红石电站水轮机转轮叶片裂纹的分析及处理(新版)

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和分析水轮机转轮，尤其是中、高比转速混流式水轮机转轮中的裂纹现象，在世界各地普遍存在。

国外例子有埃及的阿斯旺高坝、美国的大古力800MW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出现了裂纹。

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 产生裂纹的原因但是为什么会产生裂纹呢？通过人们的许多研究，提出了一些假设，主要分为规律性裂纹和非规律性裂纹。

规律性裂纹主要是指叶片上的裂纹具有大体一直的规律，几乎所有叶片都有，裂纹的部位和走向也大体一致。

非规律性主要是指裂纹只要集中在个别的叶片上，部位和走向也基本不一样。

主要产生裂纹的原因主要有以下原因：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，端口呈现明显的贝纹。

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发，这坑呢个是卡门涡列、水力弹性振动或者水压脉动所诱发。

1.2 非规律性裂纹非规律性裂纹有的呈网状龟裂纹，有的呈脆性断口，也有的呈疲劳贝壳纹。

这类裂纹多数由材料不良或制造质量缺陷造成。

2 裂纹的处理(1)裂纹处理的关键是找出产生裂纹的根本原因，对症下药。

非规律性的裂纹一般比较好分析。

难的是规律性裂纹，究竟是哪些原因起主导作用。

最有力的手段就是破坏部位的动应力测试。

从应力频谱中分解出构成动应力主要分量的频率和幅值，进而跟踪查出相应的水力激振源。

(2)裂纹的焊补工艺非常重要。

埃及阿斯旺高坝工程的12台混流式水轮机转轮曾发生过严重裂纹。

原美国阿里斯查摩公司为其更换了其中6台。

法国电力公司采用合理的焊补工艺、焊接材料，在有经验的工程师指导下，由优秀焊工操作成功地修复了其他6台。

很显然，两者处理效果相当而后者成本大为降低，焊补工艺的重要性由此可见一斑。

(3)转轮裂纹，尤其是高应力区的裂纹，一经发现就应尽可能早的焊补处理。

混流式水轮机转轮裂纹原因及预防措施的探讨【摘要】混流式水轮机转轮叶片裂纹故障严重影响了水电站的安全稳定运行和经济效益的发挥。

本文就混流式水轮机转轮裂纹原因及预防措施进行了探讨，结合了具体的工程实例，对机组运行情况和转轮裂纹现象作了详细的阐述，分析了产生的原因，并提出了相应有效的措施，以期能为预防混流式水轮机转轮措施裂纹而提供参考。

【关键词】混流式水轮机；转轮裂纹；原因；预防措施所谓的混流式水轮机，又称法兰西斯水轮机，水流从四周径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮，转轮由上冠，下环和叶片组成。

其结构紧凑，效率较高，能适应很宽的水头范围，是目前世界各国广泛采用的水轮机型式之一。

但是，混流式水轮机转轮叶片若出现裂纹故障，将会严重影响水电站的安全稳定运行和经济效益的发挥，所以必须及时采取措施针对裂纹故障现象进行治理，以确保水电站的安全稳定运行。

1 概述某水电站第一台机组投运后的停机维护中就发现水轮机转轮叶片出现裂纹，在后续机组维护中同样发现了叶片裂纹。

某水电站首台机组投运至今已近15年，但是水轮机转轮裂纹频现的状况并未彻底消除，每年轮修中几乎都会发现裂纹，裂纹处理已成为每年机组检修中的主要工作。

1.1 机组运行情况目前已建成水电站中调节性能较好的特大型骨干电源，不仅每年向系统提供巨大的清洁电力能源，并在系统中承担调峰、调频、调压和事故备用等任务，在我省电网中发挥着重要的作用。

