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灯泡贯流式水轮发电机组转轮室裂纹处理发布时间：2022-08-19T03:23:37.609Z 来源：《当代电力文化》2022年8期作者：吴华文[导读] 转轮室是水轮机重要的过流部件，其裂纹是灯泡贯流式机组的常见缺陷之一吴华文国家电投集团江西水电检修安装工程有限公司 341100摘要：转轮室是水轮机重要的过流部件，其裂纹是灯泡贯流式机组的常见缺陷之一，若产生贯穿性裂纹，严重威胁机组的安全稳定运行。
针对裂纹产生的原因，对过渡段环筋结构进行了优化设计，并结合电厂后续的整机改造计划，提出了转轮室减振方案。
过渡段筋优化方环案实施后机组运行状况良好。
关键词：灯泡贯流式机组；转轮室；裂纹防治1项目概况某电站安装3台单机容量34MW的灯泡贯流式机组，总装机容量102MW，年发电量4.41亿KWH。
电站水轮机型号为GZ（836）－ＷＰ－535，机组额定转速136.4r/mｉｎ，额定水头15.4m。
该转轮室由上、下两瓣组成，通过法兰上下连接，转轮室母材为普通碳钢Ｑ235，喉部过渡段为不锈钢1Ｃr18Ni9Ti。
转轮室内部最小直径为5350mm，转轮室长度为2582mm，总重量为26ｔ。
转轮室上游侧通过法兰螺栓与外配水环连接，下游侧嵌入补偿节内，转轮室加强结构由3条环筋板和3条立筋板焊接而成，对整个转轮室进行箍式结构加固，环筋板和立筋板厚度分别为25mm和30mm，转轮室本体母材钢板厚度为40mm。
转轮桨叶与转轮室的设计间隙3.5～3.9mm。
2裂纹原因分析2.1转轮室结构设计原因某电站贯流式机组水轮机转轮室由于结构的特殊性，其上端侧通过法兰与外配水环固定相连，下端侧嵌入补偿节内，但又与补偿节之间存在一定间隙，用以安装伸缩节密封条，其结构类似悬臂梁式布置。
那么，在机组运行中，由于机组振动，离上端固定支撑点越远其振幅越大，对转轮室破坏就越大。
因此，对贯流式机组来说，转轮室结构对强度要求很高，强度过低，转轮室极易产生裂纹。
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。
小浪底转轮叶片裂纹产生原因分析及处置办法胡宝玉张利新钟光华摘要小浪底水利枢纽几乎所有的发电机组转轮初期运行都出现裂纹，为此小浪底工程建管局组织了多次国内专家和制造厂商研讨会，最后得出疲劳破坏是引发小浪底转轮叶片裂纹的原因，由水流作用在转轮入口的水力弹性脉动与旋转轴系的固有频率(轴向和扭转)共振所形成的，叶片出口边卡门涡频率与转轮高阶自振频率一路作用的高变应力增进裂纹的快速进展。
采用在上冠出水边处加焊300mmX300mm的补强三角块修复裂纹，增加补气装置，修整出水边等处置办法来修复裂纹。
关键词小浪底水轮机转轮叶片裂纹小浪底水利枢纽是黄河上最后一级大型综合利用水利枢纽，其电站地下厂房内共装机6台，单机容量30万kW，总装机容量180万kW。
水轮机的型式为混流式，设计比转速ns为162.6m·kW，额定转速min，额定水头112m，额定流量296m3/s，最大水头141m，最小水头68m，额定出力万kW，最大出力万kW。
转轮直径D1为6.356m，转轮出口直径D2为5.6m，转轮出口相对直径D2/D1，为，小浪底机组的导叶高度b0为1.5m，b0/D1为，导叶散布圆直径D0为7.239m，D0/D1为，固定导叶和活动导叶之间装设有筒阀。
为了抗磨，水轮机设计中，取消了上冠减压装置，从而使水推力比常规设计增加约1万kN。
