【摘?要】某水電站機(jī)組運(yùn)行一年后停機(jī)檢修，發(fā)現(xiàn)座環(huán)導(dǎo)流環(huán)焊縫均不同程度出現(xiàn)裂紋，其中1號(hào)和2號(hào)機(jī)導(dǎo)流環(huán)有部分撕裂脫落，給轉(zhuǎn)輪葉片帶來(lái)?yè)p壞風(fēng)險(xiǎn)，從而影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。導(dǎo)流板是水輪機(jī)重要部件之一，不僅要有足夠的強(qiáng)度，還應(yīng)有較大的剛度保證其穩(wěn)定性和安全性。本文從結(jié)構(gòu)和焊接質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行分析，查找原因確定有效處理方法，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】水輪機(jī);導(dǎo)流環(huán);焊縫裂紋;脫落

1概述

某水電站采用堤壩式開(kāi)發(fā)，電站廠房布置于壩后主河道，總裝機(jī)容量為3000MW，安裝5臺(tái)600MW的混流式機(jī)組。單獨(dú)運(yùn)行時(shí)保證出力478.0MW、年發(fā)電量120.68億kW·h、年利用小時(shí)數(shù)為4023h。其中1～3號(hào)水輪機(jī)由通用電氣水電設(shè)備（中國(guó)）有限公司設(shè)計(jì)制造，4～5號(hào)水輪機(jī)由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造。機(jī)組運(yùn)行一年后停機(jī)檢修，發(fā)現(xiàn)座環(huán)導(dǎo)流環(huán)焊縫均不同程度出現(xiàn)裂紋，其中1號(hào)和2號(hào)機(jī)導(dǎo)流環(huán)有部分有脫落，給轉(zhuǎn)輪葉片帶來(lái)?yè)p壞風(fēng)險(xiǎn)，從而影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。導(dǎo)流板是水輪機(jī)重要部件之一，不僅要有足夠的強(qiáng)度，還應(yīng)有較大的剛度保證其穩(wěn)定性和安全性。本文主要從結(jié)構(gòu)和焊接質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行分析，查找原因確定有效處理方法，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 原因分析

2.1結(jié)構(gòu)

機(jī)組水輪機(jī)座環(huán)導(dǎo)流環(huán)分上導(dǎo)流環(huán)和下導(dǎo)流環(huán)[1]。1～3號(hào)水輪機(jī)導(dǎo)流環(huán)為開(kāi)口式結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，由28塊厚度為10mm鋼板卷弧后與座環(huán)環(huán)板焊接形成導(dǎo)流環(huán)，一長(zhǎng)邊與座環(huán)通過(guò)焊接連接接，相鄰導(dǎo)流板之間通過(guò)弧形筋板焊接連接進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。4～5號(hào)水輪機(jī)導(dǎo)流環(huán)采取封閉式結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，由28塊厚度為10mm鋼板卷弧后兩長(zhǎng)邊分別與座環(huán)環(huán)板和蝸殼焊接形成封閉的導(dǎo)流環(huán)，內(nèi)部有加勁板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，增加其強(qiáng)度及剛度。導(dǎo)流環(huán)的作用主要是使進(jìn)人固定導(dǎo)葉的水流形成穩(wěn)定的環(huán)流，平穩(wěn)地過(guò)渡到固定導(dǎo)葉的進(jìn)口[2]。

導(dǎo)流環(huán)的裂紋主要由交變載荷引起，在水流脈動(dòng)壓力的變化所產(chǎn)生的不規(guī)則動(dòng)載荷對(duì)導(dǎo)流板產(chǎn)生反復(fù)的水力沖擊作用下產(chǎn)生疲勞破壞。從結(jié)構(gòu)上看，開(kāi)口式結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流環(huán)，機(jī)組運(yùn)行時(shí)水流直接沖擊導(dǎo)流板內(nèi)外表面及加勁板上，至少三個(gè)面受到復(fù)雜的水力作用而疲勞破壞，導(dǎo)致1號(hào)、2號(hào)機(jī)導(dǎo)流環(huán)有部分撕裂脫落。而封閉式結(jié)構(gòu)僅外表面受力，結(jié)構(gòu)相對(duì)合理。

2.2焊接質(zhì)量

經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，撕裂脫落和存在裂紋的導(dǎo)流板焊縫均為座環(huán)分瓣面處，為座環(huán)安裝焊接完成后工地安裝焊接的導(dǎo)流板接縫，說(shuō)明焊接時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝要求、焊接難度相對(duì)較大，導(dǎo)致焊接質(zhì)量差。導(dǎo)流環(huán)材質(zhì)為Q235A，座環(huán)上、下環(huán)板材質(zhì)S355JO+N-Z35，因此導(dǎo)流板與座環(huán)環(huán)板為兩種不同材質(zhì)的焊接，焊接工藝要求高，控制不到位容易產(chǎn)生裂紋等缺陷。