1.2 水轮机基本参数及结构特点水轮机额定功率为582MW，最大功率为612MW，公称直径6257mm，额定转速142.9r/min，额定水头165m。

转轮为全不锈钢分瓣铸焊结构，#1叶片和相对的#7叶片对称分剖，共13个叶片转轮上冠、叶片、下环的材质均为ASTMA743MGradeCA-6NM马氏体不锈钢。

转轮上冠把合方式为卡栓式结构。

与以往的螺栓把合结构相比，这种结构可以减薄上冠的壁厚，从而节省昂贵的不锈钢材料。

叶片采用数控机床加工，叶片最大厚度为188mm。

例析水电站转轮叶片裂纹的处理艺0 緒论×××水电站位于四川省石棉县境内的松林河干流上，电站安装有3台单机容量43MW的立式混流式水轮发电机组，总装机129MW，单机额定流量为26m3/s 转轮型号为HLD307C，直径2050mm，转轮为铸焊结构，上冠、下环及15个叶片单独加工后组焊为一体。

上冠、下环及和叶片材料均为ZG06Cr13Ni6Mo。

首台机组于2007年6月投入商业运行。

×××三台机组在投运后转轮不同程度地都出现裂纹，最为严重的是2011年7月中旬，1#水轮发电机组在在运行过程中转轮叶片出现掉块，水导摆度突然增大，导致水力不平衡，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 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气蚀和裂纹（如图1、图2）。

（图1：转轮叶片出水边穿透性裂纹及气蚀）（图2 转轮叶片出水边掉块）1.2 应力集中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得出，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（如图1、2）。

1.3 运行原因由于汛期、枯水期发电量和电价系数等问题，电站要考虑最优经济效益，导致机组在低负荷或震动区运行，会使叶片在交变应力作用下产生裂纹或裂纹情况加剧。

2 裂纹处理2.1 阻止裂纹延伸通常裂纹的两端尾部内应力接近材料的极限强度，在外力或热应力的影响下还会继续延伸。

混流式机组转轮裂纹原因分析及解决办法摘要：转轮是水电厂混流式水轮机设备的核心部件，作为能量转换站，其性能对混流式水轮机的性能有着决定性的影响。

由于各方面的原因，混流式水轮机转轮通常会出现不同程度的破坏，从而对混流式水轮机的运行及水电厂的生产造成严重的影响。

相关人员应不定期地对混流式水轮机机组进行检查，及时发现混流式水轮机转轮存在的问题，并积极采取维修措施。

在进行焊接补焊时，应严格按照操作规范，采取正确的焊接工艺进行，从而提高焊接质量，确保混流式水轮机的正常、安全运行。

关键词：混流式水轮机；裂纹原因；措施随着我国经济的不断发展，资源消耗的速度也在不断的加快，水电站的发展越来越普及，成为了社会主义建设中不可或缺的重要组成。

转轮是抽水蓄能电站混流式水轮机中的核心部件，在实际的运行过程中，由于机组发电和抽水工况频繁正转和反转，运行工况复杂，混流式水轮机转轮作为混流式水轮机重要受力结构部件，该区域在机组运行中容易发生裂纹，近些年混流式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混流式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。

