曾青林

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

水輪機(jī)在水電站生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮著極為重要的作用，其運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響著水電站的生產(chǎn)平穩(wěn)程度以及質(zhì)量水平，因此，需要著重落實(shí)對(duì)水電站水輪機(jī)組的運(yùn)行安全性維護(hù)，一旦發(fā)現(xiàn)其中各個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生問(wèn)題，必須要及時(shí)組織針對(duì)性的修復(fù)處理。

1 案例概述

某混流式水輪機(jī)包含懸吊式發(fā)電機(jī)，彈性金屬塑料瓦為推力瓦結(jié)構(gòu)；巴氏合金分塊瓦為上下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)，分別設(shè)定為6塊與8塊。對(duì)于該水輪機(jī)頂?shù)纳w頂結(jié)構(gòu)而言，其中包含著的導(dǎo)葉軸套孔為24個(gè)，支撐著多種固定部件，包括主軸密封座、水輪機(jī)瓦座等等；導(dǎo)葉端面的密封結(jié)構(gòu)為剛性密封，總間隙保持在0.16～0.56 mm的范圍內(nèi)；導(dǎo)葉端面與水輪機(jī)頂蓋護(hù)板之間的間隙保持在0.15～0.35 mm的范圍內(nèi)；選取厚度為15 mm的不銹鋼抗磨材料作為該水輪機(jī)頂蓋護(hù)板，與水輪機(jī)頂蓋本體之間的連接主要使用沉頭螺栓實(shí)現(xiàn)；正常情況下，水輪機(jī)頂蓋護(hù)板與水輪機(jī)頂蓋本體之間并不存在縫隙；水輪機(jī)頂蓋護(hù)板與頂蓋止漏環(huán)之間不存在縫隙，且兩者并非連接為整體。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)該水輪機(jī)頂蓋護(hù)板結(jié)構(gòu)存在較為嚴(yán)重的磨損腐蝕情況，導(dǎo)致整個(gè)水輪機(jī)組難以保持安全、穩(wěn)定、正常運(yùn)行狀態(tài)，因此組織對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)處理。

2 水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的磨損腐蝕情況分析

對(duì)該水輪機(jī)的頂蓋護(hù)板結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析，發(fā)現(xiàn)磨損腐蝕位置主要集中在導(dǎo)葉軸頸孔附近，一半以上的面積處于磨損腐蝕狀態(tài)，磨損腐蝕的深度最大值為5 mm；磨損腐蝕的表面區(qū)域呈現(xiàn)出較為光滑的狀態(tài)，與基于角向磨光機(jī)打磨之后的表面狀態(tài)相類(lèi)似，沒(méi)有觀察到凹陷、麻眼等缺陷。在導(dǎo)葉軸頸孔內(nèi)部，導(dǎo)向銅套的安裝止口受到損壞。針對(duì)這樣的磨損腐蝕現(xiàn)狀，主要落實(shí)了以下幾種水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)工藝，包括現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊、變形處理、打磨、細(xì)化微調(diào)等等，具體操作工藝與要點(diǎn)詳見(jiàn)后文。

3 水輪機(jī)頂蓋護(hù)板現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的展開(kāi)路徑探究

3.1 現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊

水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的補(bǔ)焊目的為將頂蓋進(jìn)行調(diào)平處理，實(shí)踐中，主要以氬弧焊接的形式選取φ1.2 mm的不銹鋼焊絲實(shí)施堆焊。在現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊操作過(guò)程中，需要適當(dāng)提升焊接電流以及現(xiàn)場(chǎng)焊接速度，并將百分表分別加設(shè)于水輪機(jī)頂蓋內(nèi)外兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)焊接過(guò)程工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)。觀察并選取水輪機(jī)頂蓋護(hù)板磨損腐蝕最為嚴(yán)重的位置，以此為起點(diǎn)展開(kāi)焊接，并逐步向外圍落實(shí)拓展。出于對(duì)焊接質(zhì)量的考量，在本次水輪機(jī)頂蓋護(hù)板現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)實(shí)踐中主要安排兩名焊接技術(shù)人員，其中一名技術(shù)人員進(jìn)行補(bǔ)焊施工，另一名技術(shù)人員主要落實(shí)對(duì)焊接過(guò)后各個(gè)部位的焊接應(yīng)力及時(shí)、全面消除，此時(shí)所選用的方法為錘擊法。

現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊操作完成后，對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的各類(lèi)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)存在水輪機(jī)頂蓋護(hù)板嚴(yán)重變形的問(wèn)題，所以無(wú)法在完成焊接后立即組織正常的預(yù)裝工作，此時(shí)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板所表現(xiàn)出的現(xiàn)實(shí)情況主要如下：