一、转轮裂纹及现象小浪底首台机组(6号机)于1999年12月27日开始并网发电，现在上游水位约205m，下游水位约134m，毛水头71m。
机组运行6个月，共运行1000多小时，于2000年5月28日停机小修。
小修期间，在6月3日发觉转轮的13个叶片出水边接近上冠处有11个叶片出现裂纹(后经着色探伤，肯定另两个叶片也有轻微裂纹)，裂纹长度 100～400mm不等，大部份为贯穿(端面)型裂纹，所有裂纹形状相似，起始点在叶片负压面与出水端面交线上，距上冠约50mm，裂纹起始端与叶片出水边垂直，后以不规则抛物线形向叶片中心延伸，其中有一个叶片同时出现沿焊缝方向的裂纹，裂纹尾端扩展为树枝状(见图1叶片裂纹及修补示用意)。
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。
51第42卷 第2期2019年2月Vol.42 No.2Feb.2019水 电 站 机 电 技 术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station1 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，水轮机转轮作为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。
本文介绍了黑麋峰抽水蓄能电站3号、4号机转轮在检修中发现的裂纹，其特征以及修复工艺控制，综合分析裂纹成因，根本清除裂纹隐患，结合厂家建议，提出电厂在机组运行方式以及维护检修方面预防转轮裂纹事故的参考建议。
2 转轮裂纹成因分析转轮裂纹通常是在多个因素（比如交变外载荷、机组运行时的振动、结构存在薄弱环节、工程制造过程中的缺陷等）的综合作用下产生，以下对黑麋峰电站转轮裂纹成因从水力设计、结构强度计算及材料选择、制造工艺及控制流程等方面进行分析说明。
2.1 黑麋峰电站机组转轮参数黑麋峰电站水泵水轮机（HLNTP-LJ-504）转轮为单级、立轴、混流可逆式转轮，叶片整体铸造、数控加工。
转轮上冠、叶片和下环组合焊接。
3号机和4号机的水泵水轮机上冠、叶片、下环材质均为铸造马氏体不锈钢制造，材料类型为ZG0Cr13Ni4Mo （对应美标ASTM A743 CA6NM ），为保证制造（包括焊接、打磨）操作空间，转轮下环分内环、外环，转轮两次装焊、焊后整体退火。
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。
思林发电厂转轮叶片裂纹分析及处理摘要：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。
思林发电厂3号机组投入商业运行不久转轮叶片就出现了裂纹，通过分析厂家转轮制造缺陷、材料不良和转轮在非设计工况下运行得出裂纹产生的主要原因：叶片裂纹的起源处存在非金属夹杂物缺陷和机组长时间在恶劣工况下运行非常。
关键词：转轮叶片；裂纹；应力；思林发电厂；1 概述思林发电厂是乌江干流上的第六级大型水电厂，位于贵州省思南县境内的乌江中游，距离省会贵阳市350km。
思林发电厂安装有4台水轮发电机组，单机容量为262.5MW，总装机容量为1050MW。
水轮机的型号为HL270—LJ—680，额定水头64.0m，额定流量 460.46m3/s，额定转速 93.75 r/min，飞逸转速185.0 r/min，转轮的标称直径6810mm，转轮的最大外径7019.5mm，转轮总高度4306.6mm，上迷宫环间隙2.5（0～0.2）mm，下迷宫环间隙2.7（0～0.3）mm，转轮安装高程▽358m，转轮材料为低碳优质不锈ASTMA743CA6NM。
