導航：安全管理網>> 安全論文>> 機械安全論文>>正文

大型水輪機轉輪葉片裂紋產生的原因分析與處理

文檔作者：張健文檔來源：國電大渡河檢修安裝有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年11月03日
下載地址：點擊這里	文件大小： 621.30 KB 共3頁	文檔格式： PDF	下載點數： 1 點（VIP免費）

全屏查看

內容預覽 [文件共3頁]

本文件共3頁，如需編輯使用，請下載。

注：預覽效果可能會出現部分文字亂碼（如口口口）、內容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大小：621.30 KB 共3頁文件格式：PDF 下載點數：1 點（VIP會員免費）

上一篇：水輪機過速事故的案例回顧及原因分析

文本預覽

僅提取頁面文字內容，供快速閱讀使用。

２０１５ 年第９ 期
２０１５ Ｎｕｍｂｅｒ ９
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１３５ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１３５
ＤＯＩ： １０．１３６２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１５．０９．０１１
收稿日期：２０１５ －０７ －０８ 作者簡介：張　健，男，助理工程師，從事水電站機械設備檢修工作。
大型水輪機轉輪葉片裂紋產生的
原因分析與處理
張　健
（國電大渡河檢修安裝有限公司，四川樂山　６１４９００）
摘要：瀑布溝水電站安裝有６ 臺單機６００ ＭＷ 大型水輪發電機組，在進行機組Ｂ 級檢修時發現了多個轉輪葉片出現了
不同程度的貫穿性裂紋，葉片發生了變形，為此，對水輪機轉輪葉片產生裂紋的原因進行了分析，提出了處理意見。
關鍵詞：瀑布溝水電站；轉輪葉片；裂紋處理
中圖分類號：ＴＫ７３０．３ ＋２３：ＴＫ７３０．８　　文獻標志碼：Ｂ　　文章編號：１６７１ －３３５４（２０１５）０９ －００３８ －０２
Analysis and Treatment of Cracks in Runner Blades
in Large-scale Hydro-turbine Units
ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ
（Ｇｕｏｄｉａｎ Ｄａｄｕ Ｒｉｖｅｒ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｌｅｓｈａｎ ６１４９００， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｉｎ Ｐｕｂｕｇｏｕ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ， ｓｉｘ ｌａｒｇｅ-ｓｃａｌｅ ｈｙｄｒｏ-ｔｕｒｂｉｎｅ ｕｎｉｔｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ６００ ＭＷ ａｒｅ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ．
Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｂ-ｌｅｖｅｌ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｕｎｉｔｓ， ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｍａｎｙ
ｒｕｎｎｅｒ ｂｌａｄｅｓ．Ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｓ ａｒｅ ｔｈｕｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ． Key words： Ｐｕｂｕｇｏｕ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ； ｒｕｎｎｅｒ ｂｌａｄｅ； ｃｒａｃｋｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
　　瀑布溝水電站位于大渡河中游，安裝６ 臺單機容