第一，水輪機(jī)頂蓋護(hù)板與止漏環(huán)之間存在縫隙，且這種環(huán)縫表現(xiàn)出上拱狀態(tài)，上拱達(dá)到1 mm左右。

第二，水輪機(jī)頂蓋護(hù)板以及水輪機(jī)頂主體已然表現(xiàn)出較為明顯的變形問(wèn)題，兩者之間產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的縫隙。對(duì)于這一縫隙而言，其靠向外側(cè)的縫隙距離維持在0.05～0.1 mm的范圍內(nèi)；靠向內(nèi)側(cè)的縫隙距離維持在0.1～0.25 mm的范圍內(nèi)。

3.2 變形處理

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀察結(jié)果能夠了解到，該水輪機(jī)頂蓋護(hù)板存在變形問(wèn)題，即水輪機(jī)頂蓋護(hù)板與水輪機(jī)頂蓋本體之間產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的縫隙，同時(shí)發(fā)生上拱問(wèn)題?；谶@樣的情況，需要落實(shí)對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的變形處理，此時(shí)，重點(diǎn)放在對(duì)堆焊產(chǎn)生應(yīng)力變形的消除方面，以此促使水輪機(jī)頂蓋護(hù)板與水輪機(jī)頂蓋本體之間能夠切實(shí)保持緊密連接狀態(tài)。在本次水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的變形處理過(guò)程中，所落實(shí)的操作工藝要點(diǎn)內(nèi)容如下所示。

第一，依托臨時(shí)點(diǎn)焊技術(shù)處理水輪機(jī)頂蓋護(hù)板與水輪機(jī)頂蓋本體之間的縫隙，投放磁座鉆，并完成對(duì)原本固定護(hù)板用的沉頭螺栓落實(shí)一次性的全部拆除處理，同時(shí)落實(shí)對(duì)新的沉頭螺栓的安裝加設(shè)。

第二，投放加熱片，并以此完成對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的預(yù)加熱預(yù)加溫處理，此時(shí)設(shè)定預(yù)加熱溫度維持在100～120 ℃的范圍內(nèi)。需要注意的是，在展開(kāi)預(yù)加熱預(yù)加溫處理之前，需要完成臨時(shí)保溫棚的搭設(shè)，通過(guò)石棉布的投放使用保證保溫棚各個(gè)細(xì)節(jié)位置密封嚴(yán)實(shí)，同時(shí)圍繞水輪機(jī)頂蓋護(hù)板表面落實(shí)加熱片的放置與敷設(shè)，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的預(yù)加溫預(yù)加熱處理。

第三，投放壓緊專(zhuān)用工具，并以此為支持依次落實(shí)對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板上拱位置的全部壓平處理。在本次水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)過(guò)程中，投放的壓緊專(zhuān)用工具數(shù)量不少于10對(duì)；在切實(shí)落實(shí)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的壓平處理之前，需要相關(guān)人員提前組織對(duì)焊點(diǎn)的磨平處理，并在實(shí)際的壓緊過(guò)程中緊固處理水輪機(jī)頂蓋護(hù)板四周布設(shè)的沉頭螺栓。

第四，在完成上述幾步驟的操作之后，對(duì)加熱片進(jìn)行拆除處理，進(jìn)行水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的自然冷卻；水輪機(jī)頂蓋護(hù)板溫度降低至室溫后，對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板與水輪機(jī)頂蓋本體之間的縫隙數(shù)據(jù)、實(shí)際接觸情況進(jìn)行檢查，當(dāng)觀察到現(xiàn)實(shí)情況達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求狀態(tài)后，即可組織壓緊專(zhuān)用工具的拆除處理操作，并在實(shí)現(xiàn)壓緊專(zhuān)用工具的全面性拆除后再次實(shí)施對(duì)相應(yīng)縫隙參數(shù)等數(shù)據(jù)的復(fù)測(cè)。

第五，在復(fù)測(cè)結(jié)果依然維持在允許參數(shù)范圍內(nèi)時(shí)，依托氬弧焊接工藝的實(shí)施，對(duì)沉頭螺栓結(jié)構(gòu)實(shí)施封堵焊接處理。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)打磨

完成對(duì)該水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的變形處理操作之后，進(jìn)行外觀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)存在對(duì)焊位置高度高于水輪機(jī)頂蓋本體表面高度的問(wèn)題，同時(shí)，水輪機(jī)頂蓋護(hù)板與活動(dòng)導(dǎo)葉端面之間所存在縫隙的距離維持在0.15～0.35 mm的范圍內(nèi)?；谶@樣的現(xiàn)實(shí)情況，需要組織對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的現(xiàn)場(chǎng)打磨處理，特別是要對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板堆焊位置落實(shí)全面性打磨，促使水輪機(jī)頂蓋護(hù)板整體的平面度與平整程度保持在允許范圍內(nèi)，從而達(dá)到更好維護(hù)水輪機(jī)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性的效果。在展開(kāi)對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板對(duì)焊位置的現(xiàn)場(chǎng)打磨中，所落實(shí)的操作工藝要點(diǎn)內(nèi)容如下所示：

