銅街子水電站12號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪室鋼板撕裂原因淺析及處理

易旭濤，嚴(yán)映峰

(國(guó)電大渡河公司龔嘴水力發(fā)電總廠，四川樂(lè)山 614900)

銅街子水電站12號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪室鋼板撕裂原因淺析及處理

易旭濤，嚴(yán)映峰

(國(guó)電大渡河公司龔嘴水力發(fā)電總廠，四川樂(lè)山 614900)

銅街子水電站位于樂(lè)山市境內(nèi)的大渡河干流上，電站設(shè)計(jì)安裝有4臺(tái)單機(jī)容量為150 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組。2012年，12號(hào)機(jī)組增容改造至175 MW。增容改造更換了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、支持蓋、轉(zhuǎn)子磁極、定子鐵芯、線棒等部件，但未對(duì)轉(zhuǎn)輪室進(jìn)行改造。增容改造后發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF175－68/12800、水輪機(jī)型號(hào)為ZZD642－LH－850。針對(duì)銅街子水電站12號(hào)機(jī)組檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)輪室鋼板撕裂問(wèn)題，淺析了其產(chǎn)生的原因，簡(jiǎn)單介紹了處理方法。

轉(zhuǎn)輪室;撕裂;原因;處理方法;銅街子水電站

1 概述

銅街子水電站12號(hào)機(jī)組于1993年6月正式投入運(yùn)行，額定出力150 MW，水輪機(jī)型號(hào)為ZZ440－LH－850。2012年5月12號(hào)機(jī)組完成增容改造，額定出力提高至175 MW，水輪機(jī)型號(hào)為ZZD642－LH－850，槳葉葉片數(shù)量為5片，葉片有裙邊。2012年7月12號(hào)機(jī)組在60～145 MW負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了較為明顯的渦帶撞擊聲，通過(guò)振擺在線監(jiān)測(cè)裝置歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)12號(hào)機(jī)組各監(jiān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)和擺度未見明顯上升，但頂蓋振動(dòng)5倍、10倍轉(zhuǎn)頻分量明顯。2013年2月12號(hào)機(jī)組渦帶撞擊聲負(fù)荷區(qū)域擴(kuò)大至60～165 MW。2013年3月12日，12號(hào)機(jī)組按計(jì)劃停機(jī)檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪室有大塊鋼板被撕裂，經(jīng)PT著色探傷發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪室鋼板、座環(huán)與轉(zhuǎn)輪室及尾水錐管與轉(zhuǎn)輪室之間的焊縫有多處裂紋(圖1、2)。

2 故障原因淺析

2.1 故障現(xiàn)象診斷

圖1 轉(zhuǎn)輪室撕裂鋼板

圖2 轉(zhuǎn)輪室與尾水管焊縫裂紋

2012年7月，我廠首次發(fā)現(xiàn)12號(hào)機(jī)組尾水管存在較為明顯的渦帶撞擊聲，針對(duì)此情況我廠進(jìn)行了認(rèn)真分析并聯(lián)系設(shè)計(jì)制造廠家來(lái)廠進(jìn)行試驗(yàn)，但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)機(jī)組各部振擺、壓力脈動(dòng)均正常，同時(shí)確認(rèn)渦帶撞擊聲頻率為5倍轉(zhuǎn)頻(槳葉葉片數(shù)量也為5片)。當(dāng)時(shí)懷疑產(chǎn)生渦帶撞擊聲的原因有兩個(gè):一是由于流道內(nèi)裝配上的機(jī)械問(wèn)題;二是由于改造水輪機(jī)葉片加裝了裙邊，機(jī)組在部分負(fù)荷區(qū)運(yùn)行時(shí)水流在葉片裙邊上產(chǎn)生的渦流造成的。

2.2 原因淺析

2013年3月，12號(hào)機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪室大塊鋼板被撕裂后，我廠同機(jī)組設(shè)計(jì)制造廠家進(jìn)行了多次討論，同時(shí)設(shè)計(jì)制造廠家組織水力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多個(gè)專家對(duì)銅街子水電站12號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪室鋼板撕裂問(wèn)題進(jìn)行了充分討論，分析認(rèn)為:12號(hào)機(jī)組的渦帶撞擊聲是由轉(zhuǎn)輪室局部破損造成的。12號(hào)機(jī)組已運(yùn)行20余年，轉(zhuǎn)輪室老混凝土收縮后與鋼板之間存在間隙，且大渡河中金剛砂含量較高，轉(zhuǎn)輪室在水流磨蝕和水壓力作用下局部焊縫處很可能出現(xiàn)微裂紋，微裂紋經(jīng)擴(kuò)散后導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪室出現(xiàn)局部破損，隨著破損面積加大，機(jī)組渦帶撞擊聲負(fù)荷區(qū)也隨之?dāng)U大。