量６００ ＭＷ 水輪發電機組，其中２、４、６ 號機組水輪機
轉輪由東方電機股份有限公司生產，轉輪型號為
ＨＬＤ４１６Ａ －ＬＪ －６９６，額定出力為６１１ ＭＷ，額定轉速
為１２５ ｒ／ｍｉｎ，額定水頭為１５６．７ ｍ，轉輪上冠、下環和
葉片都采用鑄鋼ＡＳＴＭ Ａ７４３．ＣＢ －６ＮＭ，其中葉片采
用ＶＯＤ 爐外精煉技術制造，各件經數控機床加工后組
焊成兩瓣整體，轉輪共有１５ 個Ｘ 形葉片，每個葉片重
７．０２ ｔ。
瀑布溝２ 號機組運行５ ａ 后，在進行轉輪檢查時
發現３ 條肉眼可見裂紋，１ 號葉片出現了變形，其他葉
片裂紋均出現在出水邊靠近泄水錐葉片本體上。１ 號
葉片背面裂紋長度為７２０ ｍｍ，葉片正面裂紋長度為
６５０ ｍｍ，裂紋錯牙為１２ ｍｍ；２ 號葉片背面裂紋長度
７０ ｍｍ，葉片正面裂紋長度為４０ ｍｍ，未出現錯牙現
象；１０ 號葉片背面裂紋長度４０ ｍｍ，葉片正面裂紋長
度３５ ｍｍ。
１　轉輪裂紋產生的原因
1．1　轉輪設計問題
瀑布溝東電機組轉輪采用Ｘ 形葉片，若Ｘ 形葉片
與上冠、下環間的過渡R 角設計值較小就引起轉輪的
應力集中。
1．2　轉輪鑄造缺陷及焊接缺陷
轉輪鑄造產生的缺陷會在外部應力的作用下造成
裂紋源，是造成轉輪裂紋的根本原因。Ｘ 形葉片與轉
輪上冠、下環的厚度相差較大，轉輪鑄造過后在進行冷
卻過程中就會產生氣孔、疏松等。
1．3　轉輪應力集中區域
水輪發電機組轉輪的應力區主要分布在葉片的周
邊上，所以應力集中是造成轉輪裂紋的原因之一。
1．4　ＡＧＣ 投入的影響
瀑布溝電站機組投入了ＡＧＣ，ＡＧＣ 的投入使得機
３８
張　健：大型水輪機轉輪葉片裂紋產生的原因分析與處理２０１５ 年９ 月
組負荷調節頻繁，機組長期處于低負荷區域運行，而低
負荷區域是機組的振動區域，振動區域流道內水流不
穩定［１］ ，機組的擺度及振動會隨之增加，轉輪在交變
應力的作用下就出現了疲勞現象，加之轉輪的其他設
計等綜合因素，使轉輪產生了裂紋。
ＡＧＣ 投入后，據統計瀑布溝２ 號水輪發電機組在
１ ａ 內機組負荷調節達到了２０ ０００ 次，頻繁的負荷調
節使得機組工況跨區域運行，在冬季大渡河來水量較
小，單臺機組所帶負荷較少，就出現機組在振動區運
行［２］ ，加上東電機組轉輪集中應力過大，因此葉片產
生裂紋。
２　裂紋處理
2．1　裂紋清理
裂紋尖端前方２０ ｍｍ 用碳弧氣刨刨至裂孔，使用
碳弧氣刨的方法清理裂紋，打磨碳弧氣刨表面，去除碳
弧氣刨產生的滲碳層，須見金屬光澤，按圖１ 預制焊接
坡口，根據R 和角度α以方便施焊來確定。
圖1　裂紋清理及預制焊接坡口示意圖
2．2　補焊工藝
葉片補焊可采用２ 種方法：①用同種材料進行熱
焊，這種方法工藝較復雜，要進行焊前預熱和焊后熱處
理，焊接條件較惡劣，但是由于補焊焊縫的填充材料和
被補焊母材基本一致，因此，在使用過程中出現問題的
可能性較小。②用奧氏體焊條進行冷焊。冷補焊工藝
簡單，生產周期短。冷補焊焊接過程中不發生相變，且
焊縫的塑性較好。因此，該方案可不預熱，簡化了補焊
工藝，避免了因鑄鋼件受到大的熱作用，而減小了被焊
件的應力和變形。奧氏體焊條冷焊工藝簡單，但是補
焊金屬強度低于母材，且由于不預熱冷焊，近縫區的冷
卻速度較大，不可避免在補焊的近縫區產生淬硬組織，
給補焊接頭的性能帶來不利影響。
焊接過程中，除打底層和蓋面層之外，其余每層焊
后立即進行錘擊消除應力，焊接過程中預熱，焊縫機器
周圍５０ ｍｍ，采用電加熱片進行預熱，預熱溫度為
８０℃，道間溫度為１８０℃，焊縫采用多層多道焊，焊接
順序如圖２ 所示；葉片正面焊接結束后，背面進行清
根，使用碳弧氣刨清根，并打磨滲碳層，如圖３ 所示。
外觀觀察確認清根表面清理干凈，按ＡＳＭＥ 標準進行
ＰＴ 探傷，焊接背面坡口，采用多層多道焊，如圖４
所示。
圖2　焊接順序
圖3　打磨滲碳層
圖4　背面坡口焊接
瀑布溝２ 號機組１ 號葉片裂紋存在著錯牙現象，
葉片仰焊位置清理后進行搭焊，焊接分為３ 段進行，焊
后用電加熱對焊縫加熱，溫度為２６０℃，保溫２ ｈ，然后
緩冷至室溫，冷卻后對焊縫表面進行修磨，粗糙度不低
于原表面。
2．3　焊后殘余應力測試
瀑布溝２ 號機組轉輪裂紋處理后，水利部水工金
屬結構質量檢驗測試中心測試人員對瀑布溝２ 號機組
葉片進行了殘余應力測試。本次殘余應力測試采用Ｘ
（下轉第４２ 頁）
３９
水電與新能源２０１５ 年第９ 期
場可根據實際需要進行拼接、切割。除此之外，新型密
