紫坪鋪電廠轉輪缺陷分析及處理

方戊強

四川省紫坪鋪開發(fā)有限責任公司 四川成都 610091

1 概述

紫坪鋪電廠位于四川省都江堰市，系岷江上游干流第五級電站。電站設計規(guī)模為760MW，安裝有4臺單機容量為190MW的水輪發(fā)電機組。水輪機采用俄羅斯列寧格勒金屬工廠分包生產的HLPO140-LJ-485型水輪機轉輪。

紫坪鋪水電廠首臺機組于2005年投產，至今已運行14年，4臺機組均已經過大修。在機組檢修修中，對轉輪進行多次裂紋、汽蝕處理。在轉輪裂紋、汽蝕處理位置的后續(xù)檢查中，未發(fā)現新缺陷，處理效果良好。

2 紫坪鋪電廠轉輪介紹

紫坪鋪電廠轉輪共11個葉片，進口直徑4850mm，出口直徑4807mm，高度2907mm。最高水頭132．76m，最低水頭68．4m。轉輪采用鑄焊結構，上冠、葉片、下環(huán)材質均為ZG08Cr15Ni4CuMo不銹鋼。機組設計有主軸中心孔補氣裝置，頂蓋真空破壞閥裝置，以減少過流部件受到的汽蝕傷害。

3 紫坪鋪電廠主要缺陷分析及處理

3.1 轉輪葉片鈍邊（葉片根部未全部焊透）

轉輪上冠、下環(huán)、葉片單獨制造，然后焊接組裝，鈍邊為轉輪加工時留下的隱患。鈍邊導致轉輪工作時相應葉片焊縫受到更大的應力，更容易產生裂紋。

2012年11月，1#機組檢修中，對轉輪葉片進行滲透檢測（PT）/磁粉檢測（MT）檢測，在11號葉片出水口背水面距根部870mm處發(fā)現3mm裂紋一處，經仔細觀察確認裂紋位置有輕微滲水現象；用角磨機將裂紋處打磨3mm，并對該裂紋處再次進行磁粉檢測（MT）探傷，裂紋出現擴大趨勢，長度從3mm延長至5mm，滲水量明顯增大，出現小股水流外噴現象，裂紋處冷卻到常溫后缺陷部位重新回到緩慢滲水狀態(tài)。超聲波檢測結果顯示在離出水邊根部800mm處到進水邊200mm區(qū)域（長度在1450mm）內存在未焊透即鈍邊。

3.2 處理工藝

在不傷及母材的情況，對該裂紋進行打磨，打磨至坡口位置，至PT探傷檢測無裂紋。對出現的裂紋進行打磨，在不傷及母材的情況，打磨至坡口位置。

選用A042（JWE309MoL-16）3．2mm超低碳不銹鋼焊條進行補焊。焊條使用前在保溫箱內300-350℃環(huán)境下保溫烘干2小時以上。焊條從烘箱內取出放置于100-150℃保溫桶內，隨用隨取。

采用氧氣乙炔加熱方式對需補焊位置及周圍200mm范圍進行局部加熱，加熱溫度不低于100℃，在焊接過程中必須隨時監(jiān)測、控制加熱部位溫度。

加熱完成后進行補焊工作，焊接電流控制100-130A內，焊接時不得隨意引弧，在需補焊的位置引弧，避免對葉片造成損傷。由于鈍邊較長，采用由兩端向中間方向補焊，每次補焊長不超過150mm。每焊完一層及時用小風鏟（或榔頭）沿焊縫快速、稠密往返敲擊3次以上，對敲擊力度加以控制防止將焊縫震裂，消除應力。再次補焊前應經焊縫表面清理干凈，確保焊縫無裂紋、夾渣、氣等缺陷。

補焊完成后對應持續(xù)監(jiān)測加熱區(qū)域溫度，使用石棉布保溫1小時以上，必要時可使用氧氣乙炔加熱。焊縫冷卻后，再進行打磨修圓處理。

3.3 裂紋

轉輪工作時，在高壓水和離心力作用下，轉輪葉片高應力主要分布在葉片迎水面進水變靠近上冠處、葉片迎水面出水邊中下部、葉片出水邊背水面中下部。多年來，紫坪鋪電廠轉輪裂紋分布，也正處于這些區(qū)域內。由此可判斷，高應力作用是導致裂紋產生的原因之一。

鑄造氣孔、砂眼等缺陷及焊縫缺陷在外部力量影響下也會產生裂紋。

機組運行中，水力振動也會導致焊縫金屬疲勞，產生裂紋。當機組帶飛設計工況或過度工況時，水輪機工況惡劣，水力振動對轉輪損傷尤為突出。

紫坪鋪電廠轉輪未發(fā)現長裂紋，裂紋的處理工藝同上。

3.4 汽蝕

汽蝕是一種復雜的物理與化學現象，是當流道中的水局部壓力下降至臨界壓力（一般接近汽化壓力）時，水中氣核成長為汽泡，汽泡的聚積、流動、分裂、潰滅過程的總稱。轉輪汽蝕主要包括：（1）翼型氣蝕：發(fā)生在轉輪葉片背面低壓區(qū)上的一種氣蝕。（2）間隙氣蝕：當水流通過狹小通道或縫隙時，若其局部流速升高導致壓力降低到一定程度時所發(fā)生的一種氣蝕。（3）局部氣蝕：水流繞流不平表面時由于局部壓力降低所發(fā)生的一種氣蝕。（4）空腔氣蝕：反擊式水輪機在非設計工況下運行時，轉輪出口水流具有一定的圓周分量，水流在尾水管中產生旋轉，旋轉水流的中心產生渦帶。渦帶的中心形成很大的真空。真空渦帶周期性的掃射尾水管管壁，造成尾水管管壁破壞的一種氣蝕。

水輪機轉輪在運行一定時期后，轉輪葉片會存在不同程度的汽蝕缺陷，水輪機轉輪發(fā)生汽蝕后應及時處理，否則汽蝕面積會加速增長。機組在振動去運行更容易產生汽蝕。機組運行期間應盡量避免振動區(qū)。使水輪機效率降低，并嚴重影響水輪機組的安全運行。紫坪鋪電廠轉輪汽蝕主要分布在葉片背水面中下部靠僅焊縫處、葉片與上冠焊縫背水面靠進水邊處、葉片進水變邊上。

3.5 汽蝕處理工藝

對于片狀汽蝕，補焊前將汽蝕位置表面將蜂窩狀的疏松打磨干凈，油污使用酒精或丙酮清洗，（特別注意環(huán)境揮發(fā)的酒精或丙酮的濃度，防止明火引燃發(fā)生嚴重安全事故）。水分用烘槍烘烤去除。

對于汽蝕產生的分散點狀蜂窩孔用手槍鉆或電動磨具打磨光疏松，盡量不進行面積打磨，緊進行點狀打磨或鉆，將蜂窩狀的疏松打磨掉即可（此蜂窩狀疏松補焊時不能保證完全融化融入焊縫）。

其它處理工藝同上。

4 結語

通過對紫坪鋪電廠機組轉輪裂紋、汽蝕的產生原因分析，根據不同水頭，合理調節(jié)、優(yōu)化處理機組運行方式，讓機組避開在振動去長時間運行，盡量在設計最優(yōu)工況下運行，可有效減少裂紋、汽蝕的產生。對與發(fā)現裂紋、汽蝕及時處理，將事故在萌芽狀態(tài)中處理掉，保證機組的安全運行。