思林发电厂4台机组的水轮机由上海希科水电设备有限公司生产。
思林发电厂4台机组由中国水利水电第六工程局机电安装分局负责安装，并且于2009年全部投产发电。
在电力系统中主要担任调峰、调频和事故备用。
2 转轮裂纹情况2012年04月29日C修中对转轮进行外观检查发现#12叶片上冠处有一严重的裂纹，裂纹长L=500mm，属于穿透性较不规则裂纹。
裂纹最大间隙用0.25mm塞尺能通过。
见图1图13 裂纹产生原因分析3.1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。
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。
某厂水轮发电机转子筋板裂纹分析与处理摘要：以某厂水轮发电机为例，首先介绍转子中心体内侧筋板裂纹发展的过程，然后利用有限元建模分析起吊工况、额定工况和不同筋板结构的转子中心体应力分布，最后采用应力分布最优方案对裂纹筋板进行加强处理。
处理后转子中心体内侧筋板再未出现裂纹，成功解决了转子中心体内侧筋板开裂的问题。
关键词：水轮发电机；转子中心体；内侧筋板；裂纹1 概况某厂由于未正常蓄水机组在死水位运行，一台200MW半伞式水轮发电机以额定转速带118MW负荷运行时，上机架振动达117μm报警。
停机检查发现转子中心体内均布6块筋板中1号筋板（俯视逆时针，以励磁引线安装筋板为1号）上端部焊缝母材开裂，裂纹长730mm。
电厂对1号筋板裂纹进行了修复，同时将1号和4号筋板进行了加强处理。
运行约两个月后，发现1号和4号筋板加强板与原筋板R角位置检查再次发现裂纹，如图1所示。
由于汛期不便于检修，经电厂和发电机厂家研究采取临时打止裂孔的方式防止裂纹扩展。
该机组转子中心体筋板出现裂纹后，上导、水导、推力轴承振摆值明显增大且严重超标。
图1 筋板加强后出现的裂纹2 原因分析首先对1号筋板材质、母材硬度进行了检测，结果满足设计要求；然后对筋板母材进行UT和PT探伤未发现缺陷，再对转子中心体筋板进行变转速、变励磁和变负荷的动态应力测试结果正常；最后对转子支架和下机架进行了轴向振动频响函数测试各项指标正常。
为了进一步分析筋板裂纹产生的根本原因，电厂将转子中心体建模，利用有限元分析起吊工况、额定工况和不同筋板结构三种情况各部位受力情况。
2.1 起吊工况利用ANSYS软件的智能尺寸网格划分功能进行网格划分，建立转子中心体计算模型[1]。
圆盘起吊受力分析，如图2所示。
图2 圆盘起吊应力分布起吊工况圆盘焊缝位置最大综合应力为105MPa，中心体筋板最大综合应力为256MPa；转子中心体材料为Q345,起吊工况上、下圆盘各部位最大应力均满足设计要求。
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。
针对混流式水轮机转轮叶片裂纹问题的研究刘玉明【摘要】电力资源是我国所有能源中的重要组成部分，这几年随着技术的不断发展和我国经济大幅度增长，我国相关的电力企业的发展状况也有了明显的好转，但是在企业运行当中仍然存在很多问题，比如说混流式水轮机转轮叶片在运行过程中很容易出现裂缝的问题，这对电机厂的工作效率的提升有很大影响。
这种裂缝一般分为规律和非规律裂纹。
规律性的裂纹大部分是疲劳裂纹，断口的形状呈贝壳纹。
非规律性的裂纹，则类型多样。
主要通过对造成混流式轮转机转轮叶片出现的裂纹的原因进行详细探讨，并给出了相应的解决措施，旨在希望对相关的电机厂单位的工作能够提供些有价值的参考建议。
