軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室模塊化消缺技術(shù)研究

，(東方電氣東方電機(jī)有限公司，四川 德陽 618000)

0 引 言

軸流式水輪機(jī)組運(yùn)行多年后，轉(zhuǎn)輪室陸續(xù)出現(xiàn)了氣蝕、裂紋、局部脫落等缺陷，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行效率偏低，振動(dòng)及噪聲加大，水輪機(jī)過流部件磨損日趨嚴(yán)重，給機(jī)組帶來極大的安全隱患。對(duì)于水電站來說，除了分析缺陷成因外，還需考慮如何消缺，以最快的速度達(dá)到發(fā)電要求。但目前多數(shù)消缺方案進(jìn)行得不夠徹底，轉(zhuǎn)輪室短時(shí)間(幾年)運(yùn)行后又陸續(xù)出現(xiàn)類似缺陷，嚴(yán)重拖延電站檢修周期，影響機(jī)組運(yùn)行。

如何快速、徹底地消除轉(zhuǎn)輪室缺陷成為此論文的研究方向。結(jié)合某水電站A轉(zhuǎn)輪室消缺經(jīng)驗(yàn)，徹底解決轉(zhuǎn)輪室局部缺陷的問題。通過前期方案制定、型線測量和補(bǔ)償塊成型與加工的論述，完整地介紹了模塊消缺思路、前期準(zhǔn)備過程及后期消缺效果。引申至軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室球面整體更換方案的探討，提出了一種代替轉(zhuǎn)輪室整體更換的思路。

1 轉(zhuǎn)輪室模塊化消缺技術(shù)

1.1 轉(zhuǎn)輪室缺陷

水電站B為大型軸流式水輪機(jī)電站，其轉(zhuǎn)輪室設(shè)計(jì)為4瓣結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了總長約5 m裂紋性質(zhì)的缺陷，上下范圍約1.5 m，缺陷高度方向位置正好與葉片轉(zhuǎn)漿區(qū)域?qū)?yīng)；從圓周方向上看，缺陷基本上貫穿轉(zhuǎn)輪室整個(gè)1/4圓周。

1.2 轉(zhuǎn)輪室模塊化消缺技術(shù)

對(duì)于這種撕裂、層裂性質(zhì)的缺陷，從中間將缺陷直接磨開封焊的消缺方案不可行(后續(xù)補(bǔ)焊無法生根)。根據(jù)缺陷實(shí)際情況，借助模塊化的思路，提出了“補(bǔ)償塊”替換缺陷區(qū)域的消缺技術(shù)，即模塊化消缺。具體過程分為“測量-成型-加工-現(xiàn)場施工(裝焊、修磨、探傷及灌漿)”。

鋼板成型過程 成型后圖1 補(bǔ)償塊模壓成型

龍門鐵加工 鏜床加工圖2 補(bǔ)償塊加工

1.2.1 型線測量

缺陷發(fā)生在轉(zhuǎn)輪室球面位置，該球面曾進(jìn)行過修磨處理，與設(shè)計(jì)型線之間存在較大差異，這樣補(bǔ)償塊的型線就不能按照設(shè)計(jì)型線確定，必須現(xiàn)場測量。

為方便操作，節(jié)約測量時(shí)間，預(yù)先按照轉(zhuǎn)輪室理論型線制造一膠木樣板，以轉(zhuǎn)輪室上段圓柱面及“喉部”(即轉(zhuǎn)輪室直徑最小處)定位，按轉(zhuǎn)輪室實(shí)際型線修磨膠木樣板。樣板每次定位必須在轉(zhuǎn)輪室同一位置，并保證修磨后樣板與轉(zhuǎn)輪室過流面之間間隙小于給定值。

1.2.2 補(bǔ)償塊模壓成型

補(bǔ)償塊，即用于替換轉(zhuǎn)輪室缺陷區(qū)域、同轉(zhuǎn)輪室設(shè)計(jì)壁厚及實(shí)際型線一致的不銹鋼鋼板。用于補(bǔ)償塊成型的壓模制造非常關(guān)鍵，要求與轉(zhuǎn)輪室實(shí)際型線有較高的吻合度，成型質(zhì)量的好壞直接影響到葉片外圓與轉(zhuǎn)輪室之間的間隙值是否滿足運(yùn)行要求。因缺陷區(qū)域呈弧錐形，面積大，所以補(bǔ)償塊等分成5件，每件尺寸為1 200 mm×1 000 mm。每件補(bǔ)償塊成型都必須在同一狀態(tài)下進(jìn)行，同時(shí)采用輕質(zhì)檢查樣板跟蹤檢查，對(duì)于局部不合格的區(qū)域采取點(diǎn)壓的方式進(jìn)行補(bǔ)償，如圖1所示。

1.2.3 補(bǔ)償塊加工

補(bǔ)償塊加工主要指加工補(bǔ)償塊周邊坡口、塞焊槽、灌漿孔及焊接吊耳等。

為確保更為精確轉(zhuǎn)輪室型線位置度，應(yīng)先按樣板劃出補(bǔ)償塊成型的中心線，再確定四周坡口。不管后續(xù)采用劃線加工或數(shù)控加工，劃線工序都必不可少。坡口加工最好采用數(shù)控龍門銑進(jìn)行，整個(gè)過程需裝夾兩次；采用鏜床加工亦可，但共需裝夾4次，耗時(shí)相對(duì)較長。加工過程中，裝夾定位是關(guān)鍵，補(bǔ)償塊為空間曲面，定位基準(zhǔn)不易控制，既要保證裝夾牢固，防止加工過程中補(bǔ)償塊移位及劇烈抖動(dòng)，又要保證補(bǔ)償塊不因裝夾過度而產(chǎn)生變形，破壞型線，故需采用“頂壓”結(jié)合的方式裝夾，如圖2所示。

