方法：一方面，如果裂紋偏小，可使用磨削處理方法，針對雷文進(jìn)行磨削處理之后，使比較規(guī)則的坡口有效形成，這樣能夠使焊接的質(zhì)量得到有效保障。另一方面，如果裂紋偏大，則可使用碳弧氣刨處理方法，特別是裂紋在很深的情況下，需實施多次吹割處理措施。此外，在氣刨處理之后，有必要辭去砂輪做好相對應(yīng)的磨削處理工作；考慮到過熱誘發(fā)變形及裂紋加深等問題的出現(xiàn)，需確保碳弧氣刨間斷應(yīng)用。

（7）在裂紋鏟磨之前，需針對鏟磨部位采取預(yù)熱處理措施，將預(yù)熱溫度控制在≥100℃，同時通過電加熱片兩面加熱的方法做好預(yù)熱處理，如果裂紋面積偏小，在加熱處理過程中可采取加熱炬；基于溫度符合標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下，將待處理面的加熱片去除，使背面加熱片保留；在裂紋完全處理之后，通過100%PT進(jìn)行驗證，以此使裂紋處理的質(zhì)量得到全面提升。

（8）在裂紋處理之后，需進(jìn)行補(bǔ)焊處理，可使用GMAW方法，并通過多層多道焊接工藝，使每一層接頭間錯開15mm到30mm范圍內(nèi)；然后通過目視的方法在每焊一道過程中檢查一次，倘若存在缺陷需及時進(jìn)行清除及修補(bǔ)，進(jìn)一步進(jìn)行檢查，避免后續(xù)處理存在缺陷；值得注意的是，每層焊接的厚度需維持在大約2mm，同時將焊道寬度維持在10mm范圍內(nèi)；此外，在補(bǔ)焊之后，需采取后熱處理措施，并采取砂輪修磨補(bǔ)焊面，確保其光滑度符合轉(zhuǎn)輪標(biāo)準(zhǔn)光滑度。

3.結(jié)語

綜上所述，水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋成因較多，包括：設(shè)計成因、制造成因以及運行成因等。因此，需確保設(shè)計的優(yōu)化、制造的質(zhì)量及運行的穩(wěn)定性。進(jìn)一步針對水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋采取有針對性的處理措施，遵循上述提到的“合理選擇焊接材料→嚴(yán)格監(jiān)測裂紋→完全清除裂紋→加強(qiáng)補(bǔ)焊處理”的裂紋處理原則及流程。此外，根據(jù)實際工作經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)裂紋主要表現(xiàn)為貫穿性裂紋與非貫穿性裂紋兩種，需采取相對應(yīng)的處理措施，并在焊后處理進(jìn)行打磨與探傷處理，利用100%PT聯(lián)合100%UT方法進(jìn)行檢查，從而確保裂紋處理的質(zhì)量，進(jìn)一步提高水泵水輪機(jī)運行的可靠性及安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]龐希斌，彭碩群，祝加勇，蔣君操，楊恒，吳敏，宋太平，湯巍，何忠華.水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋成因分析及處理[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2019，42（02）：51-54.

[2]李琪飛，劉萌萌，張震，張建勛，劉謙.水泵水輪機(jī)制動工況內(nèi)流特性分析[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2019，45（01）：57-61.

[3]李琪飛，李光賢，李仁年，王仁本，陳雨.水泵水輪機(jī)在水輪機(jī)工況的導(dǎo)葉水力矩特性[J].排灌機(jī)械工程學(xué)報，2019，37（02）：130-135.

[4]張飛，祝寶山，鐘大林，李東闊.水輪機(jī)工況下的水泵水輪機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定[J/OL].水力發(fā)電學(xué)報：1-8[2019-04-15].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2241.TV.20181214.1650.002.html.

[5]寧楠，賴喜德，李萍.短葉片低壓邊對水泵水輪機(jī)空化性能的影響[J/OL].水力發(fā)電學(xué)報：1-9[2019-04-15].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2241.TV.20181219.1125.002.html.

[6]嚴(yán)麗，鄧?yán)?水泵水輪機(jī)暫態(tài)試驗數(shù)據(jù)分析和處理方法探討[J].水電與抽水蓄能，2018，4（06）：70-74+49.

[7]李貴桃. 水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪裂紋原因分析及處理[A]. 中國水力發(fā)電工程學(xué)會電網(wǎng)調(diào)峰與抽水蓄能專業(yè)委員會.抽水蓄能電站工程建設(shè)文集2012[C].中國水力發(fā)電工程學(xué)會電網(wǎng)調(diào)峰與抽水蓄能專業(yè)委員會：中國水力發(fā)電工程學(xué)會電網(wǎng)調(diào)峰與抽水蓄能專業(yè)委員會，2012：3.

作者簡介：許國榮（1997—）男，漢族，四川省涼山州，本科，研究方向：能源與動力工程。

余龍（1997—）男，彝族，四川省涼山州，本科，研究方向：能源與動力工程

袁正浩（1996—）男，漢族，四川省成都市，本科，研究方向：能源與動力工程

（作者單位：西華大學(xué)）