【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】1页(P21-21)【关键词】混流式水轮机;转轮;叶片裂纹;措施【作者】刘玉明【作者单位】哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040【正文语种】中文1.1 水力方面对于规律性的裂纹,站在力学和材料力学的角度来说,这种疲劳裂纹的出现是因为叶片在运行中能承受的动应力的范围超过了叶片材料本身的疲劳强度所能承受的最大限度。
换句话说就是叶片材料本身的承载能力不足的时候,叶片就有可能出现裂纹。
我们通常所说的叶片疲劳,主要是因为交变载荷的作用,而交变载荷又是因为转轮的水力通过自动激发并且振动产生的,产生这种振动的也有可能是水力弹性振动和水压力脉动又或者是卡门涡列振动产生。
如果是水力弹性振动引起的,应该设置一定的高压油来顶起装置这样的话就可以降低轴承的摩擦阻力,通过这种方式也可以在一定程度上减少叶片出现裂纹的比率。
在机组运行过程中,加入水轮机叶片的头部过度肥大、宽厚,在进行导叶小开度的时候,可能会因为水流不稳定而产生的冲击致使水力产生弹性振动,在这个时候恰好主频和主轴同步被扭曲振动,就会相应的产生幅动应力。
一旦发生这种状况,要先对导叶进行补气,同时启动的速度和开度都要进行相应的加快和加大,在叶片的根底部要采取一定的对外抗压能力的措施。
水电厂水轮机叶片裂纹及处理方法摘要：水电厂水轮机运行过程中很难避免因为各种因素导致的叶片裂纹发生，所以如何高效处理水电厂水轮机叶片裂纹成为了提高水轮机运行效率及安全的关键，也是提高水电厂生产效率及安全的核心，长期引来相关工作人员的重视及关注，由此可见合理处理水电厂水轮机叶片裂纹的重要性。
对此，本文根据相关文献，结合相关工作经验，深入探讨了水电厂水轮机叶片裂纹及处理方法，希望对实际的水电厂水轮机叶片裂纹处理工作起到积极作用。
关键词：水电厂；水轮机；叶片裂纹；处理方法水电厂是推动电力行业发展的主要原动力，而水轮机则是水电厂高效生产及安全运行的关键影响因素，既水轮机运行效率及运行安全性越高则越有利于水电厂生产效率及运行安全水平的提升，反之则降低生产效率及安全性，所以水轮机也影响了电力行业发展。
水轮机实际应用过程中会时常发生转轮叶片裂纹问题，如果不及时处理，则会直接威胁到机组安全运行，严重者还会给水电厂造成巨大的经济损，甚至阻碍整个电力行业发展失。
所以作为相关工作人员，不仅要重视水电厂水轮机叶片裂纹问题，还需要分析产生裂纹的原因，并在该基础上制定和实施高效且针对性强的裂纹处理方法，以提高水轮机安全性及稳定性，保证机组安全运行。
1水电厂水轮机叶片裂纹机理的简单概述首先，常见的水轮机叶片裂纹是疲劳裂纹，是在拉应力作用下形成的。
疲劳裂纹主要发生在叶片表面尖角部位，是长时间在高强度、高负荷运行状态下产生很大循环应力，然后在循环应力作用下形成疲劳裂纹。
其次，应力状态是裂纹形成的主要影响因素，如动应力幅值、平均应力频率、环境介质等都会影响叶片裂纹，很多疲劳裂纹都是因为以上参数因素发生异常后被检测出来的。
例如当构件所承受的动应力幅值超过材料本身疲劳极限就会产生疲劳裂纹，如果动载荷幅值过大则会加速裂纹发生。
此外，水轮机叶片还会在较大水流冲击力影响下萌生疲劳裂纹[1]。
最后，水轮机叶片材料质量是否达标、材料状态是否正常等都会影响裂纹发生。
水轮机转轮裂纹及其处理策略研究
发表时间：
2018-05-08T16:32:29.460Z 来源：《电力设备》2017年第34期 作者： 李长宁
