中型水轮机不锈钢活动导叶缺陷修复
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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。
马氏体不锈钢水轮机叶片补焊修复工艺苟维杰;胡伟;王丽红【摘要】以水轮机的典型修复方案为背景,分析水轮机叶片空蚀补焊修复的技术要求,试验中以马氏体不锈钢为母材的水轮机叶片钢作为试验材料,采用熔滴高速摄影技术,研究不同焊接工艺及焊接参数对立焊焊缝成形的影响.结果表明,采用下向立焊、改变焊枪上仰角度、采用熔滴短路过渡、使用Ar+O2混合保护气体,得到成形良好的立焊焊缝.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2016(046)007【总页数】4页(P79-82)【关键词】立焊技术;熔滴过渡;水轮机叶片修复;马氏体钢【作者】苟维杰;胡伟;王丽红【作者单位】北京电子科技职业学院,北京100176;天津职业技术师范大学,天津300222;北京电子科技职业学院,北京100176;北京电子科技职业学院,北京100176【正文语种】中文【中图分类】TG457.11马氏体不锈钢(0Cr13Ni5Mo)广泛用于制造大型水轮机叶片。
水轮机运行过程中,水流中泥沙的磨蚀和高速水流的空蚀严重损伤水轮机叶片,被空蚀的叶片机组会产生剧烈震动和噪声。
空蚀磨损和叶片震动的存在降低了发电效率,严重威胁着水电站的运行安全。
针对空蚀磨损部位的补焊是水轮机叶片修复重要手段。
大型水轮机叶片的补焊作业主要有坑内修复和坑外修复。
坑内修复即原位修复,在不拆除、不挪动水轮机叶片的前提下进行修复,这种方法因检修周期短,效率高而被广泛采用。
修复过程分为三阶段:空蚀部位进行焊接前清底—补焊修复作业—焊后磨削喷涂[1-2]。
大型混流式水轮机的叶轮由于其自身工作需求以及条形空蚀方向的特点,停机检修时空蚀部位(叶片表面)处于垂直位置,因此,补焊焊缝类型为立焊位或横焊位,结合空蚀条形的形成方向与焊接机器人修复的施焊方向,在水轮机补焊过程中采用立焊姿进行补焊作业,有利于补焊修复及焊后磨削修形[3-4]。
水轮机叶片空蚀原形如图1所示。
水轮机叶片材质为马氏体不锈钢(0Cr13Ni5Mo),在此以马氏体不锈钢的水轮机叶片为试验材料,对水轮机的空蚀补焊工艺过程进行研究。
水轮机导水叶剪断销剪断修复处理徐新亭【摘要】通过对水轮机导水叶剪断销在运行中被剪断问题深入剖析,详细叙述了所采取针对性处理措施,最终取得较为理想效果,此经验是值得借借鉴的。
【关键词】水轮机;导水叶;剪断销;处理0水轮机导水叶设置剪断销概况及作用导水机构连接板和导叶臂之间通过剪断销连接在一起,正常情况下,剪断销有足够强度带动导叶转动,而当导叶被卡住时,所需操作力增加,由于剪断销结构上有一最弱断面,当应力提高到1.5倍时,它首先剪断,保护其它活动部件不受损坏。
1水轮机导水叶剪断销剪断的现象及原因分析机组在发电运行过程中发生剪断销剪断。
1.现象是机组振动值、摆度值增大,水导瓦温度升高。
2.原因是导叶端面发卡、导叶之间遇有大树木卡阻。
2处置前的检查首先检修人员应对导水叶剪断销被剪断情况进行分析检查诊断,2.1确认有几个剪断销被剪断。
2.2确认是否有大物件还卡在导水叶之间。
3处置方法3.1情况一:如果检查发现有1个剪断销被剪断的处置方法3.1.1所采取的安全措施:a)机组AGC、AVC退出,手动停机。
b)落机组进水口工作闸门。
c)关闭机组调速系统总供油阀101阀及事故油源151阀。
