中型水轮机不锈钢活动导叶缺陷修复

科技成果——多沙河流水轮机活动导叶整体磨蚀防护技术技术开发单位
黄河水利委员会黄河水利科学研究院
成果简介
针对水轮机活动导叶因磨蚀导致漏水严重问题，提出了活动导叶整体磨蚀防护技术方案，即采用钢塑复合聚氨酯导叶密封装置替换原刚性密封方案，采用聚氨酯复合树脂砂浆对导叶剩余部分进行整体磨蚀防护处理。

通过不锈钢螺栓和粘接剂将聚氨酯密封板固定在活动导叶原刚性密封上，其余部位用聚氨酯复合树脂砂浆填充进行光滑过渡，保障导叶具有良好的抵抗泥沙磨蚀的能力。

提高了水轮机导叶全关状态下的密封性能，能够起到有效地抗磨和抑制漏水的作用，从而改善了正常停机时因导叶漏水量增大而导致的机组潜动现象，大大提高了机组的发电效率。

主要性能指标
1、聚氨酯导叶立面密封板
抗张强度：40-65MPa；NBS磨损指数：300-400%；邵氏硬度：80A-95A；延伸率：210-490%；撕裂强度：16-25kN/m；回弹率：40-58%。

2、聚氨酯复合树脂砂浆涂层
抗压强度：100-120MPa；抗拉强度：24-28MPa；与钢粘接强度：30-40MPa；抗冲磨强度：10-15h/（g/cm2）；空蚀率：0.05-0.1g/h；抗冲击强度：23-40MPa；厚度：2-5mm。

适用范围
适用于多泥沙水电站水轮机导叶出厂前的磨蚀预防护和常规导叶传统刚性密封磨蚀后的修复处理。

水轮机转轮叶片缺陷的检测与处理骆国防;赖江波;邓亚新【摘要】介绍了新安江水力发电厂9号机组水轮机转轮叶片在恢复性改造检测中,利用渗透检测法发现存在裂纹,通过分析缺陷的形成机理和主要原因,按焊接处理新工艺及时进行了消缺.同时,建议继续加强对该机组的技术监督,并在检修时列为重点检测对象,在有条件时也应对其他几台机组及时进行安全检测.【期刊名称】《电力与能源》【年(卷),期】2012(033)001【总页数】2页(P36-37)【关键词】水力发电厂;转轮叶片;渗透检测;裂纹;成因分析【作者】骆国防;赖江波;邓亚新【作者单位】上海明华电力技术工程有限公司,上海200437;新安江水力发电厂,浙江311600;新安江水力发电厂,浙江311600【正文语种】中文【中图分类】TK7301 转轮叶片存在严重裂纹新安江水力发电厂是我国自己设计、自制设备、自己施工建设的第一座大型水力发电站。

水电站流域面积为11 850km2，正常高水位下库容为178.4亿m3。

厂内装有9台混流式水电机组，原总装机容量为662.5MW，增容后总装机容量为810MW，短时出力可达855MW，多年平均发电量为18.6亿kWh。

主体工程于1957年4月开工，1960年4月首台机组发电，1977年10月最后1台机组投运。

目前承担华东电网的调频、调峰和事故备用任务。

9号水轮机改造前采用PO662转轮，叶片为13个，转轮进口直径为4.10m，高为2.23m，是我国20世纪50年代从前苏联引进的，在1999年下半年A级检修时进行了改造。

