水輪機(jī)蝸殼延伸段漏水分析與處理

賈樹坡

摘 要：對某水電廠機(jī)組蝸殼延伸段漏水現(xiàn)象及原因進(jìn)行深入分析，通過對蝸殼焊縫進(jìn)行磁粉檢測、著色探傷檢測，采用內(nèi)窺鏡對頂蓋平壓管、頂蓋取水管內(nèi)部檢查，找到蝸殼延伸段漏水的原因并采取了應(yīng)對措施，對水輪發(fā)電機(jī)組的永久性管路安裝提出了敷設(shè)建議。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)蝸殼；滲漏；機(jī)坑里襯；彈性層

1 概述

在水輪機(jī)蝸殼外部與混泥土間設(shè)置有彈性層，由于各種原因?qū)е虏糠炙w滲入彈性層，該水流大部分會(huì)隨著蝸殼鼻端排水管順利排出，但部分會(huì)沿著蝸殼延伸段向水輪機(jī)來水方向流動(dòng)，最后滲出墻體，滲漏量較小時(shí)主要影響設(shè)備工作環(huán)境，造成墻面污染，影響美觀，當(dāng)滲漏水量大時(shí)將增加廠房滲漏水總量，使?jié)B漏排水系統(tǒng)工作負(fù)擔(dān)加大，直接影響廠用電和設(shè)備維護(hù)成本，嚴(yán)重時(shí)將危及機(jī)組和廠房安全。為查找某水電廠機(jī)組蝸殼延伸段漏水原因并找出解決措施，技術(shù)人員采用多種探測、檢測手段深入排查，找到了問題根源，針對漏水原因采取一系列補(bǔ)救措施，徹底解決了問題并對水輪發(fā)電機(jī)組敷設(shè)的暗管材質(zhì)、敷設(shè)方式提出了建議。

2 現(xiàn)象簡介

某水電廠2007年底投產(chǎn)，至2012年底發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)蝸殼延伸段存在滲水現(xiàn)象，起初表現(xiàn)為蝸殼延伸段與混泥土結(jié)合處出現(xiàn)滲水，墻體明顯潮濕，一周后地面開始有積水，但滲漏處未見呈噴射狀水流。在觀察中發(fā)現(xiàn)滲漏量呈增長趨勢，3個(gè)月后漏水量明顯增大，墻體出現(xiàn)明顯漏水，呈噴射狀，停機(jī)時(shí)漏水量減少，開機(jī)時(shí)漏水量變大，汛期庫水渾濁時(shí)滲漏水亦呈渾濁狀態(tài)，枯水季節(jié)水庫較清，滲漏水量也呈清澈狀態(tài)。為不影響設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，水工技術(shù)人員沿著蝸殼延伸段墻體開槽引水，集中引流，觀察2個(gè)月，漏水量基本趨于穩(wěn)定，此時(shí)測得漏水量達(dá)200L/h。種種跡象不得不讓人擔(dān)心蝸殼焊縫質(zhì)量出現(xiàn)問題，運(yùn)行中的機(jī)組安全性遭到了嚴(yán)重威脅，查找滲漏原因并盡快消除迫在眉睫。

3 漏水原因的分析

某水電廠采用HLA696-LJ-345混流式水輪機(jī)組，額定水頭102m，最大水頭117m，最小水頭75m，額定流量103.6m3/s。金屬蝸殼，包角345°，彎肘型尾水管，在水輪機(jī)頂蓋處設(shè)置有6根頂蓋減壓排水管，沿圓周方向?qū)ΨQ布置，各管道出口匯總至DN300的排水總管，排水總管出口設(shè)置三通閥，利用三通閥可以實(shí)現(xiàn)頂蓋排水供機(jī)組冷卻設(shè)備使用或者直接排至尾水管的功能，管道為普通鋼管，管道壁厚6mm，敷設(shè)方式為暗管敷設(shè)，其他6根支管在頂蓋上方存在1.2m明管段。

