水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪修補(bǔ)技術(shù)的探究與改進(jìn)

陳玉聯(lián)

摘要：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是整個(gè)水力發(fā)電組的核心部件，該部分的工作狀態(tài)對(duì)水力發(fā)電的效率有著至關(guān)重要的作用。所以，對(duì)于水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的修補(bǔ)也就尤為重要。因此，本文對(duì)現(xiàn)有轉(zhuǎn)輪修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并指出其中所存在的缺陷與不足，最后提出相應(yīng)的改進(jìn)與優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪；傳統(tǒng)修補(bǔ)；問題；改進(jìn)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及人民生活質(zhì)量的不斷提高，導(dǎo)致我國(guó)能源消耗的不斷劇增。在現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)中，火電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電和水電占據(jù)90%以上，但是，水力發(fā)電是其中最為穩(wěn)定與安全的發(fā)電方式。而水力發(fā)電是依靠轉(zhuǎn)輪來實(shí)現(xiàn)動(dòng)能向電能的轉(zhuǎn)換的。因此，衡量一個(gè)水力發(fā)電機(jī)組是否高效與安全，轉(zhuǎn)輪部分是不可忽略的關(guān)鍵部位，具有十分重要的意義。

1 我國(guó)水力發(fā)電現(xiàn)狀

在世界水電市場(chǎng)份額中亞太地區(qū)水電市場(chǎng)占據(jù)世界水電市場(chǎng)的70.3%，中國(guó)以可開發(fā)量為3.78億kW占據(jù)世界第一。此外，水力資源作為一種清潔能源，它的有效開發(fā)和利用對(duì)于我國(guó)目前快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)以及改變國(guó)際能源的結(jié)構(gòu)上有著重要和深遠(yuǎn)的意義。當(dāng)前，在長(zhǎng)江、金沙江、雅礱江、瀾滄江等水力資源豐富的大江大河上，一批批大型水電建設(shè)項(xiàng)目正在如火如荼的建設(shè)當(dāng)中。從目前水電開發(fā)的趨勢(shì)來看，我國(guó)水電未來極具潛力。但是我們的水輪機(jī)修補(bǔ)技術(shù)一直是我們的短板，嚴(yán)重的制約著我國(guó)水力市場(chǎng)的發(fā)展。在這其中水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的修補(bǔ)技術(shù)方遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)輪經(jīng)常需要經(jīng)過多次修補(bǔ)，增大了經(jīng)濟(jì)成本和降低了資源利用效率。

2傳統(tǒng)修復(fù)工藝的介紹與不足

2.1不熱處理焊補(bǔ)

該種轉(zhuǎn)輪裂紋處理方式，是指在補(bǔ)焊的時(shí)候不對(duì)轉(zhuǎn)輪做復(fù)雜的熱處理，只是恰當(dāng)?shù)目刂埔幌聹囟取＿@種處理的方法，能夠有效減小工作量，可以提升在勞動(dòng)環(huán)境惡劣、施工范圍狹窄的廠房中進(jìn)行工作時(shí)的效率和水平。但這樣處理后，會(huì)減少接頭的疲勞壽命，焊縫處的應(yīng)力水平也相對(duì)較高。

2.2 部分熱處理的焊補(bǔ)

這種處理方式是指在不采取特殊焊接技術(shù)的前提下，對(duì)施焊區(qū)做部分熱處理。這種方式能夠分散焊縫所受應(yīng)力并減小其應(yīng)力的谷值，但不能改善焊接頭整個(gè)殘留應(yīng)力的水平。而且，安放復(fù)雜的熱處理設(shè)施，使原本勞動(dòng)環(huán)境惡劣、空間狹窄的施工現(xiàn)場(chǎng)變得越發(fā)擁擠，反而會(huì)影響到焊接的質(zhì)量。

2.3全體熱處理焊補(bǔ)

這種方式的關(guān)鍵是在補(bǔ)焊時(shí)采取常規(guī)焊接技術(shù)，處理過后，要對(duì)轉(zhuǎn)輪整體進(jìn)行熱處理。這種處理方式能夠提高修補(bǔ)區(qū)域的金屬結(jié)構(gòu)機(jī)能、減小焊接殘留應(yīng)力、抑制接頭疲勞裂紋的產(chǎn)生。但熱處理所需要的設(shè)備較復(fù)雜，僅僅適用于小型轉(zhuǎn)輪的裂紋修復(fù)工作。

3轉(zhuǎn)輪修補(bǔ)工藝的研究及改進(jìn)

研究證明，疲勞損傷是導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生裂紋的關(guān)鍵原因。因此，在選擇轉(zhuǎn)輪的修復(fù)工藝上一定要做到嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)，要充分的認(rèn)識(shí)到“抗疲勞損傷”的重要性，在考慮工藝精細(xì)性、準(zhǔn)確性的同時(shí)，還要意識(shí)到不同的施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工藝的限制和要求。

3.1工藝精細(xì)性

修復(fù)工藝的精細(xì)性，就是要求我們?cè)诠ぷ髦幸卫巫プ　翱蛊趽p傷”這一關(guān)鍵點(diǎn)來安排每一個(gè)工藝、每一道工序。因此，對(duì)于轉(zhuǎn)輪修補(bǔ)工藝中的精準(zhǔn)度，我們需要在擬訂轉(zhuǎn)輪修補(bǔ)工藝的過程中要著重注意以下幾個(gè)方面：