3.1.2工艺步骤:1)检修人员到达工作现场之后,运行人员可以进行手动停机,在停机之前先将导叶再开大一点,目的是为了把导叶之间的障碍物被水冲走。
2)在停机过程中,若无法使机组停止转动,检修人员动水情况下落机组进水口工作闸门。
3)动水情况下落机组进水口三扇工作闸门的顺序是从右到左(左右是以坝的左右岸为方位)。
4)机组进水口工作闸门落好之后,工作负责人通知运行人员用纯“手动”方式将导叶开到任一个开度位置,关闭机组调速系统总供油阀101阀及事故油源151阀,因为在全关位置不便于检修更换剪断销。
5)检修工作班人员进入工作现场,拆除盖板,拆除剪断销信号线(自动化配合)。
6)用16T千斤顶顶导叶拐臂转动复位,最终将转臂上剪断销孔推到与连接板剪断销孔重合位置,即可进行剪断销打入连接。
水轮机活动导叶卡阻拒动的分析与处理摘要:水轮机组是水力发电的核心组件,它的稳定运行决定着整个发电系统的效率。
但是,自然界水流中均有一定的含沙量,泥沙进入水轮机会对其部件造成不同程度的磨损,从而造成水轮机不能平稳运行,影响发电效率。
据数据表明,我国目前已有的大中型水电站中,遭受泥沙磨损破坏的水轮机组占比为40%。
每年因为磨损破坏而停止和检修所造成的电能损失高达2×108kW·h以上。
因此,如何减缓水轮机磨损,提高水电厂的发电效率,已成为同行学者研究的热门问题。
关键词:水轮机;活动导叶;卡阻拒动引言飞逸工况是一种不稳定的过程,会导致机组转速迅速增大。
不同于常规机组,水泵水轮机组转轮的直径比常规的混流式水轮机组更为狭长,更易出现由惯性力作用的不稳定现象,从而引发高振幅的压力脉动,对机组安全造成威胁。
一般而言,解决失控状态的方案是让机组尽快退出飞逸过程,该方法会涉及到运行工况的切换,对水泵水轮机组而言,频繁在飞逸点附近转换工况,更容易进入S特性的不稳定区。
因此,飞逸工况是机组进入S特性的起始点,为了研究S特性,首先必须对飞逸工况有深入的认识。
在流动不稳定性方面的研究表明,水泵水轮机在非设计工况下时,容易进入S区。
李琪飞等通过数值计算分析了不同导叶开度“飞逸工况”下水泵水轮机尾水管与无叶区的内部流场,发现不同开度下S区流动的稳定性有显著的区别;XIALS等采用数值模拟分析飞逸动态特性,发现飞逸工况下S区形成环状的飞逸轨迹,该轨迹反映飞逸工况运行的不稳定性。
1.概述某水电厂共装设3台43MW混流式水轮发电机机组,水轮机型号为HLD307C—LJ—205,机组额定流量26.4m3/s,额定水头185m,3台机组调速器型号均为MGC4004PS—D80/40。
水轮机活动导叶上轴套为尼龙1010材质,中轴套及下轴套均为聚甲醛钢背复合轴套。
2013年,水电厂1~3号机组全部开展A级检修。
在稳定运行半年后,3台机组均在不同负荷区间内(28~43MW)出现了负荷调整不流畅、调速器有功调整功能退出、调速器“导叶侧大故障”报警等现象。
案例(一)一、问题分析(1)企业设备问题及分析该叶片泵由于冲刷磨损问题,已无法达到使用效果,而更换成本太高,故采用福世蓝技术进行修复保护。
泵内主要介质为较小尺寸木片,泵壳流道内有部分材料存留,此次做5mm厚保护涂层,以延长使用寿命。
(2)传统修复工艺及修复方法传统修复工艺无法满足使用要求,只能进行报废更换。
(3)福世蓝技术应用将存在间隙的边缘材料敲击去除,使用清水冲出杂质,进行烘干,烘干后使用喷砂机进行表面处理,最后调和EE-94福世蓝高分子复合材料,进行涂抹保护。
(4)福世蓝技术与传统修复工艺对比福世蓝技术操作简便,耗时短。
为企业节约大量维修成本,大大减轻工人的劳动强度,可长期使用,可为企业解决重大的设备问题。
而传统修复工艺无法进行有效修复,必须报废更换。
(5)综合效益评估分析此次修复使用EE-94高分子复合材料进行保护修复。
