潘大文

（陜西石泉水力發(fā)電廠，陜西 石泉 725200）

在不吊轉(zhuǎn)輪情況下修復(fù)軸流轉(zhuǎn)槳式斷裂槳葉

潘大文

（陜西石泉水力發(fā)電廠，陜西 石泉 725200）

摘要：介紹分析了國電甘肅文縣柳園電站1號機組槳葉斷裂產(chǎn)生的原因，介紹了軸流轉(zhuǎn)槳式機組斷裂槳葉在轉(zhuǎn)輪不吊出轉(zhuǎn)輪室的情況下，在現(xiàn)場的處理辦法，并且實施后取得了良好的效果，為處理類似機組缺陷積累了經(jīng)驗，可供水電檢修單位借鑒。

關(guān)鍵詞：槳葉斷裂；修復(fù)；電弧氣刨；百分表

1　概況

國電甘肅柳園電站位于甘肅省文縣石坊鄉(xiāng)境內(nèi)的棗園壩至關(guān)家灣白水江中游河段，是白水江干流文縣河段規(guī)劃7座電站中的第三級電站。電站為低壩擋水徑流引水式電站，工程以發(fā)電為主，總裝機容量2.8萬kW（兩臺單機容量14MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機）,于2011年11月投產(chǎn)發(fā)電，年平均發(fā)電量1.52億kW·h，年平均利用小時數(shù)5 414 h，出線一回110 kW送出3 km至石坊變電站。其中水輪機參數(shù)如下：

水輪機型號：ZZ550-LJ-250；

設(shè)計水頭：30m；

設(shè)計流量：106.6m3/s；

額定轉(zhuǎn)速：300 r/min；

額定功率：14 000 kW；

槳葉數(shù)量：5片；

槳葉材質(zhì)：ZG0Cr13Ni5Mo。

2013年6月國電甘肅文縣柳園電站運行人員在巡回中發(fā)現(xiàn)1號機組運行時振動異常，遂組織檢修人員打開尾水人孔門檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)3號槳葉自葉片輪轂與樞軸部位延伸至槳葉葉片出水邊斷裂，其余4片槳葉根部均有裂紋，裂紋均自葉片輪轂與樞軸部位延伸。隨后聯(lián)系石泉電廠電力檢修公司進行檢修處理，到達生產(chǎn)現(xiàn)場后石泉電力檢修公司在轉(zhuǎn)輪不吊出轉(zhuǎn)輪室的情況下進行了槳葉修復(fù)處理，至今運行情況正常，現(xiàn)將處理情況介紹如下，以資交流。

2　槳葉斷裂情況簡介及原因分析

2013年6月初，接國電甘肅柳園電站1號機組槳葉斷裂通知，經(jīng)現(xiàn)場檢查，1號機組3號槳葉斷裂，該槳葉屬整體澆鑄而成，單張槳葉重達1 225 kg，進水邊厚度180mm，出水邊厚度6.8mm，槳葉進水邊至出水邊成弧形，其余4片槳葉也出現(xiàn)不同程度的裂紋，且裂紋細小，具有連續(xù)性，3號槳葉斷裂部位自葉片根部至葉片出水邊（見圖1），斷裂葉片沉入尾水，其余4片導(dǎo)葉均出現(xiàn)自葉片輪轂與樞軸部位延伸至槳葉葉片出水邊，該斷裂區(qū)域是槳葉葉片在鑄造時冷裂紋易發(fā)區(qū)，同時也是整個槳葉高應(yīng)力區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)，經(jīng)現(xiàn)場勘察，筆者認為該裂紋屬于鑄造時在內(nèi)部產(chǎn)生的冷裂紋，再者文縣柳園電站機組進水口攔污柵常被污物堵塞，機組進水口壓差較大，汛期更為嚴重，在這期間機組運行工況較差，另外由于1號機組調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計缺陷安裝遺留問題（1號機組控制環(huán)大耳環(huán)角度設(shè)計缺陷，實際大耳環(huán)與控制環(huán)角度與圖紙偏差6°，因此導(dǎo)致導(dǎo)葉接力器無法達到設(shè)計全行程），導(dǎo)致槳葉與導(dǎo)葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系不能處于最佳狀態(tài)，機組不能達到最優(yōu)工況，長時間處于震動區(qū)工況下運行，機組負荷只能帶到11.5MW，為了能使機組帶到額定負荷，達到較好的協(xié)聯(lián)關(guān)系，就要頻繁調(diào)整槳葉角度，這樣機組尾水管內(nèi)就會經(jīng)常產(chǎn)生渦流和真空，導(dǎo)致壓力脈動大幅增加，這樣，有先天缺陷和應(yīng)力集中的槳葉輪轂和樞軸受到的應(yīng)力作用就會加大，裂紋會擴展延伸，最終導(dǎo)致槳葉斷裂。