一、概述转轮是各种类型水轮机正常运行不可缺少的核心部件，其主要功能就是将水能转换为机械能。

而且转轮也在一定程度上直接决定着水轮机的过流能力强弱、水力效率高低、运转工况的稳定与否以及汽蚀性能是否良好的关键因素。

在实际操作中，转轮的各个部分设计和制造必须要充分满足水力设计的型线要求，必须要具有高强度且具备较强的抗汽蚀的能力以及耐磨损的性能。

根据水轮机转轮所转换水流能量的形式不同，可以将水轮机分为反击式和冲击式水轮机两大类。

将水流的位能、压能和动能转换成固体机械能的水轮机称为反击式水轮机。

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。

水轮机叶片裂纹产生原因及对策肖绍文【摘要】水轮机叶片裂纹普遍存在,严重的裂纹将对电站造成较大的安全隐患.本文通过对水轮机转轮叶片运行过程中产生裂纹的原因分析,得出焊接工艺不佳与设计缺陷通常是叶片裂纹产生的主要原因.此外介绍了水轮机叶片裂纹修复的方法,处理后运行中未在出现裂纹,取得了良好的效果.【期刊名称】《湖南工业职业技术学院学报》【年(卷),期】2017(017)005【总页数】3页(P5-7)【关键词】水轮机叶片;裂纹;焊接【作者】肖绍文【作者单位】福州大学机械工程及自动化学院,福建福州 350002;福建水利电力职业技术学院,福建永安 366000【正文语种】中文【中图分类】TK733.3水轮机转轮裂纹普遍存在，早年在国外有过报导，大多认为是疲劳引起的[1]。

一般认为设计、制造、运行等环节均有可能导致裂纹的产生,但最主要的原因是铸造或者焊接环节缺陷所导致。

水轮机转轮裂纹大都发生在叶片进出水边附近，或叶片与上冠下环交接处等。

裂纹的存在会降低叶片的机械性能，当裂纹扩展成穿透性时，往往容易造成叶片断裂事故，影响电站的安全运行，危害极大。

因此，在检修期间需要对叶片进行无损探伤检查，具体分析裂纹产生原因，及时清根焊接修磨检查，确保机组的安全有效运行。

安徽某电站总共装设4台立轴混流机组，单机250MW。

水轮机均为哈尔滨电机厂生产，最大工作水头为220m，最大功率为268MW,额定流量151m3/s。

转轮叶片数均为9个，材质为ZG00Cr13 Ni4Mo。

电站在2014年C级检修中对3号机转轮的9个叶片采用金属监督PT探伤，发现1号叶片工作面进水边与下环焊缝根部有一处表面裂纹，长约40mm，裂纹宽度使用0.02mm塞尺无法进入。

其他叶片未发现超标缺陷。

对此裂纹进行了UT（超声波）探伤，初步测定结果：该缺陷为线状裂纹，为焊缝内部缺陷，暂未扩展到转轮过流表面，沿焊缝长度方向裂纹长700mm（不连续），距转轮过流表面平均深度27.1mm，裂纹本身深度1.9mm-15.7mm不等，如图1所示。

水轮机叶片检修处理中的几个问题甘肃小三峡水电开发有限责任公司[摘要] 本文通过对甘肃小三峡水电开发有限责任公司所属的大峡水电站、小峡水电站水轮机叶片在制造、检修中出现的问题采取的相应的处理方法的回顾和总结，提出了水轮机叶片处理中的几点措施，以供大家参考、讨论。

[关键词]叶片处理问题黄河大峡水电站是甘肃小三峡水电开发有限责任公司开发建设的第一个水电项目，电站总装机容量300MW（4台75MW的轴流转桨式机组），保证出力143MW，多年平均发电量14.65亿kW·h，工程总投资24.5434亿元，于1991年开工建设，1996年12月首台机组投产发电，1998年6月工程竣工。

黄河小峡水电站是继大峡水电站完建之后开发建设的第二个水电项目。

电站总装机容量230MW（4台57.5MW的轴流转桨式机组），多年平均发电量9.56亿kW·h，于2001年开工建设，2004年9月首台机组投产发电， 2005年5月最后一台机组投产。

作为黄河上的水电站，在设计、制造初期就对叶片提出了较高的要求，大峡电站、小峡电站叶片均采用0Cr14Ni4Mo或0Cr14Ni6Mo的不锈钢材料，同时对制造加工也提出了较高的要求。

通过大峡电站近十年的运行和检修，小峡电站设备制造验收，总结了以下经验。

1、水轮机叶片裂纹的处理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。

裂纹产生的原因应力集中。

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分布。

一般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。

铸造缺陷及焊接缺陷。

浅析水轮机转轮叶片的补强处理摘要：本文通过对于水轮机转轮叶片进行有限元的计算分析，从而得出水轮机转轮叶片裂纹产生的原因，并由此分析得出包括裂纹金属无损探伤在内的水轮机转轮叶片的补强处理方法。

