混流式混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施
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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。
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。
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。
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。
混流式水轮机转轮磨蚀处理与防护探讨洪门电厂335000摘要:通过长期对水轮机磨蚀情况的观察,发现混流式水轮机受磨蚀最严重的位置在叶片背面出口靠近下环位置和下环内外表面位置。
通过对造成叶片磨蚀的原因进行分析,我们发现造成磨蚀现象的主要原因是河水中的大量泥沙以及叶片制造工艺粗糙所造成的。
因此我们对大部分的河水水流特性和磨蚀现象进行分析,发现水轮机使用聚氨酯涂层防护、高速氧燃喷漆碳化钨防护、优化转轮设计、减少过机泥沙等磨蚀防护措施,可取得一定的效果。
关键词:混流式水轮机;水轮机磨蚀;防护措施水轮机转轮是水轮发电机机组的重要组成部分,水轮机转轮是整个水轮发电机组的重要组成构件。
在实际工作过程中,水流中的泥沙磨损和空蚀现象是造成转轮损坏的主要原因。
转轮被磨蚀破坏后直接导致水轮机通流部件发生损坏,从而导致水轮机转轮的工作效率降低,同时使得水轮机的电能损失增大,还会使水轮机机组产生振动与噪声,这大大缩短了水轮机机组的使用寿命,同时也缩短了检修周期,以至于消耗大量的人力和金钱,造成一定的经济损失。
1转轮磨蚀的特点和外观特征1.1转轮磨蚀的特点混流式转轮磨蚀严重的主要部位是叶片进水边靠近上冠和下环处、下环内表面和叶片出水边靠近下环内表面处,其中混流式转轮叶片与下环的连接处磨蚀最严重,从进口到出口边磨蚀范围逐渐加大,磨蚀程度逐渐加深,形成一个磨蚀三角区,在这个三角区中,叶片与下环同时磨蚀。
形成三角区磨蚀的主要原因是转轮叶片间的二次回流引起的脱流。
由于叶片工作面与下环内表面的夹角小于90°,在二次回流的作用下,形成脱流涡,使沙粒以较大的冲角打击叶片工作面及下环内侧,此外还是转轮流速最高的区域和焊接影响区域,所以叶片磨蚀最为严重。
1.2转轮磨蚀的外观特征转轮磨蚀破坏最主要的原因是泥沙磨损和空蚀破坏,两种原因引起的破坏形式有所不同。
泥沙磨损的外观特征是表面呈角鳞状波纹、鱼鳞坑、鱼鳞槽,磨损轻微的地方有沿着水流方向的划痕和斑点。
混流式机组转轮裂纹原因分析及解决办法马剑滢【摘要】通过对某水电站机组转轮叶片产生裂纹的原因分析,找出了解决办法,达到了较好效果,并对同类型机组提出了应注意的问题和预防措施.【期刊名称】《水电站机电技术》【年(卷),期】2016(039)010【总页数】4页(P54-56,63)【关键词】混流式机组;转轮;裂纹;处理【作者】马剑滢【作者单位】甘肃电投大容电力有限责任公司,甘肃兰州 730030【正文语种】中文【中图分类】TV730.3水电站工程位于甘肃省迭部县花园乡东约0.3 km的益高村附近,距迭部县城约75km。
厂房内安装3台单机容量20MW立轴混流式水轮发电机组。
多年平均发电量为24705万kW·h,年利用小时4118h。
3台机组相继于2013年2月、4月和5月投产发电,3号机组最晚投产发电。
在2014年机组检修过程中发现1号机组、3号机组转轮存在裂纹,且3号机组有两条贯穿性裂纹,长度达到650 mm,后经过返厂处理,安装后目前运行稳定。
本文就转轮裂纹产生的原因以及处理方法做一详细的阐述,供大家学习交流。
最大水头 65.45 m加权平均水头 61.78 m额定水头 59 m最小水头 54.6 m极端最小水头 46.14 m多年平均含沙量 0.633 kg/m3多年平均悬移质输沙量11.9×104t水轮机型号 HLX240-LJ-220额定出力 21 MW最大出力 24.0 MW额定转速 272.7 r/min飞逸转速 530 r/min额定流量 38.47 m3/s最大流量 45.45 m3/s额定点效率 94.4%最大效率 95.22%机组旋转方向俯视顺时针轴向水推力最大水头65.45 m时,最大水推力为110 t。
