九甸峡水电站水轮机转轮裂纹处理及分析

水泵水轮机转轮裂纹成因分析及处理摘要：近些年水轮机转轮出现多起裂纹问题，使机组被迫停役。

转轮裂纹的出现，不仅为机组的安全稳定运行带来了极大的威胁，为抽蓄电站的正常经营带来了经济损失和社会损失，所以要想确保水电站安全稳定运行，必须通过无损检测技术对水轮机转轮定期探伤，及时发现并有效处理转轮裂纹问题。

采取有效的预防控制措施，确保机组运行安全性和稳定性。

关键词：水泵水轮机；转轮裂纹；成因；处理1水泵水轮机转轮裂纹成因分析1.1转轮形状变形转轮的出水叶片相较于整个转轮的其他部分，是整个转轮的强度最低的位置，同时该位置由于叶片出水时会收到水面的张力等方面的因素，导致该出是整个转轮结构中应力最为集中的区域，同时该处还会受到水流长时间的侵蚀，由于长时间水流侵蚀的原因还会导致该处的厚度减少，导致该处的应力结构发生变化。

1.2振动方面水轮机转轮在运行中，因为水力振动原因也会导致焊缝疲劳损伤产生裂纹。

产生水力振动主要有以下因素：水力不平衡、尾水管低频水压脉动、空腔汽蚀、卡门涡列、间隙射流等。

当机组在非设计工况或过渡工况运行时，通过水轮机的水流状况恶化，水力振动较为明显，造成的破坏也相对加剧。

1.3负载超出材料最大负荷负载超出额定的最大负载也是导致转轮出现裂纹的重要原因，这是由于设计师在进行转路基设计的时候没有充分地考虑到负载增大的问题，当出现特殊情况时，应力超出了机器的最大负载，进而导致转轮的叶片受损。

当机组长时间处于超出额定工作频率的情况时，便会由于超出转轮叶片等结构建设材料的疲劳极限而降低叶片的耐压能力，进而导致叶片出现裂纹。

2水泵水轮机转轮裂纹的处理措施2.1提高轮叶质量轮叶质量的好坏，将直接决定转轮使用时间的长短。

因此，必须要注重对轮叶生产品质的提升。

首先，应注重样板的设计与制作。

水轮机中的轮叶结构比较复杂，任何一点的误差，都会造成轮叶形状的改变。

在挑选样板时，可以优先选择磨损程度较轻的转轮，这是因为磨损程度越轻，则代表该轮叶越符合水轮机的运行需要。

混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施水轮机转轮，特别是中、高比速混流式水轮机转轮中的裂纹现象，在世界各地普遍存在。

国外的例子有埃及的阿斯旺高坝、美国的大古力700 MW机，俄罗斯的布拉茨克等。

国内有岩滩、李家峡、小浪底、五强溪、二滩等大型水电站，在投运后水轮机转轮都不同程度的浮现了裂纹。

转轮裂纹严重影响电站的安全运行和经济效益，引起人们的极大关注。

1转轮裂纹的产生原因转轮为什么会产生裂纹，人们对此做过许多研究，不时地提出一些假设。

笔者把转轮裂纹分为规律性裂纹和非规律性裂纹两类。

规律性裂纹是指不同叶片上的裂纹具有大体一致的规律，所有叶片都开裂，裂纹的部位和走向也大致相同。

非规律性裂纹或者只在个别叶片上发生，或者不同叶片上裂纹的部位、走向和其他特征各不相同。

其产生的普通原因分述如下。

1.1规律性裂纹失效分析结果表明-绝大多数规律性裂纹是疲劳裂纹，断口呈现明显的贝壳纹。

叶片疲劳来源于作用其上的交变载荷，而交变载荷又由转轮的水力自激振动引起，这可能是卡门涡列、水力弹性振动或者水压力脉动所诱发。

1.1.1卡门涡列(1)黄坛口水电站1958年投运的4台HL310-LJ-230水轮机，运行不久转轮叶片出水边根部即发生总计67条裂纹。

后来查明，在某些水头下，当机组出力在5～8 MW时，叶片出水边卡门涡列频率与叶片自振频率耦合而引起共振，动应力急剧增加，使叶片疲劳开裂。

采取修整叶片出水边厚度和形状，提高卡门涡列频率，避开了共振，转轮安全运行多年，再没有发生问题。

(2)小浪底水电站水头范围68～141 m,额定出力306 MW。

水轮机转轮上冠和下环为13.5不锈钢铸件，叶片由13.5不锈钢热模压后数控加工，再用309 L奥氏体不锈钢焊丝焊成整体。

由于是异种钢焊接，转轮焊后不进行消除应力处理。

为适应电站水头变幅大和多泥沙的运行条件，水轮机供应商采取了低比转速，小的出口直径(D 2／D 1＝0.88),较大的导叶相对高度(b 0／D 1＝0.236),肥大的叶片头部，较厚的叶片出水边(δ=38 mm),喷涂碳化钨和设置筒形阀等技术措施。