关键词：水轮机；转轮叶片；补强处理作为发电厂的支柱性机械，水轮机叶片一旦频繁地产生裂纹就会对于整个发电的机组安全造成威胁，与此同时也不可避免的带来财产上的损失。

由此可见，严格分析水轮机转轮叶片裂纹的产生原因、针对有问题的水轮机叶片进行损伤检查后和补强处理，从而减少水轮机转轮出现裂纹或其他情况影响发电厂正常工作。

1.轮机转轮叶片问题分析1.1 水轮机转轮叶片受力集中通过有限元计算的方式可以得出，水轮机的转轮受到压力和离心力两方面的作用，这两方面力主要作用的位置正是水轮机转轮的叶片位置，相当一部分的应力是沿着叶片周边进行分布的，叶片靠近上冠的位置往往受力最大容易出现裂纹情况。

1.2水轮机转轮叶片铸造和焊接缺陷水轮机转轮叶片铸造的气孔和焊接的短板都是可能成为裂纹源的主要对象，两者本身就在构造上尤其脆弱性，加之外力的作用，上环下环的厚度不一致，导致在冷却、加热的过程中出现裂缝。

1.3水轮机转轮叶片不合理运载水轮机额转轮叶片由于长期不合理的高速运转，或是大量时间的超负荷、震动在负荷线上会让水轮机转轮叶片在外力的作用下产生裂纹以及导致原有裂纹情况更深。

1.4水轮机转轮叶片设计问题大多数水轮机叶片和设计的过程中上环与下环的过渡角度不够合理，角度普遍较小导致了外力更加集中与水轮机叶片当中，导致了裂纹和其他不安全因素的产生。

2.水轮机转轮叶片的补强处理2.1防止水轮机转轮叶片裂纹延伸处理想要进行补强处理，首先需要控制水轮机转轮叶片的裂纹延伸情况，一般而言裂纹的发生位置即为两端受力最大的位置，一旦在热力或者更大外力下会更加延伸，为了保值补强处理的质量必须先要在裂纹的两边进行打孔处理，孔的大侠控制在直径五毫米左右，在钻孔的过程中一旦发现有新的裂纹出现就应当停止打孔或者增大打孔的深度至七毫米。

红石电站水轮机转轮的技术改造[摘要]白山发电厂红石电站4台水轮机转轮到运行寿命期时进行了转轮更换，经稳定性试验和效率试验，机组振动、摆度减小，效率提高。

【关键词】水轮机转轮；裂纹；改造；稳定性；效率一、概述1、白山发电厂红石电站总体概况红石电站装有4台单机50MW的轴流定浆、半伞式水轮发电机组，总装机容量200MW。

水轮机型号ZDA190-LH-600；发电机型号SF50—56/9000。

设计年发电量4.4亿KW·h。

电站以发电为主，兼有防洪、养殖等综合利用效益，承担东北电网调峰和少量事故备用任务。

电站的4台机组于1983年全部投入运行。

2、机组主要技术参数水轮机部分：型号，ZA190-LJ-600；最大水头，27.0m；设计水头，24.3m；额定功率，58.7MW；额定转速，107.1r/min；额定流量，251m3/s；额定工况效率，91%；水轮机轮叶数，5个。

发电机部分：型号，SF50-56/9000；转动惯量，15500t-m2。

二、水轮机运行情况分析红石电站的水轮发电机组于1983年投运，到目前为止，红石电站的水轮机仍是国内尺寸最大的轴流定浆式水轮机。

随着红石机组运行时间的增长，转轮老化、裂纹问题日益严重。

红石电站4台机组于1983年投入运行，由于受当时中国生产力水平的限制，从材料生产、电站设计、主机结构设计、机械制造、安装管理水平均据当今有较大的差距，加之水轮机水力振动较大，所以到2003年以后，水轮机转轮叶片疲劳破坏非常严重。