2013~2014年年度设备检修时未发现异常,2014~2015年年度检修时发现3号转轮2个叶片出水边与下环焊接部位出现650 mm、700 mm长的贯穿性裂纹。
白山发电厂一、二期电站混流式发电机组转轮叶片在运行中出现的问题及处理方法前言:转轮是水轮机的核心部件,目前在东北电网水电厂常见的有混流式和轴流定浆式两种转轮,由于结构不同,运行后产生的缺陷不同。
白山发电厂水电站一期、二期采用的混流式转轮,主要产生缺陷是裂纹和汽蚀。
白山发电厂水电站一期、二期的混流式转轮是我国七十年代末,八十年代初,我国自主设计、制造、自主安装的单机三十万千瓦混流式转轮。
它是由东勘设计院设计,哈尔滨电机有限责任公司制造,由中国水电第一工程局安装的国内第一台单机三十万千瓦混流式机组。
受当时年代工艺落后影响,产品从质量到工艺都存在一些不足。
从装机到现在已运行三十年之久,材质疲劳、屈服强度下降,加上112米的高水头强大的冲击力和扭曲力,最受力部位——转轮叶片迎水面根部,受强大的冲击力,在叶片根部易产生不同程度裂纹,下面就裂纹的产生、处理方法和焊接工艺在此与各位一起探讨。
问题概况:通过白山发电厂一期水电站、二期水电站混流式发电机组转轮叶片在运行中产生的裂纹为实例,对裂纹进行分析,查找产生裂纹的原因,并根据实际情况,采取合理的焊接方法和焊接工艺,彻底解决转轮在运行中产生裂纹的问题,以此来保证机组安全稳定运行,为解决安全运行中的隐患,同时为电网保电做出贡献。
1.白山发电厂混流式机组转轮叶片常出现的问题:白山发电厂一期、二期水电站共装有五台由我国自主设计、制造、自主安装的三十万千瓦水力发电机组,其中一期装有三台三十万千瓦机组,二期装有两台三十万千瓦机组。
本次就白山二期五号机组转轮裂纹和大家探讨。
白山水电站坝长六百六十米,坝高一百四十九点五米,底宽六十五米,坝顶部宽九米,是三圆心重力拱坝。
原理是利用湖泊位于高处具有位能的水流流至低处,水流通过转轮叶片组成流道,将水流本身所具有的压能和动能转变为叶片旋转的机械能,通过主轴将机械能传给发电机,由发电机将机械能转换成电能输出送给电网的一个原理。
白山二期五号机组转子重七百九十吨,转轮重一百零二点五吨,叶片在高水头水流的推动下将如此重量的发电机转动起来。
◎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。
水轮机转轮裂纹产生原因分析及处理【摘要】国网江西省电力公司柘林水电厂水轮发电机组为上世纪70年代初投产,现已经运行超过40年,长期运行和频繁开停机影响了机组的使用寿命,近年该厂4台机组均出现不同情况的故障,特别是机组的异常振动出现多次,且直接导致水轮机转轮产生多处裂纹。
【关键词】水轮机;振动;原因分析;转轮裂纹;处理工艺1、水轮机振动及转轮裂纹产生概况柘林水电厂水轮发电机组均为上世纪70年代生产,由江西电机厂生产,水轮机型号为HL240-LH-410,配套发电机为TS900/135-56,结构为半伞式机组。
2013年5月,该站运行人员巡检时发现上导处摆度较大,测量为0.025mm (正常值为小于0.015mm),且水导处振动明显、摆度异常,为此对机组进行全面检查,检查发现转轮叶片15条裂纹,且均为贯穿性裂纹,最长裂纹为150mm,最短的40-50mm,裂纹出现的部位基本相同,均在叶片出水边靠近上冠处。
2、机组产生异常振动及裂纹的原因分析通过检修分解水导油槽,发现水导瓦托盘与轴有刚性摩擦现象。
测上导瓦间隙偏大。
大修过程中,维修人员发现:对发电机推力轴承人工打受力时,出现了一个很奇怪的现象:“均匀用力打紧抗重螺栓,打几圈时每次螺栓的移动距离符合标准了,再打几圈,数据又全乱了;继续调整,又可以符合标准,如此周而复始”。
分析打受力的数据以及水平仪的数据,发现+Y方向周期性的翘起。
经过对该机组解体和试验时发现机组转轮、轴线、中心、推力受力水平、导水机构等均存在问题。
且发现发电机转子在静态下就存在不平衡。
机组中心偏移和受力不好等导致了机组的异常振动、摆度偏大,而机组的异常振动直接导致了水轮机转轮裂纹的发生。