為查明漏水原因，2014年檢修期間委托技術(shù)服務(wù)公司對該水輪機(jī)尾水管、蝸殼等部位進(jìn)行了全面檢測，其中對蝸殼壁厚進(jìn)行超聲波檢測，測試部位厚度值均勻，對蝸殼鼻端、蝸殼上下蝶形邊焊縫及其他關(guān)鍵焊縫采用了磁粉探傷檢測、滲透檢測，焊縫未見裂痕，除局部防腐涂層脫落外其余未見異常，對尾水管里襯進(jìn)行滲透檢測及厚度檢驗(yàn)，檢測區(qū)域內(nèi)測點(diǎn)厚度值均勻，未發(fā)現(xiàn)異常，結(jié)果證明蝸殼焊縫良好，不存在漏水可能，由此排除了因?yàn)槲仛ず缚p裂紋導(dǎo)致漏水的原因，技術(shù)人員不得不將排查重點(diǎn)轉(zhuǎn)向埋設(shè)在蝸殼上方的管路。查閱設(shè)計(jì)圖紙后發(fā)現(xiàn)6根頂蓋減壓排水管進(jìn)入?yún)R流總管前有法蘭連接，可拆卸，于是檢修人員將頂蓋減壓排水管明管段全部拆卸，技術(shù)檢測人員采用內(nèi)窺鏡對管道壁進(jìn)行檢測，該探測設(shè)備探頭可深入管道內(nèi)3m，通過檢查發(fā)現(xiàn)其中3根頂蓋減壓排水管暗管段存在腐蝕現(xiàn)象，最大腐蝕面積約8*12mm，該處管壁已完全脫落，水流直接沖刷混泥土，受損位置距離水車室基坑里襯300-450mm間。通過查找圖紙資料發(fā)現(xiàn)：（1）6根頂蓋減壓排水管自頂蓋頂部垂直方向而出，穿過水輪機(jī)機(jī)坑里襯，經(jīng)過厚厚的混泥土到達(dá)尾水管。（2）機(jī)坑里襯焊接于蝸殼上鏜口，與鋼筋混泥土澆筑嚴(yán)密。（3）蝸殼及其延伸段上半圓表面鋪設(shè)了一層彈性墊層。主要目的是人為增大蝸殼與混凝土之間的縫隙，使內(nèi)水壓力先由蝸殼獨(dú)自承擔(dān)，當(dāng)管內(nèi)水壓力達(dá)到一定值后，蝸殼產(chǎn)生膨脹壓縮墊層，再由墊層將一定的壓力傳遞到外包鋼筋混凝土中，盡可能改善蝸殼周圍混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，提高其抗裂安全度。