浅析水轮机转轮裂纹产生原因及处理对策水轮机是水电站机组中重要的组成部位，但是其也是最容易受到损害的部位。

随着目前人类对能源的需求与日俱增，如何加强对水轮机的危害的防治，延长其使用寿命，保证水轮机的正常运行已经成为了必须亟待解决的问题。

在本文中，笔者主要对目前水轮机转轮裂纹这一现象进行详细的讨论。

标签：水轮机、转轮、裂纹、原因、对策前言：在本文中笔者通过对水轮机运用的概述，对目前我国水电站常见的水轮机转轮裂纹产生的原因进行了分析，并通过对原因的分析，提出了相应的裂纹处理与预防措施。

一、水轮机运用概述能源作为国家的重要战略支柱，在各国受到了高度重视。

近年来随着我国经济社会的不断发展壮大，我国对于电能的需求与日俱增，但是化石能源作为不可再生储能，给人类的居住环境带来的威胁越来越大。

为了更好的做到节能减排，缓解气候变化，满足经济和社会的可持续发展需求。

我国一直都把可再生能源作为未来能源战略的重要规划进行了长久以来的实施。

随着我国水电站的的不断新建，在其为人们提供了重要生活、生产保障的同时，自身也相继出现了诸多问题，例如水轮机转轮裂纹的产生，它不仅降低了机械运作的寿命，同时也对电能生产带来一定的影响。

作为水轮机的重要组成部分，水轮机转轮的轮毂与叶片之间的过渡区是整个转轮的力学薄弱区，在机组运行中非常容量发生裂纹。

近年该问题在诸多水电站的生产中相继出现，已经成为了一个不得不亟待解决的技术关键。

二、常见水轮机转轮裂纹产生的原因目前在水电站水轮机的使用类型中主要以混流式水轮机转轮、轴流式水轮机、贯流式水轮机等为主。

以下就以混流式水轮机转轮为例，从水力、设计、铸造、运行、共振等多种因素对其产生的裂纹进行分析：1、水力方面疲劳裂纹、断口出现明显的贝壳纹均属于水轮机转轮叶片上的规律性裂纹，从力学和材料力学两方面来讲，疲劳裂纹的出现主要是由于叶片承受的动应力超过了叶片材料的疲劳强度极限所至。

一旦出现叶片承载不足的情况，叶片就极易出现叶片裂纹。

水电厂水轮机转轮叶片的裂纹处理及防控发表时间：2019-09-19T09:04:31.097Z 来源：《电力设备》2019年第8期作者：陈健[导读] 摘要：在本篇文章中主要将某水电厂中的水轮机组作为实例，在针对水轮机组展开日常检修时，利用超声波技术探测出转轮叶片上存有裂纹，深入分析水轮机组中转轮叶片出现裂纹的主要原因，进而针对裂纹提出科学、有效的处理方式与防控对策，旨在为相关人员提供微薄的参考依据。

（松花江水力发电有限公司吉林丰满发电厂 132108）摘要：在本篇文章中主要将某水电厂中的水轮机组作为实例，在针对水轮机组展开日常检修时，利用超声波技术探测出转轮叶片上存有裂纹，深入分析水轮机组中转轮叶片出现裂纹的主要原因，进而针对裂纹提出科学、有效的处理方式与防控对策，旨在为相关人员提供微薄的参考依据。

关键词：水电厂；水轮机转轮叶片；裂纹处理及防控在某水电厂中一共具备15台水轮机组，总容量约在63万kw左右平均每台机组的实际容量约为4.2万kw左右，整个水电厂属于较为综合的电厂，将灌溉、航运以及发电等集于一体。

其中出现裂纹问题的水轮机组型号是GZ932-WP-750，转轮的直径约为7.5m，额定流量约为492m³/s左右，在整个水轮机的转轮上共有四个叶片，材质为马氏体的不锈钢并通过真空的精密方法所制作。

在相关人员针对所有水轮机组展开日常检查时，通过超声波技术探测出所有机组中的三组都存有不同程度的裂纹，这些裂纹不仅会影响叶片的正常运行，还会对整个机组的实际运作造成直接影响。