共使用EE-94高分子复合材料4组二、应用案例使用蒸汽进行清理清水冲洗后进行烘干三、合作总结针对此类问题,传统工艺无法进行有效修复,只能报废更换。
而采用福世蓝技术可快速有效的进行修复保护,大大减少了工人劳动强度,降低了企业的维修成本。
福世蓝技术产品,针对不同设备,不同的运行状态,不同问题情况,采用相应修复工艺,可快速、简单、有效的进行修复,帮助企业降低维修维护成本,减少停机停产时间,提高企业竞争力。
案例(二)一、问题分析1.1 双吸泵效率下降原因1、由于水流的冲刷,水泵流道内壁和叶轮过水面变得粗糙不平,水泵内流道的摩阻系数增大,再加上水在泵内的流速很大,水头损失增加。
水力效率降低。
2、由于在泵前投加药物或水质等原因,使泵壳内严重积垢或腐蚀。
泵壳内积垢严重的可以使泵壳壁厚增加2ram左右,而且水泵内壁形成垢瘤,使泵体容积缩小、抽水量减少、并且流道粗糙,水头损失增加。
客积效率和水力效率都降低。
3、由于水泵加工工艺造成的铸造缺陷、汽蚀、磨蚀、腐蚀和化学浸蚀等原因造成泵流道内产生空洞或裂缝,水流动时产生旋涡而造成能量损失。
水轮发电机组导叶故障原因分析及改善措施某地近年来开始对一批投运了近30年的中小型水电站进行增效扩容改造。
某些电站因机型、流道限制及资金等原因而改造不够彻底,导致这些电站在改造后的初期投运期间总是有故障发生。
水轮机导叶开度的大小控制着水轮机的过流量多少,即控制着发电机负荷的大小,所以导叶是否能正常工作,具有重要的作用。
立式机组的导叶一般由上轴套、中轴套、下轴套和导叶本体构成,导叶的叶型也会直接影响水流的变化,进而引起流态不稳、负荷波动等现象,导叶轴套之间的间隙也会对机组负荷的控制造成影响。
一、导叶轴套以及导叶抱死现象1.1 故障发生情况分析水轮机导叶轴套是最容易引发导叶抱死故障的部件,产生故障有很多原因,譬如选材、结构、制造工艺、安装质量等等;另外还包括不同型线的导叶由于代换后一起工作时,都有可能发生导叶抱死的情况。
为此,具体对某座水电站的水轮机导叶所发生的故障进行分析,并提出具体的改善措施。
某水电站增效扩容改造后装机为4×1500kW,改造过程中导叶轴套更换新品,但是导叶仅做修复处理,致使试运行期间水轮机导叶多次发生卡滞现在,该导叶的结构是上、中、下轴套构成,轴套材料为MC尼龙浇注,导叶轴直径Φ135mm,与轴套之间的安装间隙为0.15mm左右。
在试运行24小时后,在负荷1000kW至1200kW区间运行时,导叶剪断销报警装置发出信号,发生导叶剪断销被剪断事故。
停机后进行检查,初步判定发生导叶抱死故障。
拆解故障导叶后测量,发现下轴套内径缩小了0.4毫米,导叶轴与轴套原本的间隙配合变为过盈配合,进而发生导叶抱死故障。
对正常导叶轴套测量对比后可排除吸水膨胀的原因,最后确定是由于轴套外径有一定的过盈量,制造安装时未充分考虑轴套压入轴套座过盈所引起的内径收缩,而内径的收缩量与外径的过盈量成正比。
通过查阅MC尼龙轴套的设计资料,收缩量与测量数据基本吻合。
1.2 改善措施通过两个方法可以解决导叶抱死故障。
阐述水轮机导水叶漏水原因及修复方法1.引言水轮机漏水是以导水叶为中心,为了控制漏水量,水轮机导水叶底环与顶盖处于密封结合的状态,但是由于水轮机机组长期进行峰荷调节,动作频繁,使得导叶、顶盖与套筒等部件轴承套与轴承之间的磨损十分严重,配合间隙随之增大,导水叶漏水会造成调相机组在调相时漏气,也会造成间隙汽蚀加剧,导致破坏,还会给尖峰负荷机造成巨大的水能损失。
2.导水叶漏水原因分析2.1机组调节频繁导致导水机构部件之间的磨损。