第一，堆焊位置現(xiàn)場(chǎng)打磨方案的設(shè)計(jì)與確定。結(jié)合水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的裝配圖紙內(nèi)容能夠了解到，水輪機(jī)頂蓋護(hù)板與底環(huán)開(kāi)檔4檔尺寸偏差始終維持在0.1～0.35 mm的范疇內(nèi)。選取定位銷(xiāo)釘，并將其加設(shè)在水輪機(jī)頂蓋護(hù)板翻身調(diào)入的基坑內(nèi)部，對(duì)16個(gè)連接螺栓全部實(shí)施擰緊處理，并對(duì)底環(huán)與水輪機(jī)頂蓋護(hù)板之間所存在著的開(kāi)檔尺寸展開(kāi)精準(zhǔn)測(cè)量。將基準(zhǔn)設(shè)定為底環(huán)護(hù)板平面，投放內(nèi)徑千分尺，并以此為支持落實(shí)對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板平面度的測(cè)量。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果了解到，水輪機(jī)頂蓋護(hù)板平面圓周開(kāi)檔偏差保持在0.1～0.2 mm的范圍內(nèi)，這樣的參數(shù)符合水輪機(jī)頂蓋護(hù)板設(shè)計(jì)圖紙加工工藝的相關(guān)參數(shù)要求?；诖耍诒敬嗡啓C(jī)頂蓋護(hù)板的現(xiàn)場(chǎng)打磨操作中，主要將基準(zhǔn)設(shè)定為水輪機(jī)頂蓋護(hù)板平面圓周，并結(jié)合刀尺的投放落實(shí)對(duì)堆焊部位相對(duì)高度的檢測(cè)與控制，確保堆焊部位相對(duì)于水輪機(jī)頂蓋護(hù)板平面更低，且高度差維持在0.02～0.15 mm的范疇內(nèi)。

第二，對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板中設(shè)置的連接螺栓實(shí)施全部拆除操作，并在此基礎(chǔ)上將基坑內(nèi)的水輪機(jī)頂蓋實(shí)施吊裝移除處理，實(shí)施翻身打磨。在此過(guò)程中，投放磨光機(jī)并以此為支持落實(shí)人工打磨，本次實(shí)踐中安排四名工作人員落實(shí)對(duì)稱(chēng)打磨處理，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)打磨速度的提升。實(shí)踐中，先使用磨光機(jī)展開(kāi)對(duì)堆焊位置的粗打磨，并在打磨至基本滿足尺寸要求的條件下依托拋光機(jī)的投放進(jìn)行拋光打磨處理。

第三，在4檔尺寸均滿足相關(guān)精度要求的條件下，投放方形油石展開(kāi)對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板表面的研磨處理；在量具平面均勻涂抹紅丹粉，輕輕在護(hù)板上滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)表面接觸面積的檢測(cè)，以此確保任意1 cm2內(nèi)均存在至少兩個(gè)接觸點(diǎn)。

3.4 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)端面的間隙調(diào)整

對(duì)所有活動(dòng)導(dǎo)葉開(kāi)檔數(shù)據(jù)展開(kāi)測(cè)量，并與1擋數(shù)據(jù)相比較，在滿足相關(guān)數(shù)據(jù)要求的條件下即可組織導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的預(yù)裝操作。依照編號(hào)設(shè)定內(nèi)容，對(duì)導(dǎo)葉落實(shí)依次性的安裝施工，連接吊入基坑的水輪機(jī)頂蓋與座環(huán)；完成定位銷(xiāo)的安裝就位操作后，對(duì)所有的活動(dòng)導(dǎo)葉進(jìn)行手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)處理，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)活動(dòng)導(dǎo)葉動(dòng)作實(shí)際靈活程度的檢測(cè)；判斷所有活動(dòng)導(dǎo)葉的運(yùn)行靈活性到預(yù)設(shè)要求后，針對(duì)16個(gè)螺栓落實(shí)擰緊處理，以此促使水輪機(jī)頂蓋護(hù)板與座環(huán)保持良好的連接狀態(tài)，并再一次展開(kāi)對(duì)所有活動(dòng)導(dǎo)葉狀態(tài)的檢查，避免導(dǎo)葉卡死；在所有檢查結(jié)果均達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的條件下，即可組織所有連接螺栓的安裝以及擰緊操作。同時(shí)，出于對(duì)更好保障導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝質(zhì)量的考量，安裝導(dǎo)葉套筒后需要及時(shí)檢測(cè)端面間隙以及同軸度。