一、水电厂水轮机转轮叶片出现裂纹的主要原因在日常检查中探测出水轮机组中的转轮叶片上存有裂纹状况后，某水电厂立即停止了水轮机组的运行，并针对裂纹出现的主要原因展开全面分析，最终发现导致叶片出现裂纹现象的主要原因有以下两方面：第一方面，如果水轮机组处于非最佳情况下或低水头情况下运行的话，就会导致水轮机组的工作状况差，在转轮的出口处水流会逐渐变成环流，这样在水管的尾部会形成旋状的涡带，这种涡带会随着水流而有所移动，如果移动到水管壁的话就会变成压力脉动，最终严重增加水轮机组的振动状况。

水泵水轮机转轮裂纹成因分析及处理核心思路分析摘要：当前形势下水利建设事业的快速发展，逐渐扩大了水电站的建设规模，完善了与之相关的基础设施。

实践中为了优化水泵水轮机的工作性能，延长其使用年限，需要对转轮裂纹成因有所了解，找出切实有效的策略加以处理，确保水轮机应用有效性，满足水电站生产活动高效开展要求。

基于此，本文将对水泵水轮机转轮裂纹成因分析及处理进行系统阐述。

关键词：水泵；水轮机；转轮裂纹；成因；处理；策略根据水电站的生产要求及水泵水轮机的功能特性，积极开展转轮裂纹成因分析工作，强化科学处理意识，可使水轮机处于正常的工作状态，增加水电站的生产效益。

因此，在改善水泵水轮机性能状况、丰富研究内容的过程中，需要总结好转轮裂纹形成原因，灵活运用不同的策略进行科学处理，促使水轮机应用中有着良好的工作性能，避免影响其使用寿命。

1水泵水轮机概述在水电站建设及发展过程中，为了实现对水泵水轮机的科学应用，需要对其相关内容有所了解。

具体包括：（1）注重运维机制的不断完善、人员优化配置及设备性能状况分析，可使水泵水轮机运行更加高效，及时消除应用过程中可能存在的隐患，满足水轮机工作性能可靠性要求，全面提升水电站的生产及效益水平；（2）转轮裂纹成因的科学分析，积极开展专业性强、内容丰富的处理工作，有利于提高水轮机的运行稳定性，满足水电站生产活动高效开展要求，更好地体现出水轮机运行故障处理的重要性，避免转轮裂纹影响范围的扩大。

2水泵水轮机转轮裂纹成因分析2.1转轮设计状况不佳水泵水轮机转轮组件是单独制造的，需要根据组装设计图纸加工，将叶片、上冠和下环进行组合焊接，在焊接叶片时会在叶片中央留下大量钝边，导致叶片造成极大损伤，裂纹出现的概率有所加大，对水轮机的工作性能产生了潜在威胁。

同时，由于对良好的设计理念运用、设计过程中的严格把控等缺乏综合考虑，使得水泵水轮机转轮设计状况不佳，与科学设计、安全应用要求不相符，导致水轮机转轮应用中产生了裂纹，对设备自身的利用价值、水电站的生产效益等造成了不同程度的影响，水轮机在生产实践中面临着一定的运行风险。

运行与维护102丨电力系统装备 2020.20Operation And Maintenance电力系统装备Electric Power System Equipment2020年第20期2020 No.201 水轮机转轮产生裂纹的危害1.1 威胁水电站的安全转轮结构的稳定运行对水力发电效率与质量的保障有着很大影响，也是保障水轮机安全运转的关键因素。

如果转轮在运行中出现裂纹情况，如果相关人员没有对其进行及时的处理，那么就会给水力系统的安全造成威胁，同时还会间接影响水电站内人员的人身安全。

因此需要管理及维护人员能够及时针对裂纹产生原因，进行及时妥善的处理。

1.2 降低发电效率与质量转轮出现细小的裂纹情况，还会给水轮机的发电效率与质量造成一定影响。

当裂纹出现后，水电站需要投入部分精力与时间用在转轮的维修及管理方面，不仅会给水力系统的正常运行带来一定阻碍，还会降低电能质量。

另外，对转轮进行裂纹处理还会间接影响水电站的经济效益，增加维修及管理成本，所以需要电厂管理及维护人员能够对转轮裂纹的处理方案进行合理规划。

2 水轮机转轮产生裂纹的原因除了转轮结构材料的选择问题以及设计问题，对水流、水压控制不到位也会造成转轮裂纹的出现，下面文章就对这几种原因进行分析，以此来为相关裂纹防控方案的制定提供帮助。