机组运行期间,如果机组调节过于频繁,就会引起操作系统连接轴套与轴销之间出现磨损,磨损过于严重,超过规定的指标范围时,就会导水叶各个部位之间的间隙过大,最终操作系统不能控制导水叶完全关闭,导水叶漏水的主要原因之一就是导水叶关闭不严。
2.2接力器压紧行程对导水叶漏水量的间接影响。
2.2.1压紧行程作用。
导水叶漏水量不仅与导水叶的立由于操作系统连接轴套与轴销之间存在间隙,操作臂变形,蜗壳水压的作用,到自己导水叶的右向开侧方向发生移动,因此导水叶在关闭后需要向左侧移动,确保过紧量。
2.2.2人为误差造成的漏水。
受到人为因素的影响,操作人员在进行调节时,眼睛看刻度尺寸时有误差,导致两个接力器的压紧行程不同步,使得操作系统不能完全协调,两个连杆的长短出现偏差,也会导致导水叶漏水。
2.2.3压紧行程的调节。
压紧行程是调节控制环与两个接力器之间的连杆上调节螺母来完成,大型水轮机和中型水轮机接力器的压紧行程为6mm-8mm。
2.3密封装置的密封件易损严重导致漏水量增大。
2.3.1止漏装置的组成。
装置导水机构的止漏装置包括导水机构在完全关闭状态下为防止蜗壳中压力水流入下游装置的导叶与上环、导叶与下环、导叶与导叶之间的止漏装置和导叶轴承止漏装置。
对于中、低水头的大、中型水轮机导水叶的立面与端面的止水装置通常是依靠密封胶条预防漏水,导叶完全关闭,由于接力器的作用力,导水叶尾部会压紧在相邻导叶头部的密封胶条,这种结构在运行中会出现胶条脱落的现象。
中型水轮机不锈钢活动导叶缺陷修复
摘要:不锈钢活动导叶常由于裂纹、疏松、变形等问题进行返修,由于导叶结构、材料、质量要求等因素,造成该类铸件修复时间长、成本高。
文章针对不锈钢活动导叶最难修复的三类缺陷探讨经济有效的修复工艺方法,同时满足质量与生产进度要求。
关键词:不锈钢活动导叶;铸件;缺陷
1 引言
不锈钢活动导叶是水轮发电机导水机构重要部件,通常为马氏体不锈钢整铸成型,质量要求高。
随着铸件尺寸及重量的增大,出现重大缺陷返修的机率增高。
虽然该类铸件可用焊接方法进行修复,但铸件从本质上与型材存在较大差异,因此铸件修复过程中应充分考虑母材的特点,综合各种因素,从而制定出最合理的修复方案,满足质量与进度要求。
2 中型不锈钢活动导叶特点
不锈钢整铸活动导叶通常为板-杆连接结构(见示意图),中间板体由下至上逐渐增厚,两端分别连接长、短圆轴,长短轴直径与板体厚度相差较大。
中型不锈钢导叶总长约4000mm,轴径约500mm,重量约5吨。
铸造时高飞板体与长轴中部设置冒口进行补缩,冒口需进行热割去除。
3 不锈钢活动导叶常见的三类缺陷
3.1 裂纹:铸件本体、本体与冒口之间壁厚相差悬殊,易在冒口侧及导叶轴颈处出现长而粗的裂纹。
3.2 缩松:实际生产过程中,当铸件钢水不足或冒口设计不当时,冒口下或轴颈处易出现缩松缺陷。
通常肉眼不可见,但无损检测时不合格。
3.3 变形:导叶为长形板杆结构,随着总长的增加,极易产生出现挠曲变形,即板体或长轴出现局部缺肉无加工量。
铸件凝固过程中不均衡的热胀冷缩;热割冒口;热处理摆放等因素均是造成铸件变形的原因。
4 修复工作前的准备工作
修复前应进行以下工作,为制定恰当的修复方案作准备:查阅图纸和铸造工艺、查阅铸件过程记录、查阅铸件理化性能及无损探伤报告、现场查看缺陷形状出现位置等,仔细分析缺陷的成因,预测缺陷的严重程度。
5 裂纹及缩松松缺陷的修复
5.1 缺陷的清除
裂纹及缩松类缺陷宜用挖补法进行修复。
在实际修复过程中,清除缺陷往往占用50%以上的周期,需进行多次重复性工作。
因此,如何进行清缺是影响整个修复进度的关键。
缺陷清除应遵循尽量一次清除到位、减少焊补量、凹坑形状满足焊接操作要求的原则。
以碳弧气刨、气割加砂轮打磨三种方式最为常见。