3 處理情況

3.1 鋼板撕裂部分的處理

(1)混凝土澆筑。

首先將原來(lái)老的混凝土打掉，并保證老混凝土距轉(zhuǎn)輪室鋼板150 mm左右;然后在撕裂部分三個(gè)方格內(nèi)各焊接一個(gè)拉筋鋼板，用來(lái)連接新鋼板;然后在老混凝土上鉆孔，灌水泥砂漿，每個(gè)方格內(nèi)打入4根φ20的螺紋鋼，螺紋鋼打入深度在200 mm左右;最后澆筑高強(qiáng)度混凝土并需保證混凝土的平整度，為隨后安裝的新鋼板做好準(zhǔn)備。

(2)鋼板更換。

由于該段轉(zhuǎn)輪室的鋼板是一個(gè)φ8 508的圓環(huán)，需要成型壓制，我廠聯(lián)系制造廠家按撕裂部分加工了兩塊鋼板并打好破口。首先將成型鋼板吊裝到位進(jìn)行預(yù)裝，待預(yù)裝合格后點(diǎn)焊牢固，然后逐條焊接，控制好焊接工藝，注意消除應(yīng)力集中，防止產(chǎn)生氣孔和夾渣現(xiàn)象，然后通過(guò)塞焊孔將拉筋鋼板和轉(zhuǎn)輪室新鋼板連接牢固;最后對(duì)焊縫進(jìn)行鏟磨和超聲波探傷，檢查焊接質(zhì)量，對(duì)存在問(wèn)題的焊縫刨開重新焊接和探傷，直到質(zhì)量合格，新鋼板焊接后的情況見圖3。

(3)補(bǔ)強(qiáng)灌漿。

新鋼板焊接合格后從預(yù)留的灌漿孔進(jìn)行環(huán)氧補(bǔ)強(qiáng)灌漿，灌漿壓力為0.6 MPa左右，確保環(huán)氧樹脂膠將混凝土與鋼板之間的空隙填實(shí)。待環(huán)氧凝固后對(duì)轉(zhuǎn)輪室灌漿部位進(jìn)行錘擊法檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)還有空響的重新鉆孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿，確保所有部位填實(shí)。

3.2 其余部分裂紋的處理

圖3 新鋼板焊接后

轉(zhuǎn)輪室與尾水管、轉(zhuǎn)輪室與座環(huán)的焊縫裂紋較深，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，將其全部刨開，刨開深度為10 mm左右;對(duì)于其余存在裂紋的地方均全部刨開至裂紋根部，然后進(jìn)行焊接并做好焊接工藝控制，逐條施焊。焊接完畢，全部進(jìn)行了鏟磨(圖4)。

圖4 轉(zhuǎn)輪室與尾水管焊縫裂紋處理后

3.3 整體著色探傷

所有焊接工作結(jié)束后，再次對(duì)轉(zhuǎn)輪室進(jìn)行PT著色探傷，未發(fā)現(xiàn)新的裂紋，所有焊接部位未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣等現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

銅街子水電站12號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪室處理完畢于2013年4月8日正式投入運(yùn)行，機(jī)組各部位振擺、壓力脈動(dòng)正常，尾水管渦帶撞擊聲較大問(wèn)題得到了有效治理。簡(jiǎn)單介紹了銅街子水電站12號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪室鋼板撕裂的現(xiàn)象、診斷過(guò)程、原因分析及處理過(guò)程，對(duì)國(guó)內(nèi)同類型水輪發(fā)電機(jī)組具有一定的參考和借鑒價(jià)值。

［1］鄭源，鞠小明，程云山.水輪機(jī)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.

(責(zé)任編輯:李燕輝)

TV7;TV734;TV738

B

1001-2184(2013)增-0157-02

2013-07-11

易旭濤(1983-)，男，四川成都人，工程師，學(xué)士，從事水電站設(shè)備檢修、維護(hù)及技術(shù)管理工作;

嚴(yán)映峰(1968-)，男，四川資陽(yáng)人，副廠長(zhǎng)，工程師，從事水電廠技術(shù)及管理工作.