从2003年开始，除遇机组大修外，每年春秋检都要对转轮叶片进行探伤，每次都发现转轮叶片都有不同程度的裂纹，如下面的图片，而且每个叶片的裂纹不止一处。

2003年2号机春季小修时，发现并处理了5处裂纹，最严重的长120mm，深12mm；2003年2号机秋季小修时，发现并处理了6处裂纹，最严重的长160mm，深15mm；2004年2号机春季小修时，发现并处理了7处裂纹，最严重的长140mm，深20mm；1号、3号、4号机的情况与2号机类似，发现裂纹后，均已结合C级检修进行了处理。

◎邓竹林机组转轮叶片裂纹及掉块情况分析一、设备概况江垭水电站共装三台单机100MW 的水轮发电机组，生产厂家为东方电机股份有限公司，#1机1999年5月投运，水轮机型号为HLD257-LJ-367.5，共有13块叶片，转轮重量44000kg，标称直径3675mm。

水轮机转轮采用铸焊结构，转轮上冠、下环材料为ZG20SiMn，叶片采用具有良好抗气蚀和焊接性能对的ZGOCr13Ni5Mo 材料，转轮采用整体方案。

最大直径4004mm，高度2371.25mm。

转轮和水轮机主轴采用螺栓连接，转轮的上冠和下环设置热套OCr13Ni5Mo 不锈钢的止漏环。

转轮上冠设置泄水孔，以减少对顶盖的水压力。

转轮泄水锥采用钢板焊接结构，所有流道尺寸满足与模型尺寸几何相似。

主要技术参数：额定出力：102MW；最大水头109.5m；额定流量：141.68m 3/s；最小水头62.1m；额定转速：187.5r/min；额定水头：80m；飞逸转速：375r/min；安装高程：120.69m；额定效率：91.92%；吸出高程-6m。

二、江垭水电站#1机组转轮叶片历次裂纹及掉块情况2000年至2019年以来，江垭水电站#1机组在14次停机检修过程中共发现叶片掉落4块、贯穿性裂纹32条、非贯穿性裂纹20条，其中最大掉块为890㎜×360㎜，最大裂纹长度达600mm，最多一次发现有7块叶片出现裂纹。

每次由于处理叶片裂纹及掉块导致检修工期延长，影响了机组的经济运行时间，增加了检修成本。

同时叶片掉块给机组安全运行带来很大的威胁，可能造成重大安全事故。

三、裂纹及掉块初步原因分析水轮机转轮在运行中，产生裂纹及掉块的主要原因为东电生产的转轮因高效率要求的设计及加工制造工艺的原因使叶片自身强度、刚度不够，因机组长期在振动区运行受较大的水力振动影响导致叶片疲劳损伤。

从#1机的机组在线监测历史数据来看，机组自身振摆数据正常，对转轮产生不良振动无影响；主要存在问题为以下几点：1.铸造水平及焊接工艺较差。

１６　第２９卷第４期　２００６年８月　水电站机电技术　

Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．４　

Ａｕｇ．２００６　

石板水电站水轮机长短叶片转轮裂纹分析　乌晓明　（重庆涪陵水利电力勘测设计院，重庆涪陵４０８０００）　

摘要：石板水电站装有３台３５　Ｍｗ采用长短叶片转轮的高水头混流式水轮机，机组自１９９７年投入运行以来，水轮　机在空化、磨蚀、效率、运行稳定性方面表现出很好的性能，但转轮叶片出现了裂纹。文章从设计、制造质量和运行角　度，分析了引起裂纹产生的主要原因，并提出防止裂纹的建议。　关键词：高水头混流式水轮机；长短叶片转轮；叶片裂纹　中图分类号：ＴＫ７３０．３　２３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—５３８７（２００６）０４—００１６—０４　