若采用吹刨或气割去除缺陷,则需再用砂轮将凹坑打磨光滑,用渗透或磁粉探伤进行检测确认所有缺陷均已清除干净。
5.1.1 裂纹缺陷清除
砂轮打磨是清除裂纹的最好方式,不易造成裂纹延展,但劳动强度高、效率低,打磨的最大深度有限,适合短浅裂纹清除。
而活动导叶的裂纹多数发生在应力集中的轴颈或截面变化大的冒口补贴
两侧,长且粗,深度较深。
宜采用碳弧气刨在预热状态下进行吹除,吹除方向应与延伸方向相反。
在实际生产中发现,大型裂纹,特别是裂纹倾向较大马氏体不锈钢铸件,若只是在预热状态下用碳弧气刨进行吹除,虽然在吹刨过程中目测已吹清,但在冷却过程中多次出现再次开裂并延伸扩展的现象。
造成这种现象的原因有多种,如:铸件热处理不足有残余应力,铸件在下序加工过程中形成切削应力等。
此类铸件返修时应先进行一次消除应力热处理将有利于裂纹的去除,减少铲挖量,提高处理效率。
5.1.2 缩松缺陷的清除
当铸件无损检测及综合其它因素判定有缩松缺陷时,根据铸件凝固原理,该缺陷多位于铸件芯部,深度较深。
实际生产过程中,曾批量在板体补贴位置出现大面积缩松缺陷,渗透探伤显示为数量较多的冰花状缺陷,经反复吹刨、打磨均不能有效地清除缺陷。
经反复论证及计算后,采用气割将板体缺陷区域全部切除,根据导叶板体线型另外制作镶块进行组焊,并采取相应的手段保证导叶板体型线及组焊质量。
此方法工作量较大,但在处理批量性缺陷时仍不失为有效方法。
5.2 缺陷的修复
因清除缺陷出现的凹坑一般采用手工电弧焊或熔化极氩弧焊进
行补焊。
5.2.1 防变形措施
当缺陷发生在板体中间、长轴轴颈处,采用碳弧气刨、气割等方式去除时,均应在缺陷清理前于板体或板体与长轴之间焊防变形筋,直到消除应力热处理后去除。
5.2.2 焊前预热
不锈钢焊前应进行100℃以上的预热,可减小冷却速度和焊接应力,防止铸件变形及焊缝热裂纹。
5.2.3 焊材选择
水轮机活动导叶通常耐汽蚀和抗磨性能较好的高强马氏体不锈钢。
为保证焊缝强度及使用要求,应选用与母材同类型的焊接材料。
5.2.4 焊接工艺参数
焊接工艺参数根据缺陷类型、大小、凹坑所在位置、焊接位置、焊接材料等来确定。
在安全操作的前提下,应尽量采用平焊位,方便操作及观察。
根据该材料的wps选择电流、电压、速度、层间温度等保证焊缝内在质量。
5.2.5 补焊过程中质量控制
补焊过程中,焊缝区域应保持在预热温度以上,除第一层及最末一层焊缝外,均应逐层锤击。
若补焊面积较大、深度较深并处于应力集中区,则应在焊至总量一半时做进行一次消除应力热处理。
5.2.6 焊后热处理
属于重大缺陷的焊补结束后降温至100℃左右进行消除应力热处
理,最高温度应比全过程热处理回火段最高温度略低,不改变铸件母材的力学性能。
5.2.7焊后无损探伤检测
热处理之后在热状态下采用碳弧气刨吹平焊缝,去除防变形筋。
冷却至室温后采用砂轮打磨,按图纸标准进行无损探伤检测,保证补焊合格。
6 导叶变形的修复
导叶发生变形时应首先考虑使用冷校形法,如使用油压机进行校正,适合板体位置发生的变形。
若长轴发生变形则可用火焰局部加热进行校形,加热部位应在长轴变形的起点,即在板体与长轴相贯处、长轴轴颈处进行加热,利用不均匀的热胀冷缩校形。
最后再采用补焊的方法对局部小量缺肉进行校正。
7 结束语
综上所述,若要同时满足生产周期和质量要求,经济高效地修复导叶应:
7.1 做好修复前的各种准备工作,收集理化性能、加工状态、质量要求、铸造过程等相关信息。
7.2 根据缺陷类型、呈现的状态及所在部位,选择最有效的缺陷清除方式,缺陷清除工作的质量与效率,是整个缺陷修复工作的关键。
7.3 注意采取防变形措施。
7.4 同材质焊材保证铸件的使用要求,充分使用无损检测及消除
应力热处理是保证焊接质量的重要手段。