3 處理措施

3.1結(jié)構(gòu)改進(jìn)

結(jié)構(gòu)改進(jìn)主要針對(duì)開(kāi)口式導(dǎo)流環(huán)，在每塊導(dǎo)流板頂部增設(shè)一塊材質(zhì)與導(dǎo)流板相同橫向補(bǔ)強(qiáng)板如圖3示，增強(qiáng)導(dǎo)流環(huán)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低其疲勞破壞的頻率。導(dǎo)流板安裝前，先清理打磨導(dǎo)流板焊接坡口以及座環(huán)環(huán)板上相應(yīng)位置。按對(duì)應(yīng)的標(biāo)記將相應(yīng)的導(dǎo)流板安裝就位。檢查并調(diào)整導(dǎo)流板間過(guò)流面的錯(cuò)牙，導(dǎo)流板過(guò)流面錯(cuò)牙應(yīng)不超過(guò)3mm，局部錯(cuò)牙大于3mm。對(duì)不可調(diào)整的部位，如過(guò)流面?zhèn)?，采?：4的焊縫過(guò)渡;對(duì)于非過(guò)流面?zhèn)龋捎?：3的焊縫過(guò)渡。

3.2焊接

全面導(dǎo)流環(huán)，如有焊縫開(kāi)裂、弧形板嚴(yán)重變形的，則做好標(biāo)記，對(duì)所有導(dǎo)流板與弧形筋板連接處尾端加焊長(zhǎng)、焊角高度6～8mm進(jìn)行加固。對(duì)僅存在裂紋的導(dǎo)流環(huán)采用炭弧氣刨的方式，將撕裂部位附近約10mm范圍刨除，并用砂輪機(jī)將焊口修磨光滑，留出焊接坡口。加強(qiáng)筋板與導(dǎo)流環(huán)環(huán)形接口部位也需要留出約10mm焊道。

3.2.1焊前準(zhǔn)備

（1）焊條選用J507焊條。焊前焊條須經(jīng)300～350℃烘焙1小時(shí)，烘焙后的焊條應(yīng)保存在100～150℃的恒溫箱內(nèi)，藥皮應(yīng)無(wú)脫落和明顯的裂紋。

（2）焊前將坡口兩側(cè)50mm內(nèi)油污、鐵銹、油漆等影響焊接質(zhì)量的雜物清理干凈，并打磨坡口露出金屬光澤。

3.2.2焊接工藝

（1）焊接參數(shù)見(jiàn)下表1：

（2）焊縫焊接前預(yù)熱溫度為80℃，層間溫度不能低于預(yù)熱溫度，層間溫度≤250℃。

（3）焊接過(guò)程中除底層、表層焊縫不進(jìn)行錘擊外，對(duì)其余各層焊縫逐層進(jìn)行錘擊，減少焊縫的殘余應(yīng)力。

（4）焊接過(guò)程中上、下層的焊縫的接頭處要錯(cuò)開(kāi)30mm～50mm。每道焊寬不大于焊條直徑的3倍。

（5）加強(qiáng)筋板焊接完成后，再進(jìn)行導(dǎo)流板與座環(huán)、導(dǎo)流板板與加強(qiáng)筋板的焊接。

（6）焊接過(guò)程中，采用小焊條、多層、多道焊接，控制焊接質(zhì)量以及焊接應(yīng)力。

（7）焊接完成24h后，對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查和滲透無(wú)損檢測(cè)合格。

4結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)流環(huán)是水輪機(jī)重要部件之一，不僅要有足夠的強(qiáng)度，而且要有較大的剛度保證其穩(wěn)定性和安全性。導(dǎo)流板的裂紋主要由交變載荷引起，在水流脈動(dòng)壓力的變化所產(chǎn)生的不規(guī)則動(dòng)載荷對(duì)導(dǎo)流板產(chǎn)生反復(fù)的水力沖擊作用下產(chǎn)生疲勞破壞[3]。對(duì)導(dǎo)流板裂紋和撕裂脫落原因進(jìn)行分析，并制定解決方案。為以后相同廠家設(shè)計(jì)制造或同類(lèi)型水輪機(jī)導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)形式時(shí)，及時(shí)改進(jìn)或變更設(shè)計(jì)，提高設(shè)備可靠性，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免蝸殼內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，減少檢修維護(hù)費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 哈爾濱大電機(jī)研究所.水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1976.125-127.

[2] 段開(kāi)林，張波.三峽左岸電站ALSTOM機(jī)組導(dǎo)流板應(yīng)力試驗(yàn)研究[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2007（12）：30（6）.

[3] 周書(shū)濤.水輪機(jī)蝸殼導(dǎo)流板靜力與動(dòng)力分析研究 [J].華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007（6）.

作者簡(jiǎn)介：

李進(jìn)強(qiáng)（1983-）男，彝，云南.景東，本科，工程師，從事金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)技術(shù)管理。

（作者單位：大唐觀音巖水電開(kāi)發(fā)有限公司）