近年来，随着设计制造水平提高和抗磨蚀材料　的应用，我国高水头混流式水轮机运用较多，其中长　短叶片转轮以其运行稳定、抗磨蚀性能好、效率高的　特点，得到较普遍的认可，该项技术已在国内２０余　座电站中得到运用，最高运行水头达到５００　ｍ。　高水头混流式长短叶片转轮，由挪威克瓦纳公　司研制，即在二个长叶片之间加一个短叶片，使叶栅　密度增大，改善了水流流态，减少和避免了回流现　象，使叶片单位面积上的负荷减轻，叶片正面、背面　压力减小，抗汽蚀性能和运行稳定性得到改善。　我国鲁布革电站在２０世纪８０年代，首次采用　了具有长短叶片转轮高水头混流式水轮机，自１９８８　年投运以来，运行稳定可靠，抗磨蚀性能好，叶片无　裂纹，运行１０年后不需大修。　石板水电站是继鲁布革电站以后，国内首次采　用长短叶片转轮混流式水轮机（Ａ３５１）的新建中型　电站，该电站水轮发电机组于１９９２年订货，１９９７年　２月首台机组运行发电。电站运行以来，水轮机表　现出较好的运行稳定性和抗磨蚀性能，但转轮叶片　（主要是短叶片）却出现了较严重的裂纹问题。　１　水轮机运行及转轮叶片裂纹的情况　１．１　电站概况　石板水电站位于重庆市丰都县境内，是长江右　岸一级支流——龙河梯级电站中的第七级电站，总　装机容量３×３５　ＭＷ＋１×１０　ＭＷ。电站最大水头　２２９．２　ｍ，最低水头１８１．６　ｍ，额定水头２００　ｍ。河　流多年平均含沙量０．９６５　ｋｇ／ｍ。。　在初设阶段，石板水电站水轮机采用Ｄ５４机　型，１９９２年，涪陵水利电力勘测设计院承担技施设　计任务以后，通过大量的调研和设计优化工作，最终　采用鲁布革电站引进机型，水轮机型号ＨＬＡ３５１一　ＬＪ一２４０，转轮直径２．４　ｍ，采用１５＋１５长、短叶片。　１．２水轮机运行及转轮叶片裂纹的情况　（１）：石板水电站首台３５　ＭＷ机组（１号机）于　１９９７年２月投入运行，在运行２３　１０４　ｈ后，检查发　现１　长叶片靠下环根部出水边出现１条穿透性裂　纹，长约１００　ｍｍ；在８　、１６　短叶片靠上冠根部出　力边上各出现一条长约２００　ｍｍ的穿透性裂纹。　２号水轮机在运行１０　７１１　ｈ后，２００２年２月检　查发现在４片短叶片根部出水边上出现５条穿透性　裂纹，长约５０～２００　ｍｍ。　３号水轮机在运行７５７４　ｈ后，２００２年３月经检　查，在８片短叶片根部出水边上发现９条穿透性裂　纹，最长的达到３００　ｍｍ。　备用转轮于２００３年３月初安装于３号机上，运　行３　４４３　ｈ后，２００３年１２月经检查发现，在一个短　叶片靠上冠根部出水边出现了长约１５０　ｍｍ的穿透　性裂纹；又运行了３　９０５　ｈ后，２００５年１月检查发现　原来裂纹发展不大，但另一短叶片靠上冠根部出水　边新增一条长约２００　ｍｍ的穿透性裂纹。　（２）修补情况：自２００２年３月以后，多次对转轮　进行了修补，其中２号、３号机转轮在２００３年曾返　厂修补，但在修补后，经过一段时间运行，裂纹几年　再次在补焊处开裂，最短的运行时间仅１３０　ｈ，这些　裂纹都有恶化的趋势，但新增裂纹很少，只有极个别　

混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施发表时间：2019-10-18T16:27:10.287Z 来源：《知识-力量》2019年11月46期作者：董哲[导读] 近些年，在我国快速发展的背景下，人们的生活水平不断提高，人们对水电厂各项设备安全性的重视度越来越高。