圖1　1號機組3號槳葉斷裂示意圖

3　處理方法

3.1前期準備工作

1）首先，落下1號機組進口檢修門、尾水門，打開蝸殼，尾水管盤型閥。

2）手動將槳葉打至全開，在轉(zhuǎn)輪室搭設(shè)檢修平臺，將斷裂槳葉打撈上來。

3）關(guān)閉調(diào)速系統(tǒng)總供油閥1103閥，將接力器鎖錠投入。

4）將槳葉操作油管開啟、關(guān)閉腔閥門關(guān)閉，受油器回油管與回油箱連通閥門關(guān)閉。

5）將轉(zhuǎn)輪輪轂油排油。

6）拆除槳葉葉片樞軸正、反向“λ型”密封（共計8道）。

3.2具體處理方法

1）先用丙酮將槳葉斷裂部位清洗干凈。

2）用電弧氣刨清除前，對斷裂槳葉的斷裂部位延伸到斷裂部位附近的200mm范圍內(nèi)，用氧氣乙炔火焰將其預(yù)熱至90℃。

3）用電弧氣刨將斷裂槳葉斷裂處從樞軸至出水邊方向清除，直到將葉片斷裂裂紋處清除干凈。

4）同時用電弧氣刨把葉片斷裂處正、反面修出焊接坡口。

5）電弧氣刨將斷裂部位完全清除后，用風(fēng)動砂輪機將斷裂槳葉坡口處的表面滲碳層進行打磨，并修磨坡口。

6）經(jīng)廠家PT無痕探傷確定斷裂處滲碳氧化層徹底清除干凈后準備焊接。

7）將斷裂槳葉與轉(zhuǎn)輪體、轉(zhuǎn)輪室之間加槽鋼支撐固定，處理過程中對照其余4片槳葉布置情況和圖紙要求，根據(jù)槳葉葉片型線、葉片與轉(zhuǎn)輪室之間的間隙值將斷裂槳葉和槳葉本體背部用3片20mm厚鋼板點固，同時在槳葉樞軸法蘭上取4個點，然后在槳葉進、出水邊取2點，作為槳葉的基準尺寸控制點，并測量其數(shù)據(jù)，作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（如圖2），測得焊前尺寸：A=630mm，B=400mm，C=700mm，D=650mm，同時在轉(zhuǎn)輪室槳葉進、出水邊焊接表架，架設(shè)百分表，監(jiān)視在焊接過程中葉片位移和變形情況。焊接過程中每隔15min復(fù)測一次數(shù)據(jù)，根據(jù)尺寸變化來調(diào)整焊接速度，待焊接、退火完成后，上述數(shù)據(jù)保持不變。

圖2　3號槳葉基準尺寸圖

8）焊接前，對槳葉葉片周圍環(huán)境溫度（轉(zhuǎn)輪室溫度）整體加溫至30～40℃，對斷裂槳葉葉片部位用氧氣乙炔火焰局部預(yù)熱，溫度控制在100℃左右，預(yù)熱溫度達到100℃后恒溫2 h后進行焊接。

9）由于槳葉葉片材質(zhì)為ZG0Cr13Ni5Mo，因此此次焊接焊條采用高塑性，韌性好的307不銹鋼焊條。由于焊縫較長，焊接時采用對稱分層、分段、退步焊接方法（詳見圖3），為避免由于焊接應(yīng)力集中引起的變形，每焊完一條焊縫必須把焊渣清理干凈，采用風(fēng)鏟錘擊消除應(yīng)力。焊接接頭需重疊40mm以上，并控制電流、焊接速度，保持方向一致。電流控制到140～180 A，焊接速度控制到15 cm/min，避免焊接電流、速度、方向造成的熱量集中引起的變形。