3、机组转轮裂纹处理针对以上原因得出的结论是该机组转轮裂纹的出现主要由于静不平衡与动不平衡导致,为此经将机组的动静平衡调整后,及时处理转轮裂纹使叶片承受的循环应力不超过叶片疲劳极限,从而减少水力激振因素引起的转轮振动,并根据该机组的现场环境及实际情况拟定处理方案如下。
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。
浅谈水电站混流式机组转轮现场焊接修复施工管理摘要水轮是水轮机组的关键部件,其在使用中经常会发生裂缝,一旦裂缝太大,将会对机组的安全造成很大的影响。
文章从转轮裂纹的产生、类型以及采用G367M电极来修补母材为马氏体不锈钢的转轮裂纹的处理方法,为水轮机的安全运行奠定了坚实的基础。
关键词:水轮机;转轮;焊接引言水轮机其工作原理是把水的动能转化为转动的机械能。
中国先民在两千多年前就已经发明了水轮,用以灌溉和处理谷物,这也是最早的一种水轮机。
现在的水轮机是装在水力发电的水力发电的。
而对涡轮来说,转轮是其关键部分。
利用转轮的作用,可以将水的动能转变为人所需的机械能,实现能源的转换;可以说,转轮的品质直接影响到机组的工作性能。
叶型、尺寸精度、表面粗糙度及材质的优劣,对设备的工作性能和使用寿命有很大的影响。
当前,世界各国用转轮质量作为衡量一国水轮机械制造技术优劣的标准。
1水轮机转轮裂纹的产生原因水轮机在长期的工作中,不可避免地会出现一些细小的裂缝,这将会影响到水轮机组的安全,如果出现安全问题,将会造成无法弥补的巨大损失。
转轮轮毂和叶轮之间的过渡部位是最易产生裂缝的部位,从机械结构上看,这是最脆弱的部分。
根据多年的理论和实践,该地区出现裂缝的原因有:1.1受力过于集中在水压和离心力的共同作用下,以叶缘为主要应力区域。
利用第三强度理论,可以得到叶片附近的等值应力分布,并对其进行了分析和计算,得到了四个主要应力区。
1)叶片进入水中且接近上部冠部;2)叶片前缘的中间部分;3)叶片的外缘背面接近上部冠部;4)在叶片和下环的连接处。
转轮叶片以上部分因受力不均,容易出现裂纹。
1.2铸造与焊接过程中造成的缺陷由于外力的作用,造成了机械设备在铸造过程中产生的气孔、砂眼等缺陷。
由于其上、下环的厚度较大,导致叶片在冷却时会出现缩孔和松动。
在生产过程中,若不能正确地进行焊接,或未按照施工技术规范进行操作,将会在焊缝和热影响区产生裂缝。
混流式混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施
发表时间:2019-12-02T11:11:28.400Z 来源:《电力设备》2019年第15期作者:宋伟瑜
[导读] 摘要:随着各领域的快速发展,对资源的消耗越来越快,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。
(GE水电中国天津 300300)
摘要:随着各领域的快速发展,对资源的消耗越来越快,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。
关键词:混流式混流式水轮机;转轮裂纹原因;预防措施
引言
转轮是水轮机中的核心部件,在实际的应用过程中,由于转轮裂纹的频繁出现,不仅为机组的正常运行带来了极大的威胁,同时也为水电厂的正常运营产生了经济损失。
所以要想确保水电站安全、稳定的运行,那么势必要对水轮机转轮裂纹的问题给予高度的重视,分析裂纹出现的具体原因,采取有效的预防控制措施,避免裂纹的出现,进而提升水轮机运行的安全性与稳定性。
1混流式水轮机转轮概述
由于水头型号、流量大小上存在的不同,混流式水轮机所配备的转轮形状也存在着差别。
在一般情况下,水头越高,转轮的叶片高度就要随之适当的降低,同时也要增加其长度,这样在转轮中,水流的流动也会趋向于幅向流动。
水头高度的降低,也需要转轮的叶片长度变短,同时增加其高度,这样转轮中水流的流向也会趋于轴流方向。
这里需要注意,无论是何种形状的转轮,基本上都是由转轮上冠、转轮下环、上下止漏装置、转轮叶片和减压装置所构成的。
2混流式水轮机转轮出现裂纹的原因分析
根据历年的相关资料显示,混流式水轮机转轮出现裂纹的状况并不是十分罕见的现象,这种水轮机投入使用的运转过程中发生转轮裂纹是普遍存在的。