[导读] 摘要：以卧龙台水电站一、二号机组在2017年度例行检修时发现的转轮裂纹问题为例，分析水轮机转轮出现裂纹的机理和本次问题
的具体原因，介绍本次转轮裂纹问题的处理策略，并针对此问题提出今后的预防措施，以供同行进行参考和借鉴。
（陕西省水电开发有限责任公司二郎坝发电公司 陕西省宁强县 724400）
摘要：以卧龙台水电站一、二号机组在2017年度例行检修时发现的转轮裂纹问题为例，分析水轮机转轮出现裂纹的机理和本次问题的
具体原因，介绍本次转轮裂纹问题的处理策略，并针对此问题提出今后的预防措施，以供同行进行参考和借鉴。
关键词：水轮机；转轮裂纹；处理
1
水电站概况
卧龙台水电站位于陕西省宁强县高寨子镇，距县城15km，水电站为无压引水式电站，设计水头240米，额定流量为2.4m3/s，电站安
装两台卧式混流水轮发电机组装机容量
2×5MW，水轮机型号为HLHF152-WJ-70；配套发电机为SFW2-J5000-4/1480，，额定功率为
5181kW
，额定转速为1500r/min，飞逸转速为2262r/min。
2
水轮机转轮裂纹机理分析
转轮裂纹根据其裂纹的部位、走向和特征可以分为规律性裂纹和非规律性裂纹两种，前者就是指出现在不同叶片上的裂纹具有大体一
致的规律，即所有的叶片都出现开裂，且裂纹的部位、走向和裂纹特征基本相同；而后者则是只发生在个别的叶片上，或者在不同叶片上
的部位、走向和特征各不相同，没有任何规律可言。其具体的产生原因分析如下。
2.1
规律性裂纹机理
对于规律性裂纹来说，经过对大量规律性裂纹的失效性试验和分析可以总结出，此类裂纹大多属于疲劳裂纹，且裂纹特征呈现出明显
的贝壳纹，在转轮叶片上引起疲劳裂纹的主要原因就是作用在叶片上的交变载荷引起的，转轮运行过程中由于卡门涡列、水力弹性振动或
水压力脉动等原因可以诱发转轮的水力自激振动，此自激振动可以导致交变载荷并引发规律性裂纹的产生，而在实际运行过程中，规律性
裂纹多数是由错误的工艺引起的。转轮在水压力和离心力的共同作用下，大应力区主要分布在转轮叶片周边，通过第三强度理论可以计算
出应力沿叶片周边的分布情况，通过分析得出转轮叶片存在
4个较高的应力区：叶片进水边正面靠近上冠处，叶片出水边正面的中部，叶片
出水边背面靠近上冠处以及叶片与下环连接区内，转轮叶片这些部位易产生裂纹。
2.2
非规律性裂纹机理
对于非规律性裂纹来说，其裂纹种类有很多中，主要有网状龟裂纹、脆性段楼裂纹以及疲劳贝壳纹等，此类裂纹主要是由于材料质量
问题或叶片在生产制造过程中产生的质量缺陷而造成的。其主要的裂纹是在转轮的铸造过程中产生的气孔或砂眼等缺陷在外部应力的作用
下形成的，而如果转轮叶片与上冠、下环的厚度具有较大的差距，在冷却的过程中就会导致缩孔或疏松问题的产生，而对于采用铸焊结构
的转轮，在对其进行铸焊的过程中如果采用不正确或不规范的焊接工艺，在转轮的运行过程中就容易在焊缝或受热影响较为严重的区域产
生裂纹
[1]。
3
转轮裂纹的产生原因
3.1
水轮机转轮裂纹情况
卧龙台水电站一号机组自2014年5月增效扩容投入运行以来，每年会有定期进行检查，2016年对水轮机转轮进行检查时未发现有撕裂
迹象，
2017年11月份的C级检修中发现了如下问题：一号水轮机转轮出水边靠下冠侧的一个叶片出现断裂情况，断裂面积约100mm2，且
尾水管水舌隔板有裂纹，发电机侧径向推力轴承处有少量的乌金掉落；
2号水轮机转轮出水边靠下冠侧有4个叶片根部有裂纹，靠下环及出
水边侧有
4个叶片有裂纹（裂纹长度约100mm）且尾水隔板也存在裂纹。
3.2
卧龙台水电站转轮裂纹诊断