為保證補(bǔ)償塊裝焊到轉(zhuǎn)輪室本體后具有較高的強(qiáng)度，需在補(bǔ)償塊中間位置開設(shè)與原筋板拼焊的塞焊槽。塞焊槽與銑周邊坡口同時(shí)進(jìn)行，如圖2(右)所示。另外，在補(bǔ)償塊指定位置加工出φ30 mm的灌漿孔及通氣孔，方便壓力灌漿；焊接吊耳，方便電站起吊和安裝。

補(bǔ)償塊型線檢查

補(bǔ)償塊與轉(zhuǎn)輪室本體錯(cuò)牙

1.2.4 現(xiàn)場施工

補(bǔ)償塊運(yùn)輸?shù)诫娬?，由工程局?fù)責(zé)裝焊、探傷、修磨以及壓力灌漿。關(guān)于現(xiàn)場施工方面，已有文獻(xiàn)資料敘述得較為詳細(xì)，這里不再贅述。

2 轉(zhuǎn)輪室模塊化消缺技術(shù)的推廣與應(yīng)用

水電站A轉(zhuǎn)輪室曾在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)過多次裂紋及局部脫落的現(xiàn)象。針對(duì)脫落部位，仍采用模塊化消缺技術(shù)進(jìn)行了修復(fù)，雖然修復(fù)區(qū)域沒有水電站B大，但缺陷性質(zhì)一致。水電站A轉(zhuǎn)輪室消缺后機(jī)組運(yùn)行過程中的振動(dòng)、噪聲等均表現(xiàn)正常。

水電站B轉(zhuǎn)輪室雖沒有出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，但缺陷范圍極廣，消缺所替換的轉(zhuǎn)輪室區(qū)域成型后的鋼板重量達(dá)幾噸。因補(bǔ)償塊尺寸及過流面形狀嚴(yán)格按照現(xiàn)場精確測量的數(shù)據(jù)加工控制，施工過程中補(bǔ)償塊的安裝、焊接、型線、與原轉(zhuǎn)輪室本體接縫處的過渡等都達(dá)到了較高的要求，特別是接縫處的過渡，兩者型線相差甚微，過渡平滑自然，基本上不需要修磨，如圖3所示。

轉(zhuǎn)輪室模塊化消缺技術(shù)在水電站A、B的成功應(yīng)用，對(duì)轉(zhuǎn)輪室大面積缺陷及整體更換的問題提供了思路。軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室更換并不需要將整個(gè)轉(zhuǎn)輪室全部取出，新做一個(gè)轉(zhuǎn)輪室安裝上去，可借助模塊化消缺技術(shù)，將轉(zhuǎn)輪室分成若干模塊，分別針對(duì)單個(gè)模塊進(jìn)行局部割除和替換，最終達(dá)到轉(zhuǎn)輪室整體更換的目的。但在此消缺技術(shù)實(shí)施的過程中，除了必須按照相應(yīng)的安裝規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行外，還須要注意以下幾點(diǎn)：

1)需先確定好測量基準(zhǔn)。該基準(zhǔn)用于確定轉(zhuǎn)輪室中心線位置及測量整體更換后轉(zhuǎn)輪室實(shí)際型線是否符合要求。

2)補(bǔ)償塊與轉(zhuǎn)輪室空間尺寸的對(duì)接。現(xiàn)場割除轉(zhuǎn)輪室時(shí)尺寸控制相對(duì)困難，而補(bǔ)償塊尺寸控制相對(duì)容易。故補(bǔ)償塊周邊尺寸確定前需復(fù)核現(xiàn)場尺寸。

3)背部筋板的固定。新做的補(bǔ)償塊必須開設(shè)對(duì)應(yīng)的坡口和塞焊槽，在補(bǔ)償塊安裝后通過坡口和塞焊槽與背部的筋板焊接成一整體。

4)補(bǔ)償塊裝焊完成后進(jìn)行壓力灌漿，填實(shí)補(bǔ)償塊背部與混凝土之間的空隙。轉(zhuǎn)輪室產(chǎn)生裂紋跟脫空有很大關(guān)系，故在進(jìn)行壓力灌漿時(shí)必須確保實(shí)施到位，預(yù)防二次脫空。

3 結(jié) 語

整個(gè)模塊化消缺工藝實(shí)施過程，影響因素較多，效果卻超出預(yù)期，在空間尺寸連接、合縫過渡、安裝等方面都達(dá)到了較理想的狀態(tài)。該方案也為轉(zhuǎn)輪室大面積缺陷及整體更換提供了新思路，相對(duì)于重新制造和安裝轉(zhuǎn)輪室而言具有成本低、周期短、操作靈活等顯著特點(diǎn)。

[1] 杜杰，韓濤，向虹光. 銅街子電站轉(zhuǎn)輪室破損部位原因分析及處理措施[J].人民長江，2014，45(17)：57-59.