結(jié)合資料及漏水現(xiàn)象分析，一方面由于管道受損點(diǎn)正處于距離機(jī)坑里襯向混泥土內(nèi)300-450mm段，經(jīng)過長期沖刷和腐蝕后管道壁破損，在壓力作用下水流沿著受損管道向來水方向滲漏，遇到機(jī)坑里襯后順著機(jī)坑里襯流向蝸殼，由于蝸殼及蝸殼延伸段彈性層的存在，水流將繼續(xù)沿著彈性層的間隙流動(dòng)，最終漏出墻體，形成蝸殼延伸段滲漏。另一方面由于頂蓋減壓排水管是排出頂蓋與轉(zhuǎn)輪間有限腔體的壓力水，以達(dá)到減少水輪機(jī)軸向水推力的作用，當(dāng)機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)水輪機(jī)導(dǎo)葉全關(guān)，水源被阻隔，導(dǎo)葉微小的漏水量在頂蓋減壓排水管處的水壓力甚小，不足以直接穿過蝸殼彈性層，當(dāng)機(jī)組開機(jī)后水輪機(jī)導(dǎo)葉打開，高達(dá)1.17MPa的水壓經(jīng)過上止漏環(huán)，途徑頂蓋和頂蓋減壓排水管，在壓力的作用下水流從管道破損口沿著機(jī)坑里襯、蝸殼、蝸殼延伸段漏出，最終形成了噴射狀漏水，這一點(diǎn)正好與機(jī)組開啟時(shí)漏水量大，停機(jī)時(shí)漏水量小的現(xiàn)象相吻合，證明漏點(diǎn)已找到。為徹底消除漏點(diǎn)，技術(shù)人員可謂絞盡腦汁，因?yàn)槭軗p管道為暗管，掩埋深度1.4m，且該部位空間狹小，管路交錯(cuò)復(fù)雜，更換受損管道已然不可行，唯一的辦法只有設(shè)法修復(fù)破損管道。首先，為掌握受損管路壁厚狀況，技術(shù)人員通過超聲波測壁厚的方法檢測了可觸及管段的壁厚，測量結(jié)果表明除已存在破損的部位外其他壁厚接近于5mm，仍然能承受一定壓力。通過分析，最終決定按以下步驟處理：（1）對原管道內(nèi)部烘干、除銹，使其露出金屬表面。（2）重新截取長度460mm，管道壁厚與設(shè)計(jì)一致、外徑與原管路內(nèi)徑相匹配的鋼管，其外部除銹露出金屬表面。（3）在原管道內(nèi)壁及新截取管段外壁均涂抹TS2111金屬修補(bǔ)劑，待金屬修補(bǔ)劑初步凝固但未硬化前把新截取的管段套入原管道內(nèi)，雙層管道間的間隙繼續(xù)使用金屬修補(bǔ)劑壓入填實(shí)，通過24小時(shí)觀察鋼管結(jié)合緊密后對管道回裝并對蝸殼充水未發(fā)現(xiàn)滲漏，開機(jī)后蝸殼延伸段墻體無滲水，通過1年運(yùn)行觀察，該現(xiàn)象未再現(xiàn)，缺陷消除。

4 漏水的防范措施

為確保機(jī)組在運(yùn)行過程中的安全性，應(yīng)當(dāng)從以下方面嚴(yán)加控制與預(yù)防：（1）良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝工藝設(shè)計(jì)能夠使設(shè)備更好地工作，提高其工作的可靠性。（2）施工過程中嚴(yán)格控制水輪機(jī)埋入部件的澆筑工藝，保證蝸殼和混泥土間無空穴。（3）做好蝸殼和水輪機(jī)輔助管道內(nèi)壁防腐措施。（4）定期對蝸殼內(nèi)部檢查、對焊縫檢測十分必要，大修或者必要時(shí)應(yīng)對對蝸殼焊縫做更全面的檢測，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，盡早處理。（5）蝸殼安裝過程中應(yīng)當(dāng)按照安裝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，焊縫進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)檢測，焊接過程中嚴(yán)格遵循焊接工藝，在焊接部位不得出現(xiàn)明顯凹凸現(xiàn)象，否則將增大管道過流時(shí)在凹凸處沖刷和氣蝕的現(xiàn)象，從而加速過流部位的損壞。（6）建議采用不銹鋼管，其抗氣蝕和沖刷能力強(qiáng)，有利于延長管道壽命。

承壓管道、水輪機(jī)預(yù)埋件的安全與否直接關(guān)乎水力發(fā)電廠的安全問題，倘若不從設(shè)計(jì)源頭抓起、不從安裝質(zhì)量抓起，那么必定會(huì)給安全運(yùn)行工作帶來極大的安全隱患，俄羅斯薩揚(yáng)舒申斯克水電站事故足以見證水電站引水系統(tǒng)失控的嚴(yán)重后果，所以必須從設(shè)計(jì)源頭抓起，在運(yùn)行過程中加強(qiáng)巡檢，在缺陷排查過程中必須對照設(shè)備圖紙資料加以分析，在檢修過程中通過各種技術(shù)手段對蝸殼進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并給予消除。