封條材質除有一般聚氨酯的性能外，還有較好的機械
加工性能、優異的耐水解性能（一般聚氨酯耐水解穩
定性差）、優異的耐磨性能（約為天然橡膠的３ ～５
倍）、較高的軟化溫度（可達２７０℃）、較低的玻璃化溫
度（約－８０℃）、優異的機械性能（邵氏硬度、撕裂強
度、拉伸強度、伸長率等）。
新型密封條在安裝過程中及運行一段時間后也存
在一些問題和可以改進的地方，如在導葉立面密封改
造過程中，由于密封槽表面凹凸不一，安裝過程中密封
不銹鋼條很難完整地插入聚醚聚氨酯密封條中；經多
年運行，活動導葉底部存在嚴重空蝕，導葉下端金屬密
封安裝后不能與活動導葉密封槽底部完全貼合，容易
發生空蝕，可考慮采取其他抗空蝕材料，或更換為質地
軟、耐壓性能高的金屬材料。
３　結　語
葛洲壩機組導葉立面密封先后進行了兩次改造，
改造后導葉全關狀態下的封水性能、導水機構的安全
運行壽命以及導葉密封條的完整度都得到提高，保障
了機組的順利實現開、停機，減少了水力損失，增加了
發電效益。
新型組合式密封的結構和密封性能基本上滿足了
設計要求，安裝難度低，但由于活動導葉多年運行后密
封槽表面凹凸不平，寬窄不一，導葉下端部存在嚴重空
蝕，致使其密封性能難以保證。因此，對于老式橡膠條
密封脫落缺陷，在不具備吊導葉的條件下，可采用新型
組合式密封作為臨時處置措施；而在機組大修期間，通
過吊出活動導葉進行補焊修復，對其實施單側不銹鋼
壓板式的密封結構改造，能夠從根本上解決因密封條
易脫落，導致機組停機蠕動的問題。
參考文獻：
［１］鄭源， 鞠小明， 程云山．水輪機［Ｍ］．北京： 中國水利水電
出版社， ２００７
［２］劉國兵， 張敏， 陳誠．葛洲壩電站１２５ＭＷ 水輪機組導葉立
面密封改造研究［Ｊ］．科技創新導報， ２０１０（１９）： ９７ －９８
［３］賓斌， 江曉林， 何凱．中低水頭電站水輪機活動導葉密封
改造研究［Ｊ］．水電與新能源， ２０１１（５）： ２９ －３２
（上接第３９ 頁）
射線衍射法，殘余應力測試儀為加拿大生產的ＰＲＯＴＯ
ｉＸＲＤ 型Ｘ 射線應力測定儀。本次殘余應力測試共對
５ 個被測工件的１０ 個測試區域進行了測試，測試結果
見表１。
表1　瀑布溝2 號機組片殘余應力測試結果簡表ＭＰａ　
測區 測點１ 測點２ 測點３ 測點４ 測點５ 測點６ 測點７ 葉片１４ －１ １２２ １３７ －１６０ －１８７ －１６４ －１６３ －２３５ 葉片１４ －２ －２５１ －１９７ －１５６ －２７２ －７９ －１３３ －１０８ 葉片２ －１ －４４ －３４ －４ －１４９ －２２４ －１６２ －１９４ 葉片２ －２ －１８１ －２０１ －１５４ －１７１ －１９４ －２３２ －２４１ 焊縫１ －１ －２０９ －１３３ －１１９ －５３ ３２ －１８７ －１３５ 焊縫１ －２ ３１７ ３０３ ３８２ ３９８ ２２５ ３３１ ２３４ 焊縫２ －１ －１４８ －１３３ －１２１ －１４０ －２６６ －３１０ －１９７ 焊縫２ －２ －１９０ －４１６ －２７６ －１５５ －２０６ －１６７ －１９６ 焊縫１０ －１ １２６ １４６ －２０６ －３２４ －１０２ －６９ －２９５ 焊縫１０ －２ ２２０ １９５ ２２２ ３２７ １４６ ２６ －６３ 注：①焊縫１、焊縫２ 分別為１、２ 號葉片與進水錐連接處的焊
縫，焊縫１０ 為１０ 號葉片與下環連接處焊縫。葉片１４ 為本次未
損壞、未處理的葉片，數據用來與其他進行對比。②表中數值
正號為拉應力，負號為壓應力。
３　結　語
１）近年來，水輪機轉輪的葉片裂紋頻繁發生，尤
其是在大型機組上也出現了裂紋缺陷，嚴重威脅水電
廠的安全經濟運行，有必要在機組檢修時對應力集中
等易于產生裂紋的部位進行無損探傷檢查，對發現的
缺陷及時處理，把事故消滅在萌芽狀態，保證機組的安
全經濟運行。
２）瀑布溝２ 號機組轉輪裂紋處理后，對葉片進行
了殘余應力測試，經補焊處理后的葉片與未處理的葉
片相比，其殘余應力在相同的數量級范圍內，說明處理
工藝還是比較得當的。
３）瀑布溝２ 號機組水輪機轉輪裂紋處理工藝，也
可供其他類似大型水輪機轉輪裂紋處理參考借鑒。
參考文獻：
［１］何捍東．天生橋一級水電站水輪機振動原因分析［Ｊ］．紅
水河， ２００１， ２０（４）： ６１ －６５
［２］陶星明， 劉光寧．關于混流式水輪機水力穩定性的幾點建
議［Ｊ］．大電機技術， ２００２（２）： ４０ －４４
４２

網友評論 more

機械安全論文最新內容

11-03