圖3　焊接層次走向圖

10）焊接完成后，將葉片用石棉布和被子包上保溫，去應(yīng)力退火，退火過程中溫度按照退火工藝曲線進行（如圖4所示）。

圖4　槳葉焊接退火曲線

11）清除葉片臨時支撐，檢查焊接葉片的變形情況，測量槳葉葉片基準尺寸A、B、C、D四個尺寸無變化，并磨去葉片背部支撐點。

12）焊后用風(fēng)動砂輪機將槳葉葉片順葉片型線修磨圓滑。

13）修后通過設(shè)備廠家PT無痕探傷檢查正常。

4　修后檢驗

1）修后通過測量焊前槳葉葉片基準尺寸A、B、C、D四個尺寸值無變化；槳葉葉片與轉(zhuǎn)輪室間隙符合要求，槳葉做滲漏試驗，槳葉密封處無滲漏。

2）修后開機試驗1號機組穩(wěn)定性良好，水導(dǎo)軸承擺度和機組軸向振動值均符合要求（見圖5）。槳葉修復(fù)后經(jīng)過近2年的運行情況正常，其間共經(jīng)歷了2次機組小修，均打開蝸殼人孔、尾水人孔門進行槳葉修復(fù)補焊區(qū)檢查，斷裂槳葉葉面補焊區(qū)表面正常無裂紋。

圖5　1號機組振動擺度值

5　與當(dāng)前國內(nèi)、外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場競爭力的比較

對比國內(nèi)、外同類技術(shù)，國內(nèi)大多數(shù)電廠檢修隊伍處理槳葉葉片裂紋時，通過在裂紋兩端打止裂孔方法進行焊接修復(fù)槳葉裂紋，在處理槳葉斷裂時一般采取起吊轉(zhuǎn)輪更換新槳葉的方法，但是采用不起吊轉(zhuǎn)輪修復(fù)斷裂槳葉在軸流轉(zhuǎn)槳式機組檢修領(lǐng)域尚屬空白，因為主要受限于斷裂槳葉需要焊接且焊縫較長，因此焊接過程中受到的焊接應(yīng)力導(dǎo)致的變形量，很容易造成槳葉葉片型線變形，同時也牽涉到焊接后葉片剛度、強度的問題，因此對焊接工藝要求較高，同時斷裂槳葉葉片焊接前的定位和焊接過程中的變形監(jiān)測也是一個難題。因此，較傳統(tǒng)檢修工藝起吊轉(zhuǎn)輪來更換槳葉葉片是一個新的突破。創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

6　結(jié)論

此套方案在轉(zhuǎn)輪室搭設(shè)腳手架現(xiàn)場施工，避免了起吊轉(zhuǎn)輪體一系列拆裝工作，較傳統(tǒng)修復(fù)斷裂槳葉近60 d工期縮短為45 d，為業(yè)主直接挽回資金近450萬，同時也節(jié)約了人工成本和簡化了檢修流程。國電甘肅柳園電站1號機組3號槳葉斷裂修復(fù)工作結(jié)束后經(jīng)過近2年的運行，在近2次小修期間檢修人員均將蝸殼門、尾水門打開，進入轉(zhuǎn)輪室檢查槳葉修復(fù)部位，經(jīng)檢查槳葉葉片修后焊接部位無異常。因此采用其轉(zhuǎn)輪不吊出轉(zhuǎn)輪室，在轉(zhuǎn)輪室搭建檢修平臺的現(xiàn)場處理辦法是成功的，為同類機組類似情況積累了一定經(jīng)驗，同時可供兄弟水電檢修單位借鑒。

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中圖分類號：TK730

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）06-0049-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.06.013

收稿日期：2015-04-05

作者簡介：潘大文（1988-），男，助理工程師，從事水輪機機械檢修維護工作。