在展開(kāi)端面間隙檢測(cè)過(guò)程中，要求落實(shí)導(dǎo)葉所有狀態(tài)下的平面端面間隙測(cè)量。在本次水輪機(jī)頂蓋護(hù)板現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)過(guò)程中，觀察到A導(dǎo)葉上存在總間隙最大值，為0.65 mm；觀察到B導(dǎo)葉上存在上部總間隙最小值，為0.25 mm；總間隙最大值與設(shè)計(jì)間隙之間的差距維持在0.09 mm，滿足水輪機(jī)的安全運(yùn)行要求。

實(shí)踐中，獲取到的端面間隙測(cè)量數(shù)據(jù)如下所示：在導(dǎo)葉全閉狀態(tài)下，A導(dǎo)葉上部大頭間隙為0.5 mm、上部小頭間隙為0.65 mm、下部大頭間隙為0、下部下頭間隙為0，B導(dǎo)葉上部大頭間隙為0.25 mm、上部小頭間隙為0.35 mm、下部大頭間隙為0、下部下頭間隙為0；在導(dǎo)葉50%開(kāi)度狀態(tài)下，A導(dǎo)葉上部大頭間隙為0.5 mm、上部小頭間隙為0.65 mm、下部大頭間隙為0、下部下頭間隙為0，B導(dǎo)葉上部大頭間隙為0.25 mm、上部小頭間隙為0.4 mm、下部大頭間隙為0、下部下頭間隙為0；在導(dǎo)葉100%開(kāi)度狀態(tài)下，A導(dǎo)葉上部大頭間隙為0.3 mm、上部小頭間隙為0.35 mm、下部大頭間隙為0.2 mm、下部下頭間隙為0.2 mm，B導(dǎo)葉上部大頭間隙為0.22 mm、上部小頭間隙為0.25 mm、下部大頭間隙為0.18 mm、下部下頭間隙為0.15 mm。

3.5 其他

在本次水輪機(jī)頂蓋護(hù)板現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)期間，在堆焊處理后產(chǎn)生較為嚴(yán)重的變形問(wèn)題，促使后續(xù)打磨操作的難度大幅提升。針對(duì)這一問(wèn)題現(xiàn)象展開(kāi)深入性分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生嚴(yán)重變形問(wèn)題的原因如下所示：本水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的材質(zhì)為不銹鋼，厚度維持在15 mm左右；在實(shí)際的焊接操作中，雖然使用了氬弧焊接模式，且配套落實(shí)對(duì)焊接應(yīng)力的消除，但是焊接期間所生成的熱量依然會(huì)引發(fā)焊接變形問(wèn)題?；诖?，必須要強(qiáng)化焊接過(guò)程中的變形防控措施落實(shí)力度。實(shí)踐中，可以引入的焊接變形防控措施主要如下：

第一，在實(shí)際焊接操作展開(kāi)前組織預(yù)熱處理，并在每完成一層焊接后均依托風(fēng)鎬的投放實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接應(yīng)力的消除；完成焊接后，需要落實(shí)一段時(shí)間的保溫處理，并在自然冷卻操作的支持下，驅(qū)動(dòng)殘余焊接應(yīng)力得到徹底性的釋放。

第二，依托分區(qū)對(duì)稱(chēng)的模式組織對(duì)焊施工，在單次對(duì)焊期間需要盡可能保證少焊，從而保證焊接溫度分布的均勻性；在焊接期間，要求依托百分表持續(xù)展開(kāi)對(duì)焊接情況、各項(xiàng)參數(shù)變化情況的實(shí)時(shí)性觀測(cè)。

第三，保證從中間位置開(kāi)啟堆焊施工，并逐步向兩側(cè)擴(kuò)展；在滿足焊接方位要求的基礎(chǔ)上，盡可能選取堆焊厚度最大位置開(kāi)啟焊接施工。第四，在焊接期間配套投放壓緊專(zhuān)用工具，從而體現(xiàn)出對(duì)焊接過(guò)程中水輪機(jī)頂蓋護(hù)板變形問(wèn)題的更好避免。

4 總結(jié)

綜上所述，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，水輪機(jī)頂蓋護(hù)板極容易產(chǎn)生較為嚴(yán)重的磨損腐蝕問(wèn)題，從而促使整個(gè)水輪機(jī)組難以長(zhǎng)時(shí)間維持在安全、穩(wěn)定、正常運(yùn)行的狀態(tài)下?；诖耍枰袑?shí)參考水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的實(shí)際磨損腐蝕情況，完成焊接、變形處理、堆焊面打磨等操作，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪機(jī)頂蓋護(hù)板的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)處理，促使水輪機(jī)頂蓋護(hù)板恢復(fù)良好狀態(tài)。