改造后的新转轮采用铸焊结构，由不锈钢叶片和不锈钢铸造上冠、下环组焊而成。

叶片采用钢板模压，材料为抗气蚀、抗腐蚀、抗磨损和焊接性能良好的X3Cr13Ni4，由美国福伊特水电约克工厂制造并供货。

上冠、下环材料为抗气蚀、抗腐蚀、抗磨损和焊接性能良好G－X4Cr13Ni4不锈钢铸件。

2009年8月17日，俄罗斯萨扬一舒申斯克水电站发生特大安全事故，引起新安江水力发电厂的关注。

运行多年的水轮机活动导叶修复技术方案探索摘要：目前国内很多水电站设备即将进入改造阶段，文章以经过多年运行的活动导叶的修复方案，修复过程中出现的问题及方案的完善等为例，说明修复经多年运行后的设备时可能出现的问题及预防措施，供相关人员借鉴，希望能对后续水电站设备改造项目提供有益的参考。

关键词：运行多年活动导叶修复某水电站已运行40多年，电厂计划对水轮发电机组进行改造，其中水轮机活动导叶采用返回制造厂进行修复的改造方案。

由于在修复过程中出现了一些没有提前预料到的事件，因此，过程中对修复方案进行了两次修改完善，最终确保向电厂交付修复合格的活动导叶。

1返修导叶的初始情况原机组活动导叶经多年运行，瓣体表面、端面、出水边均存在不同程度磨蚀，瓣体头部等部位环氧金刚砂涂层大部脱落。

2原定修复方案根据目视检查情况、经验及合同要求，最初制定的活动导叶修复工作主要包括瓣体型面环氧金刚砂涂层清理，瓣体端面及出水边修复，瓣体头部密封槽加工，上、中、下轴颈热套不锈钢套等，活动导叶修复工作完成后参加导水机构厂内整体预装。

活动导叶修复工艺流程大致如下：（1）清理防护。

活动导叶返厂后清理轴颈配合表面，并进行序间防锈。

（2）尺寸复测。

按照活动导叶修复方案图纸要求，测量活动导叶上、中、下轴颈外圆尺寸及活动导叶瓣体长度尺寸等，并反馈设计和工艺。

（3）打磨清理。

采用风铲等工具清理瓣体表面环氧金刚砂涂层。

（4）探伤。

按ASME标准对导叶瓣体作100%MT检测，标记显示的线性缺陷以及当量直径≥Φ5mm、深度≥3mm的凹坑或同等程度其他缺陷，对上述缺陷或凹坑进行清理。

（5）补焊。

对瓣体表面暴露出的明显凹坑进行手工补焊，焊接过程中对缺陷进行分部位，分区域施焊，尽量控制焊接变形。

（6）打磨。

打磨瓣体正、背面补焊部位，随形过渡，线性缺陷打磨后按ASME标准进行MT复探。

（7）重复上述（4）（5）（6）处理步骤，直至合格。

（8）划线。

按照活动导叶修复图纸要求，划出活动导叶瓣体端面加工线和出水边加工线。

《装备维修技术》2020年第4期— 181 —水轮机转轮及导水叶的空蚀补焊及维护陈志纯（泉州市山美水库管理处 福建 泉州 362000）摘 要：本文是通过现场对水轮机的检修维护，结合现场的实际情况，分析水轮机转轮和导水叶出现严重空蚀的原因，简要谈谈对水轮机转轮及导水叶空蚀补焊的处理方法及其维护。

关键词：转轮；导水叶；空蚀；补焊处理；维护1 概述水轮机是将水能转换为机械能的一种水力机械，它包括引水部件、导水部件、工作部件和泄水部件四部分，其工作部件即转轮是机组的核心部件，对整个系统的性能起决定性的作用。

山美水库#3机水轮机原采用A296型转轮材质为碳钢，叶片及底环材料为铸钢，泄水锥为钢板，2006年机组在检修时发现转轮空蚀严重，叶片出水边尾部穿孔并整块脱落，叶片与上冠连接处焊缝产生裂纹，已严重危及机组的安全经济运行。