卧龙台水电站水轮机所用转轮为HLHF152属新型高效转轮，高效转轮的稳定性对运行工况及条件反映灵敏（目前电站的运行工况找不
到更合适的转轮），机组出现的异物卡壳现象，对高速运转的（
1500r/min）转轮产生水力不平衡（电站运行人员也反映，卡壳时存在瞬时
振动加大及出力下降现象，这也间接验证了振动产生轴瓦损坏），从而产生机组的间断性振动。同时异物的卡壳与撞击，易对转轮流道部
件产生微小损伤，从而导致微观裂纹诱因，若裂纹诱因发生在属动、静应力均较高的出水边时，则运行时间一长发生疲劳裂纹及断裂。
4
裂纹处理与预防措施
4.1
水轮机转轮裂纹的处理措施
首先采用磁粉探伤、渗透探伤、超声波探伤、金属磁记忆、射线检测等无损检测方法对转轮进行检查；然后对裂纹进行处理和修复，
通常采用小电流、窄焊道
“镶边、分段、退步”焊接方式进行焊接，焊缝保暖、缓冷后，用砂轮机打磨光滑并符合裂纹所在部位的型线，再进
行观察及探伤检查，确实无裂纹和灰渣为止；为了组织裂纹延伸，需在裂纹两端打止裂孔，孔径应不小于
6 mm，裂纹清理过程中如发现纹
路有新的发展趋势应停止清理，再追加止裂孔，一般孔深应比裂纹深度大
4 ～ 6 mm；裂纹的清理通常采用风铲和碳弧气刨的方法，且后
者速度快、操作简便，应由止裂孔处向裂纹反方向清除裂纹，直到去除裂纹为止。为了防止过热引起变形和裂纹扩展，碳弧气刨必须间断
使用。同时开出补焊的坡口，坡口的形式主要根据裂纹情况、部位和铲除及施焊方便而定。裂纹清除后应进行着色探伤以确认裂纹是否全
部清除干净。
叶片补焊可常用两种方法，一是同种材料热焊；另一种是奥氏体焊条进行冷焊。局部热处理对改善焊缝应力分布、降低焊接应力峰值
有一定作用，但对焊接接头整体残余应力水平降低并不明显。后者这种方法是在对转轮裂纹处理过程中，不进行真正意义上的热处理，是
在整个修复处理过程中，进行适当的温度控制。补焊时产生的残余拉应力有时高达材料本身的屈服应力，可使抗疲劳强度降低
80%左右。
消除这种残余拉应力的办法是采用应力应变补偿法，最好是能产生残余压应力，比如通过锤击方法来实现，这样可使焊接接头抗疲劳强度
提高
1～2倍。
4.2
水轮机转轮裂纹预防措施
在水轮机转轮的设计过程中，应在保证水轮机效率的同时尽量减少压力脉动出现的概率，而且在满足生产所需的静强度和水轮机刚度
的要求下尽量避免共振问题的产生，所以在设计时为了防止出现应力集中问题，可以对叶片的厚度和叶片与上冠、下环焊缝圆弧过渡半径
进行适当的增加；在转轮的生产制造过程中，可以通过焊后热处理或应力补偿的方式来消除焊接和砂轮打磨过程中产生的残余应力以及容
易出现裂纹部位的残余拉应力；在水轮机组运行的过程中，机组的启停和负荷的加减都应逐步缓慢进行，并应在满足系统要求的前提下，
对机组的运行条件进行优化，控制机组的运行参数在最佳的范围内运行，避开机组振动区，避免机组在低水头、低负荷的情况下运行
[2]。
5
结语
水轮机转轮裂纹是水电站运行中常见的故障之一，如果在运行或检修中发现此问题，可以采取改善尾水管压力脉动的补气措施，预防
起动过程中水力弹性振动的补气措施，调整部件固有频率和水力激振频率，提高静止部件的刚度等措施来改善，并在转轮的设计、制造和
机组运行中采取相应的措施进行预防，确保水轮发电机组的安全、可靠运行。
参考文献：
[1]
张荣富.水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及对策[J].南方农机，2016，47（3）：62-63.
[2]
张健.大型水轮机转轮叶片裂纹产生的原因分析与处理[J].水电与新能源，2015（9）：38-39.