2.1 转轮材料选择有误水轮机在水力发电系统中扮演着重要角色，需要相关制造及生产人员能够对其中涉及到的零构件质量提供保障。

但是个别生产部门在制造转轮的过程中会出现材料选择失误情况，一方面是因为水电站没有对转轮材质提出严格的要求，使得性质相似的材料被应用到了转轮的制造中。

另一方面是因为水电站没有对有特殊要求的转轮信息进行进一步的明确，使得转轮材质存在差异性问题。

而这些情况的出现都会间接导致转轮在后期使用中出现裂纹现象，不仅影响了水力发电系统的平稳运行，还间接增加了转轮的使用成本。

2.2 转轮结构存在漏洞水轮机转轮的制造对焊接工艺的要求较高，需要制作人员能够按照规范的流程步骤保证转轮焊接的精准性与稳定性。

水轮机转轮叶片裂纹成因及处理措施水轮机转轮裂纹缺陷是水电站普遍存在的问题，严重影响着机组整体的安全运行，因而对此类缺陷的检查和处理工作是水电厂的重要工作。

为了有效控制和减少转轮叶片裂纹，对裂纹产生的原因进行正确的诊断，并积极采取一些有针对性的预防措施，以避免该问题的发生，有利于确保水轮发电机组的安全、可靠、经济运行。

本文就水轮机转轮叶片裂纹成因及处理措施进行简单的阐述。

标签：水轮机转轮叶片；裂纹成因；处理措施水轮发电机组在运行中，由于工艺、水力因素等原因，转轮叶片很容易产生裂纹甚至断裂，导致的结果是机组的寿命减小，停机检修时间长，电站的经济损失也相应增大。

因此，确保转轮的性能满足要求，是机组设计的关键。

1工程概况新安江水电厂装设8台9.5万kW和1台9万kW的混流式机组，总装机容量为85万kW。

新安江水电厂是1座综合型电站，兼顾发电、防汛为一体。

1号机组发电机型号为TS854/156-40，水轮机型号为HLS66.46-LJ-410，额定流量135m3/s，转轮直径 4.1m。

水轮机转轮有13个叶片，转轮叶片的材料为ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢，真空精密铸造。

机组最大水头85.4m，设计水头73m，最小水头59.96m，额定转速为59.96r/min。

1号机组于1960年并网发电，并于2002年3月至10月进行增容改造大修后投入运行。

2013年3月，在1号机进行B级大修期间，检修人员对1号机组的转轮叶片进行了超声波探伤检查。

探伤结果显示，1号转轮叶片背部有一条长为115mm，宽为6mm，深度为3.5mm的裂纹；2号转轮叶片出水边根部有一条长为85mm，宽为4.1mm，深度为1.9mm的裂纹；4号转轮叶片出水边根部有一条长为80mm，宽为4.3mm，深度为1.4mm的裂纹和一条长为92mm，宽为3.6mm，深度为2.8mm 的裂纹，上述裂纹都对转轮叶片安全运行造成较大的危害，严重影响机组的安全、稳定运行。

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。

水轮机转轮叶片裂纹分析及处理
水轮机转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全经济运行。

通过对水轮机转轮叶片进行有限元计算分析，得出应力过于集中通常是叶片裂纹产生的主要原因，此外，叶片也存在设计、制造、运行方面的问题，为此，介绍了水轮机转轮叶片
裂纹金属无损探伤的常用处理方法和一般工艺。

水轮机转轮叶片裂纹的频繁产生，对机组安全运行构成很大威胁，也给电厂带来极大的经济损失，因此，分析裂纹产生原因，并对易产生裂纹部位进行无损探伤检查，对及时处理缺陷，消除事故隐患是十分必要的。

1裂纹产生原因分析
1.1应力集中
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的相当应力沿叶片周边的分布。

转轮叶片存在四个高应力区，他们的位置在叶片进水边正面(压力分布面)靠近上冠处；叶片出水边正面的中部；叶片出水边背面靠近上冠处；叶片与下环连接区内。

1.2铸造缺陷及焊接缺陷
铸造气孔、铸造砂眼等在外部应力的作用下可能会成为裂纹源，造成裂纹的产生。

由于转轮叶片与上冠、下环的厚度相差大，在冷却过程中易产生缩孔、疏松等。

铸焊结构的转轮，若焊接工艺不当或焊工没有按照焊接工艺的要求进行焊接，在焊缝及热影响区也会出现裂纹。