2 空蚀与裂纹产生的原因分析2.1 空蚀产生的原因分析：水轮机产生空蚀的原因主要与水流的流速、方向、金属的性能、检修的工艺和运行小时数等有关；造成严重空蚀的原因主要有以下几点：一是设计制造方面， A296转轮翼型的合理设计有限，叶片表面光洁度不能满足要求，使得转轮的翼型流线与水流运动的水流流态不相吻合，叶片表面的压力分布不够均匀，在大流量运行区域显得尤为突出，这是造成转轮空蚀严重的主要因素；二是运行方面，因为电网需要，需频繁负荷调整导致水轮机不能在最优或者额定运行工况区域运行，造成转轮的水流紊乱出现空化现象，同时使得转轮的叶片表面产生空蚀；三是转轮本身的性能，由于转轮材料、叶片叶型的加工精度和表面粗糙度的原因，使得耐磨和抗空蚀性能不好，也是造成空蚀破坏的因素。

2.2 转轮裂纹产生的原因分析：一是运行方面，裂纹部位均发生在运行应力较高的上冠与叶片出口和下环与叶片出口连接焊缝处，由于机组长期处于低负荷及震动区运行，加上转轮是铸钢材质，硬度不够，使转轮叶片长期处于超强负荷的疲惫状态，在交变应力作用下产生裂纹并加剧；二是应力集中的原因，采用有限元计算分析得出，转轮在水压力及离心力的作用下，大应力区主要分布在转轮叶片周边上；按第三强度理论计算，相当应力沿叶片周边分布；三是铸造及焊接的缺陷的原因，铸造气孔、砂眼等在外部应力的作用下可能会造成裂纹的产生。

水电站水轮机组活动导叶裂纹原因与处理措施摘要：关于水电站活动导叶裂纹问题,该文主要从导叶水力设计、强度估算、叶片材质、制作工序、焊接工艺以及裂纹发展规律等方面,剖析并彻底确定了导叶裂纹的主要原因。

为世界其他地区大中型水轮机活动导叶裂纹的防治处理提供了比较经验和借鉴。

关键字:水电站;导叶;裂纹;分析;预防处理一、电站情况我厂水轮机组是由VOITH SIEMENS生产的HLV200－LJ－428型水轮机组，额定功率137.8MW，最大功率为148.0MW，额定水头88.0m，额定转速166.67r/min。

主要由座环、转轮、水轮机主轴、水导轴承、主轴密封、导水机构、尾水补气系统等部件组成。

其中水轮机导水机构共设有24个活动导叶，活动导叶为三支点支撑，采用自润滑方式，三个轴承分别位于底环、上导叶套筒中。

活动导叶分布圆直径D=4791mm，导叶高度H=1213mm，材料采用不锈钢ZGOCr13Ni4Mo整体铸造。

自2006年投入运行以来，已进行过一轮大修，本次第二轮大修，发现个别导叶存在裂纹，以及局部导叶有汽蚀现象，严重威胁着设备的安全稳定运行。

二、水轮机活动导叶裂纹情况水电站于2022年3月对#1机组进行第二轮A修，在对#1机组24块活动导叶正反面四周边缘部位及R角部位进行磁粉检测时，发现12号活动导叶存在下端R角部位有1处裂纹显示，最长裂纹35mm，其余检测部位未发现应记录缺陷磁痕显示。

如下图所示三、裂纹产生的原因分析水轮机导叶处于高速水流下工作，由于循环载荷和交变载荷引起的疲劳产生裂纹，在扰动应力下的裂纹扩展使新生的裂纹面不断地暴露在腐蚀介质中，从而加速了腐蚀，不断发生的腐蚀过程也使疲劳裂纹更快地形成和扩展，形成了横向和纵向裂纹，裂纹尖端的应力集中最严重，疲劳裂纹的形成破坏了材料的连续性，并且在裂纹尖端形成了一个特殊的应力场，会严重影响材料的安全使用。

中心部分:经过MT故障测试等系列试验后确认,延迟冷裂纹是由于非标准补焊所造成的;问题是补焊前加热温度不足,且焊接时没有后加热,造成焊接时氢气扩散无法有效去除,导致裂纹。