（1）我們應(yīng)當(dāng)首選抗裂性能特別是抗疲勞損傷性能好的焊材。

（2）應(yīng)清除干凈所有缺陷。在處理裂紋的時(shí)候，要同時(shí)清除掉坡口邊緣的其它缺陷，像在裂紋出現(xiàn)的地方、之前用其他焊材進(jìn)行過補(bǔ)焊的位置。

（3）控制焊接缺陷。在焊接的時(shí)候，產(chǎn)生圓形（如孔穴、夾渣）、體積型（如未焊透）、條件（如夾渣）和面型（如未熔合、裂紋）等缺陷都是不應(yīng)該的；焊縫表面不允許產(chǎn)生溝槽類缺陷（如咬邊），應(yīng)成型好、無缺陷。

（4）全過程注意控制溫度。在全部裂紋焊接修復(fù)進(jìn)程中，要采取相應(yīng)的措施來控制溫度，要注意控制焊接時(shí)直接加熱部位和間接加熱部位的溫差不要太大，要使加熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力和焊接后的殘留應(yīng)力達(dá)到一個(gè)適宜的平衡，因此，在整個(gè)補(bǔ)焊進(jìn)程程中我們要做到：焊前要加熱、焊中要控制層間溫差、焊完要采取后熱措施。

（5）合理控制焊接順序。在同一轉(zhuǎn)輪有幾個(gè)葉片同時(shí)出現(xiàn)裂紋的情況下，合理的制定焊接工序?qū)α鸭y修復(fù)效果的好壞將產(chǎn)生直接影響。通常來說，兩個(gè)相對(duì)稱的葉片可一起補(bǔ)焊；對(duì)于長(zhǎng)焊縫，可采取分段退焊方式，實(shí)踐證明，這種焊接方式能夠減弱因焊縫橫向緊縮而出現(xiàn)的應(yīng)力，可以控制的焊縫長(zhǎng)度能達(dá)到100mm以上。

（6）控制焊接規(guī)范參數(shù)。如何確定焊接的規(guī)范參數(shù)，要綜合焊縫品質(zhì)、應(yīng)力掌控、焊材等方面的要求來分析。具體來說就是，電弧長(zhǎng)度（焊機(jī)電壓）要合適、焊機(jī)電流較小、焊接速率較快。

（7）施焊中的錘擊。在多層多道焊的時(shí)候，焊接錘擊工作非常關(guān)鍵，對(duì)焊道實(shí)行錘擊，能夠細(xì)解焊縫晶粒、分散焊縫的應(yīng)力并減小應(yīng)力最大值，所以，在工作中務(wù)必要引起我們充足地關(guān)注。

3.2工藝準(zhǔn)確性

對(duì)于轉(zhuǎn)輪裂紋修復(fù)處理工藝，要在兼顧施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和工件材質(zhì)的前提下詳細(xì)制定好施工步驟，并且要適當(dāng)?shù)牧粲杏嗟?，要靈活掌握。

（1）加熱方法問題。從加熱方法來講，一般有電加熱和氧—乙炔火焰加熱兩種方法。電加熱在溫度的控制上穩(wěn)定、可靠，但在處理過程中，由于需要大量布線，使本就狹小的施工場(chǎng)所變得更加擁擠，對(duì)裂紋清除和焊接操作也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。而氧—乙炔火焰加熱的方法則顯得比較靈活，可以隨時(shí)對(duì)要補(bǔ)焊的區(qū)域進(jìn)行加熱，至于溫度的控制上則可采用紅外測(cè)溫儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，整個(gè)操作過程簡(jiǎn)單、方便。所以，我們?cè)诠ぷ鬟^程中一般都會(huì)采取氧—乙炔火焰加熱的方式來加熱工件。

（2）加熱溫度問題。由于在現(xiàn)場(chǎng)不吊轉(zhuǎn)輪的情況下進(jìn)行修補(bǔ)的環(huán)境相對(duì)潮濕，想通過氧—乙炔火焰加熱的方法將補(bǔ)焊的部位均勻加熱到合適溫度并保持一段時(shí)間是不太現(xiàn)實(shí)的。要解決這一問題只能通過選擇合適的焊材以及結(jié)合其他的工藝（如加強(qiáng)錘擊等）來彌補(bǔ)。因此，建議有條件的企業(yè)能將轉(zhuǎn)輪拉制加工廠進(jìn)行修補(bǔ)，這樣雖然會(huì)增加運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用，但修補(bǔ)的效果顯然會(huì)更理想。

（3）焊接坡口型式問題。由于轉(zhuǎn)輪形式各不相同，焊接坡口型式也不盡相同，從控制焊件應(yīng)力和焊件形變兩個(gè)方面出發(fā)，一般說來，低水頭電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)目少，應(yīng)從葉片的背水面加工成雙面U型坡口；而高水頭電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片具有數(shù)目多、間隔小的特點(diǎn)，則應(yīng)加工成單面U型坡口。

4結(jié)語

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的修補(bǔ)是一項(xiàng)細(xì)致、繁瑣的工作，但又是整個(gè)水力發(fā)電中最重要的部分。因此，只有耐心細(xì)致按照相關(guān)規(guī)程，認(rèn)真落實(shí)到修補(bǔ)技術(shù)中的每一步，只有這樣才能將轉(zhuǎn)輪的修補(bǔ)做到萬無一失，從而為高效安全的水力發(fā)電提供保障。

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基金來源：西華大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（05030245）