駱國防，賴江波，鄧亞新

（1.上海明華電力技術(shù)工程有限公司，上海 200437；2.新安江水力發(fā)電廠，浙江 311600）

1 轉(zhuǎn)輪葉片存在嚴(yán)重裂紋

新安江水力發(fā)電廠是我國自己設(shè)計、自制設(shè)備、自己施工建設(shè)的第一座大型水力發(fā)電站。水電站流域面積為11 850km2，正常高水位下庫容為178.4億m3。廠內(nèi)裝有9臺混流式水電機(jī)組，原總裝機(jī)容量為662.5MW，增容后總裝機(jī)容量為810MW，短時出力可達(dá)855MW，多年平均發(fā)電量為18.6億kWh。主體工程于1957年4月開工，1960年4月首臺機(jī)組發(fā)電，1977年10月最后1臺機(jī)組投運。目前承擔(dān)華東電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)峰和事故備用任務(wù)。

9號水輪機(jī)改造前采用PO662轉(zhuǎn)輪，葉片為13個，轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑為4.10m，高為2.23m，是我國20世紀(jì)50年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)的，在1999年下半年A級檢修時進(jìn)行了改造。改造后的新轉(zhuǎn)輪采用鑄焊結(jié)構(gòu)，由不銹鋼葉片和不銹鋼鑄造上冠、下環(huán)組焊而成。葉片采用鋼板模壓，材料為抗氣蝕、抗腐蝕、抗磨損和焊接性能良好的X3Cr13Ni4，由美國福伊特水電約克工廠制造并供貨。上冠、下環(huán)材料為抗氣蝕、抗腐蝕、抗磨損和焊接性能良好G－X4Cr13Ni4不銹鋼鑄件。

2009年8月17日，俄羅斯薩揚一舒申斯克水電站發(fā)生特大安全事故，引起新安江水力發(fā)電廠的關(guān)注。根據(jù)國家電力監(jiān)管委員會安全生產(chǎn)2010年2號文：“結(jié)合設(shè)備消缺和檢修對易產(chǎn)生疲勞損傷的重要設(shè)備部件（如水輪機(jī)頂蓋緊固螺栓等）進(jìn)行無損探傷。對已存在損傷的設(shè)備部件要加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督，對已老化不能滿足安全生產(chǎn)要求的設(shè)備部件要及時進(jìn)行更換”這一精神，于2010年下半年對水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、螺栓、管道等重要設(shè)備和部件進(jìn)行了金屬監(jiān)督檢測。

在檢測過程中，發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪第6號葉片和第11號葉片存在嚴(yán)重裂紋，第11號葉片背面上部出水邊斷面裂紋已經(jīng)貫穿整個橫斷面，而且內(nèi)部損傷比較嚴(yán)重。

2 檢測情況

1）依據(jù)JB／T 4730.5—2005《承壓設(shè)備無損檢測第5部分：滲透檢測》Ⅰ級，合格。

2）檢測9號機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑為4.1m，高為2.23m，材料為G－X4Cr13Ni4，裂縫為26條，環(huán)境溫度為20℃，使用德國Pfinder滲透劑進(jìn)行噴涂，滲透15min，檢測靈敏度為3級（高靈敏度）。

3）2010年11月24日滲透檢測，發(fā)現(xiàn)9號機(jī)轉(zhuǎn)輪第6號和第11號葉片均有裂紋，如圖1和圖2所示。

3 裂縫原因分析

1）原因分析 通過查閱9號機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片在1999年下半年改造時的相關(guān)檢測資料及無損檢測報告，得知該葉片在焊后24h以后進(jìn)行過滲透檢測，檢測結(jié)果正常，也就是說，當(dāng)時沒有發(fā)現(xiàn)裂紋，初步判斷該裂紋是在運行過程中產(chǎn)生的。

這次檢測出9號機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片存在嚴(yán)重裂縫，推斷與葉片材料G－X4Cr13Ni4有關(guān)。首先，它是一種馬氏體不銹鋼組織，焊接時在熱影響區(qū)容易出現(xiàn)粗大晶粒，產(chǎn)生淬硬組織，其塑性、韌性比較差，容易產(chǎn)生裂紋；其次，水輪機(jī)發(fā)電時長期受到周期性水的沖擊作用，很容易產(chǎn)生疲勞裂紋。

圖1 6號葉片背部出水邊上端裂紋長35mm

4 裂紋處理

根據(jù)現(xiàn)場檢測工藝，在9號機(jī)11號葉片背部出水邊上端噴上顯像劑后，立即出現(xiàn)大面積的缺陷而且迅速擴(kuò)展，外表呈現(xiàn)開口小，內(nèi)部開口大，說明有一大空腔，里面滲入大量滲透劑。此類缺陷嚴(yán)重影響設(shè)備和機(jī)組的安全運行，必須立即進(jìn)行消缺處理。消除裂縫工藝分為5步。

1）鉆止延孔 在裂紋的兩端鉆止延孔，孔徑為5～7mm，孔深超過裂紋深度，以防裂紋繼續(xù)擴(kuò)展。

2）鏟坡口 用電弧氣刨沿裂紋長度鏟出坡口，坡口的形式視裂紋的位置、深度而定。對未穿透裂紋應(yīng)鏟到看不見裂紋為止，然后用薄砂輪片或扁鏟將坡口表面修整或磨去表面滲碳層。經(jīng)檢查確無裂紋后，才可進(jìn)行堆焊處理。

3）預(yù)熱 為減少裂紋焊接后應(yīng)力集中并改善焊縫的金相組織，焊接前應(yīng)作整體或局部預(yù)熱，整體預(yù)熱須吊出機(jī)坑，搭設(shè)保溫棚，用電爐或渦流法加熱。局部預(yù)熱則用氧—乙炔火焰在葉片表面與裂紋表面的背面沿裂紋方向來回移動均勻加熱。

4）焊接 使用不銹鋼焊條進(jìn)行焊接，也可用氬弧堆焊。焊接時力求熔深大，長焊縫應(yīng)采用分段退步焊接，大的裂紋應(yīng)采用鑲邊焊接，為消除焊接應(yīng)力并提高焊縫質(zhì)量，每焊一道應(yīng)徹底清理焊渣，并錘擊焊波至模糊不清以消除應(yīng)力，每焊一道錘擊一遍。焊完一遍后，應(yīng)仔細(xì)檢查有否氣孔，若發(fā)現(xiàn)氣孔應(yīng)檢查原因，并把焊縫鏟掉重焊，焊波搭接寬度不小于焊波寬度的1／3。倘若裂紋發(fā)生在汽蝕區(qū)內(nèi)，應(yīng)先處理裂紋，在表面加焊抗汽蝕層。裂紋在焊接后要保溫和緩冷，最后才用風(fēng)砂輪進(jìn)行表面修整。

5）驗收 按滲透檢測（PT）法進(jìn)行檢測，在確認(rèn)沒有缺陷后才算驗收合格。

5 結(jié)語

經(jīng)過現(xiàn)場為新安江水力電發(fā)廠機(jī)組檢測，消除了9號水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪第6號葉片和第11號葉片缺陷，保證了設(shè)備的安全運行。同時，建議繼續(xù)加強(qiáng)對9號機(jī)組運行的技術(shù)監(jiān)督，并在檢修時列為重點檢測對象，對其他機(jī)組在有條件時也應(yīng)及時進(jìn)行安全檢測。