于東旭 張平順

摘 要：潘家口水電廠1號(hào)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪引水板下面是個(gè)空腔，機(jī)組運(yùn)行時(shí)水流的脈動(dòng)壓力作用到引水板上，形成擊鼓效應(yīng)，導(dǎo)致引水板開(kāi)裂破壞，要解決這個(gè)問(wèn)題，就要消除空腔，即用鋼筋混凝土填充這個(gè)空腔。這個(gè)方法緊跟水機(jī)制造研發(fā)行業(yè)發(fā)展方向，取消3個(gè)空腔。

關(guān)鍵詞：潘家口水電廠；水輪機(jī)；引水板；鋼筋混凝土

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.175

0 概述

潘家口水電廠1號(hào)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪引水板開(kāi)裂始終是威脅機(jī)組放水發(fā)電的安全隱患，20多年來(lái)，潘家口水電廠的處理措施在“裂了就焊，焊完再裂”的規(guī)律中循環(huán)，同時(shí)我們也在不斷地探索、研究簡(jiǎn)單、有效的解決方法。

1 水輪機(jī)參數(shù)

型號(hào) HL220-LJ-550

水機(jī)出力 154兆瓦

最大水頭 85米

設(shè)計(jì)水頭 63.5米

最小水頭 36米

額定轉(zhuǎn)速 100轉(zhuǎn)/分

設(shè)計(jì)流量 277立方米/秒

2 引水板開(kāi)裂原因分析

（1）引水板的使用情況。1號(hào)機(jī)組1987年7月、1989年11月曾因轉(zhuǎn)輪引水板開(kāi)裂造成緊急停機(jī)，被迫進(jìn)行了引水板搶修處理。為了確保機(jī)組安全，在1991年擴(kuò)修時(shí)對(duì)1號(hào)機(jī)引水板進(jìn)行了檢修加固處理，在引水板和轉(zhuǎn)輪上冠間對(duì)稱焊接了八個(gè)外徑φ289的鋼管，補(bǔ)焊了兩塊1250mm×80mm、1100mm×80mm厚20mm的16Mn鋼板，并對(duì)引水板裂紋進(jìn)行了處理。

1號(hào)機(jī)組在2000年12月10日小修例行檢查中，在頂蓋+X、-Y方向原調(diào)相補(bǔ)氣管口處檢查轉(zhuǎn)輪引水板時(shí)，發(fā)現(xiàn)引水板有一條裂縫，裂縫呈錯(cuò)口狀外側(cè)比內(nèi)側(cè)高約2mm、寬度約0.5mm，管口處裂縫長(zhǎng)170毫米，因此機(jī)組被迫進(jìn)行搶修。頂蓋吊起后仔細(xì)檢查引水板，發(fā)現(xiàn)引水板裂縫比預(yù)想的要嚴(yán)重，需要處理的共有39條裂紋，累計(jì)長(zhǎng)度21.85m，其中最大的一條裂縫為穿透性裂縫長(zhǎng)度3.9m，在裂縫處的引水板沒(méi)有發(fā)生大的翹起。

以上情況說(shuō)明1991年轉(zhuǎn)輪引水板加固時(shí)安裝的八個(gè)鋼管，對(duì)防止引水板開(kāi)裂起到了一定的效果的，特別是加固用的八個(gè)支撐鋼管起到了防止引水板大面積翹起的作用。但是整個(gè)引水鋼板金屬已達(dá)到了疲勞極限，并產(chǎn)生了嚴(yán)重的疲勞破壞，隨時(shí)可能發(fā)生新的裂縫，已不能保證機(jī)組安全運(yùn)行。為了確保機(jī)組安全運(yùn)行，結(jié)合2009年的機(jī)組擴(kuò)修，擬對(duì)轉(zhuǎn)輪引水板進(jìn)行徹底的更新改造。

（2）引水板損壞原因分析。1）引水板結(jié)構(gòu)不合理。引水板外徑為Φ5020mm、內(nèi)徑Φ2130mm、面積16.22平米，由于引水板安裝后上表面進(jìn)行了加工，引水板厚度不均勻在22mm～36mm之間。其與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接除外邊緣與上冠焊接外，其余均為懸空結(jié)構(gòu)，因此引水板懸空面積大，且引水板與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接相當(dāng)薄弱、剛度差，尤其是引水板外緣臺(tái)階處厚度僅15mm。在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中引水板會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，造成鋼板疲勞使引水板開(kāi)裂、脫落。2）引水板安裝質(zhì)量不高。引水板安裝時(shí)，部分焊縫坡口開(kāi)的過(guò)小、過(guò)淺，部分焊縫底部未充分熔合。引水板的10塊加強(qiáng)筋板焊接不牢，加強(qiáng)筋板曾發(fā)生脫落現(xiàn)象，嚴(yán)重影響引水板的強(qiáng)度和剛度。