以我国某地的某一水电站为例,该水电站在投入运行使用后的第一次定期维护中就发现水轮机转轮出现裂纹的现象,在其后续机组的定期维护中同样发现了转轮叶片出现裂纹的现象,而且此水轮机投入运行长达十年之久,在这十几年的运转期间,水轮机叶片裂纹的问题从未间断过,但该水电站的相关维护人员并没有对此问题进行深入研究和采取有效的解决措施,每次的定期维护中都会有裂纹现象出现。
该水电站所采用的混流式水轮机的额定功率是582MW,能够承受的极限功率为612MW,公称直径是6257mm,额定的水头为165m以及额定的转速是142.9转每分钟。
转轮采用的是不锈钢材质的,转轮上冠形似圆锥体且上冠上固定均匀分布的叶片,在外围开几个减压孔,在侧面装有减压装置。
叶片断面为翼形,采用数控机床加工,将叶片的厚度控制在188毫米之内。
下环采用具有锥角的直线形,泄水锥采用钢板焊接的方式,里面空心,下面开口,以便排出通过止漏环的漏水以及润滑轴承的润滑水。
就目前而言,经过观察和深入分析,导致此水电站混流式水轮机转轮出现裂纹的原因主要由以下几点:(1)转轮焊接质量存在风险。
由于混流式水轮机的转轮应用水头型号不同,那么他们的构造也就存在区别,制作的材料以及加工的手法也大相径庭。
在此水电站的转轮主要采取的是焊接结构,即转轮的上冠、叶片以及下环均采用单独铸造,然后加工焊接而成。
虽然此举具有良好的技术经济效果,节省了铸造材料,但是由于铸件小,形状简单,降低了对铸造能力的要求,如此焊接的工作量就会加大,确保每条焊缝的质量以及消除焊接温度的应力等处理可能就不会很精细。
(2)转轮变形所致。
转轮叶片强度最弱的地方在于出水边,而分瓣转轮一直会在出水边不断运转并对出水边产生难以负荷的压力,加之出水边的汽蚀能力最差,所以在压力和汽蚀的双重影响下转轮叶片很容易出现裂纹现象。
(3)超负荷运行的影响。
水轮机组投入运行之后,一般为了追求经济效益而忽视其正常的运转时间和定期维护,那么整个机组的运转时间就很容易超出其自身所能承载的负荷量,进而导致转轮叶片的受损,甚至出现裂纹。
(4)尾水管压力的影响。
水轮机在整体运行的过程中,尾水管必然会出现涡带,其出现一定会对水流产生影响并产生一定的脉动压力,这种压力会传到转轮叶片上进而对叶片引发共振导致转轮叶片出现裂纹。
3混流式水轮机转轮裂纹的预防措施
转轮的良好运转对水轮机机组的整体运转意义显著,因此必须要尽力保证转轮的平滑,出现裂纹之后也应该及时进行修复或者是更换,在今后的定期检修和维护中可以从以下几个方面进行努力:(1)在最初的选用材质上就要小心谨慎,应尽量选择不锈钢材质的材料进行焊接,因为不锈钢的焊接具有高塑性。
(2)随着科学技术的发展,混流式水轮机也进行了技术方面的改进和创新,使得水轮机中的水流运转较为稳定,但是还是不能准确预测脉动压力幅值,因此在今后的水轮机改善之中应该结合本地水电站的运转特征,具体问题具体分析,选取合理且科学的设计方案和运行规划。
(3)超负荷的工作运转会对转轮叶片造成极大的损害,因此,在今后的运行中应按照正常且合理的运转方式和运行时间进行控制,不要让转轮的叶片受到自身所不能承载的压力和工作负荷。
(4)发现转轮出现裂纹予以及时解决固然重要,但是当前并没有十分有效的监测手段,因此最为重要的是日常的预防,也就是说要十分重视对水轮机的定期监测和维护,随时发现问题随时解决问题。
同时对裂纹进行修复时应该采取彻底的解决办法,对于十分严重的裂纹状况就要采取专业化的处理方式,改善转轮叶片的受力幅度,确保修复之后不会再次出现裂纹。
4裂纹的处理与修复
在对水轮机转轮裂纹进行修复的时候,通常采用小电流、窄焊道的手段,按照“镶边、分段、退步”的焊接流程进行操作。
在这个过程中,为了能够消除焊接所产生的应力,除了退火层、第一道焊波之外,其余焊波均需要进行锤击操作。
每完成一道焊波,需要马上进行锤击,这样可以使焊接所产生的收缩应力得到松弛。
为了提升功效,也可以在焊接一层之后,进行统一化的锤击操作。
在完成坡口焊接之后,不妨再焊接一层退火层,但这里需要注意,如果坡口位处在空蚀区,那么需要在最后两层,进行抗空蚀焊条堆焊,表面再焊接一层退火层。
结语
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。
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