转轮是水电厂混流式水轮机的核心部件，其运行的安全性对水电厂的生产运营有着重要的影响。

在水电厂混流式水轮机的实际运行过程中，转轮经常会出现一些问题，例如裂纹、泥沙磨损以及气蚀等，这些都给水电厂的生产造成了很大的隐患。

本文主要先对水电厂混流式水轮机转轮常见的破坏问题及产生原因进行分析，进而探讨相应的维修（华北水利水电大学，河南省郑州市 450045）摘要：近些年，在我国快速发展的背景下，人们的生活水平不断提高，人们对水电厂各项设备安全性的重视度越来越高。

转轮是水电厂混流式水轮机的核心部件，其运行的安全性对水电厂的生产运营有着重要的影响。

在水电厂混流式水轮机的实际运行过程中，转轮经常会出现一些问题，例如裂纹、泥沙磨损以及气蚀等，这些都给水电厂的生产造成了很大的隐患。

本文主要先对水电厂混流式水轮机转轮常见的破坏问题及产生原因进行分析，进而探讨相应的维修措施。

关键词：混流式水轮机；裂纹原因；维修措施引言随着我国经济的不断发展，资源消耗的速度也在不断的加快，水电站的发展越来越普及，成为了社会主义建设中不可或缺的重要组成。

转轮是抽水蓄能电站混流式水轮机中的核心部件，在实际的运行过程中，由于机组发电和抽水工况频繁正转和反转，运行工况复杂，混流式水轮机转轮作为混流式水轮机重要受力结构部件，该区域在机组运行中容易发生裂纹，近些年混流式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混流式水轮机转轮定期探伤，及时发现并有效处理转轮裂纹问题。