3 引水板處理思路

經(jīng)過(guò)幾年的探索、研究，水電廠有關(guān)技術(shù)人員基本統(tǒng)一了認(rèn)識(shí)：引水板開(kāi)裂的罪魁禍?zhǔn)拙褪且逑旅娴目涨?，水流的脈動(dòng)壓力作用到引水板上，形成擊鼓效應(yīng)，導(dǎo)致引水板損壞。如果設(shè)法消除這個(gè)空腔，那么問(wèn)題也就徹底解決了。

4 處理措施

經(jīng)過(guò)調(diào)研龍羊峽電廠曾使用鋼筋混凝土的方法解決了轉(zhuǎn)輪引水板開(kāi)裂問(wèn)題，我們借鑒兄弟單位的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)成功的處理了潘家口水電廠轉(zhuǎn)輪引水板開(kāi)裂問(wèn)題。

（1）混凝土材料選擇。為了提高混凝土的耐磨性能，選用冀東42.5普通硅酸鹽水泥。混凝土在轉(zhuǎn)輪中基本不受拉、彎應(yīng)力，選用C30混凝土，塌落度4—6cm。為了消弱剪切應(yīng)力，選用補(bǔ)償收縮混凝土：要求水泥用量大于300公斤/立方，選用唐山豐潤(rùn)區(qū)乾坤建安技術(shù)研究所生產(chǎn)的QK-UEA低堿膨脹劑，用量6%，混凝土頂面為自由面，對(duì)轉(zhuǎn)輪無(wú)積壓應(yīng)力作用；選用二級(jí)配混凝土，大集料5—40，細(xì)集料選中砂，混凝土表面涂刷環(huán)氧一道?；炷僚浔龋核?54KG，42.5水泥383KG，膨脹劑25 KG，中砂667KG，石子 1171KG。澆筑前在轉(zhuǎn)輪上涂刷108膠一道。

考慮到轉(zhuǎn)輪法蘭面距頂面只有40毫米，澆筑混凝土結(jié)合不好，故用40毫米厚鋼板焊接。

割除引水板后轉(zhuǎn)輪引水板止口處的鋼板相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，受力不好。為防止它向上翹曲，用碳弧氣刨打坡口，507焊條焊平。

（2） 鋼筋選擇。選擇唐鋼產(chǎn)品，保證產(chǎn)品性能。鋼筋錨固長(zhǎng)度70毫米且與轉(zhuǎn)輪焊接。

徑向布置φ10鋼筋，平面間距靠大軸處大約150毫米；軸向間距150毫米（完整鋼筋網(wǎng)分二層），不完整鋼筋網(wǎng)分2層。軸向布置φ10鋼筋，間距靠大軸處150毫米，鋼筋在轉(zhuǎn)輪上焊接錨固70毫米，混凝土頂面下50毫米做90度彎勾，彎勾長(zhǎng)70毫米。

（3）施工步驟及要求：1）拆除引水板在廠房安裝間內(nèi)進(jìn)行，將轉(zhuǎn)輪吊出機(jī)坑放置在安裝間內(nèi)用六個(gè)支墩墊起，用支墩上的楔子板將轉(zhuǎn)輪調(diào)平后，將楔子板點(diǎn)焊牢。2） 用氣割將引水板、加強(qiáng)板全部割除。保留10個(gè)排水管、8個(gè)加強(qiáng)管，確保正原鋼管的頂面完好，以作澆筑混凝土的高程控制點(diǎn)。割除引水板后轉(zhuǎn)輪引水板止口處的鋼板相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，受力不好。用碳弧氣刨打坡口，507焊條焊平。清除轉(zhuǎn)輪內(nèi)腔的銹蝕部分。用8個(gè)高230毫米，寬130毫米，厚16毫米的鋼板與轉(zhuǎn)輪體焊接加強(qiáng)內(nèi)管的剛度。3） 在兩半轉(zhuǎn)輪內(nèi)對(duì)稱布置鋼筋，并做錨固處理，部分立筋可用加強(qiáng)管代替，頂層鋼筋距離上冠頂面50毫米，在頂層鋼筋上布置周向φ10鋼筋。4）為了保持平衡狀態(tài)，在配重塊的對(duì)稱位置設(shè)置相應(yīng)的配重空腔，以消除混凝土對(duì)平衡問(wèn)題的影響。5）選用350L混凝土攪拌機(jī)拌和，用廠用天車和專用吊裝斗吊運(yùn)混凝土。分兩半澆筑C30混凝土，并振搗密實(shí)，用18個(gè)鋼管頂面做高程控制，用木抹子找平壓出麻面。

5 處理效果

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪引水板處理后，經(jīng)過(guò)將近一年的運(yùn)行，效果很好。2017年9月份機(jī)組小修，對(duì)引水板再次測(cè)量檢查無(wú)變化。

6 結(jié)論

潘家口水電廠在技術(shù)人員共同努力下，徹底消除了引水板開(kāi)裂問(wèn)題，為機(jī)組的安全運(yùn)行創(chuàng)造了條件。