水轮机运行中的故障分析及处理措施水轮机是一种利用水流能量转换为机械能的重要设备，广泛应用于水力发电和水利工程中。

在水轮机长期运行过程中，可能会出现各种故障问题，影响设备的正常运行。

及时分析并处理水轮机运行中的故障是非常重要的。

本文将围绕水轮机运行中的故障分析及处理措施展开讨论。

一、故障分析1. 叶轮损坏叶轮是水轮机的核心部件，起着将水能转换为机械能的作用。

叶轮损坏可能出现的原因包括叶片疲劳断裂、叶轮受到物体冲击、叶片与导叶摩擦等。

一旦叶轮损坏，将会导致水轮机效率下降甚至无法正常运行。

2. 水轮机漏水水轮机漏水问题可能出现在水轮机轴封、注水口、泵站连接处等部位。

造成水轮机漏水的原因主要有轴封老化、注水口密封不严、泵站管道损坏等。

水轮机漏水不仅会造成能源浪费，还会影响设备的安全运行。

3. 机械磨损水轮机在长期运行中，机械部件会出现各种程度的磨损。

常见的机械磨损问题包括轴承磨损、齿轮副磨损、密封元件磨损等。

机械磨损问题如果不及时处理，会引发设备故障，降低水轮机的性能。

4. 水轮机振动水轮机振动问题可能由于叶轮不平衡、轴承损坏、轴弯曲等引起。

水轮机振动不仅会影响设备的正常运行，还可能会产生噪音，影响周围环境和设备的使用寿命。

二、处理措施1. 叶轮损坏对于叶轮损坏的问题，需要定期对叶轮进行检查和维护，并且加强对叶轮的监测，及时发现叶轮的裂纹和疲劳断裂问题。

一旦发现叶轮存在问题，需要立即停机维修或更换叶轮。

2. 水轮机漏水水轮机漏水问题通常需通过更换轴封、修补密封部位、加强注水口密封等方法来解决。

并且需要做好设备的定期检查和维护工作，预防漏水问题的发生。

3. 机械磨损机械磨损问题需要定期对水轮机的机械部件进行检查和润滑，及时更换磨损严重的部件，预防磨损问题的扩大。

4. 水轮机振动水轮机振动问题需要对水轮机进行动平衡检测，及时发现并处理叶轮不平衡等问题。

对于轴承损坏、轴弯曲等问题，需要及时更换损坏的部件。

三、预防措施1. 定期维护对于水轮机设备，定期进行设备的维护保养工作非常重要，包括对叶轮、机械部件、轴封等部分进行检查和润滑，及时发现并处理潜在的故障隐患。

运行工况对水轮机转轮裂纹影响分析某电站自投产以来，机组系统调压任务重，长时间处于低负荷运行状态，在历次4台机组的检修中均发现转轮叶片有贯穿性裂纹。

裂纹的处理不仅影响检修工期，更影响水电站的正常稳定运行，大大降低了电站的经济效益。

为此，分析了机组在低负荷和额定负荷工况时转轮和尾水管锥管压力脉动情况。

结果表明，机组在低负荷工况時压力脉动明显高于额定负荷工况，低负荷工况时转轮和尾水管锥管脉动频率与其主频一致，是导致转轮裂纹形成的主要因素之一。

标签：转轮；裂纹；压力脉动转轮是水轮机的核心部件，转轮强度、性能将直接影响机组正常稳定运行。

转轮在运行过程中，受水力作用、泥沙磨损、压力脉动等综合影响将产生汽蚀坑、点状、线状、面状缺陷，而对机组运行稳定性影响最大的就是转轮贯穿性裂纹。

如没有及时发现和处理，有可能会发展到转轮叶片断裂，直接使转轮出现动不平衡，扩大机组运行时的振动和噪音，降低机组安全稳定运行。

造成转轮贯穿性裂纹的因素有多方面，比如：（1）由于水力设计因素，致使压力脉动、振动超标，裂纹极短时间内就会产生；（2）设计时没有保证叶片材料的化学成分、机械性能以及承受工作应力的能力符合要求和各部件的倒角没有适当修圆，临近表面的连接没有光滑连续，直接导致应力集中，最终导致叶片本身承受动载荷能力下降；（3）铸造缺陷和制造工艺也会影响叶片疲劳强度、较低叶片承受动载荷能力的主要缺陷，将导致缺陷处应力集中，使裂纹产生、扩展；（4）运行工况，电站投产以来机组系统调压任务重，长时间低负荷运行会使叶片在交变应力作用下产生裂缝或加剧裂纹的发展，对转轮造成疲劳损坏，增加了转轮承受的外应力，从而造成了转轮叶片的贯穿性裂纹。

（5）多种因素综合作用，如水轮机轴和发电机轴不同心、水力作用力和磁拉力相互作用使转轮产生共振，从而加速裂纹的发展。

1 某电站转轮现状某电站装机单机230MW，经济运行负荷为140MW～230MW，转轮采用铸焊分瓣结构，工地把合并焊接上冠、下环和部分叶片。

《湖南水利水电》2020年第5期杲水电$%&'(關+,与处理I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1I I1^1iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i iii-^i I I靳"辞，％毅(湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司，湖南长沙410004)摘要：文章介绍了湖南湘西北某水电站机组转轮裂纹情况，对产生的原因进行分析，并针对裂纹产生的原因提出了合理化处理方案并处置成功。

关键词：水轮机转轮；裂纹；原因；处理；方案某水电站位于湖南省湘西北澧水流域上，为引水 式水电站，由进水口、引水发电隧洞和电站厂房等建筑 物组成。

电站安装1台15 MW混流式水轮发电机组，设计水头50-，主要任务是发电，年设计发电量3 765 万kW*h，年设计利用小时数2 510 h，采用机变单元接 线，升压至110 kV接入地方电网，在地网中承担基荷 运行。

电站水轮机型号为HLA616-LJ-210,设计水头 为50 -，发电机型号为SF15-22/4250。

机组于2009年 5月并网运行，电站生产运行及技术管理采 管理。

水轮机具体参数如下：型式:HLA616-LJ-210;额定转速:272.7 r/min;额 定流量：33.84 m3/s;额定水头:50 m;工作水头：37.22!65.34 m;转轮材质:ZG06Cr13N i4M〇(工程结构用中、高 强 。