新疆吉林臺二級水電站一號機組尾水管里襯破損處理分析

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 伊犁 835400)

2017年3月，吉林臺二級水電站一號機組進行停水A級檢修，檢修人員進入尾水管中發(fā)現(xiàn)底部有8m2左右鋼板脫落，混凝土形成一個14～30cm深的沖刷坑。尾水管鋼板里襯鋼板厚12mm，材質(zhì)為Q235B CHE422，采用焊條焊接。

1 工程概況

吉林臺二級水電站總庫容407.3萬m3，調(diào)節(jié)庫容345.9m3，最大壩高33.80m。為伊犁喀什河流域梯級開發(fā)的第十一級,共安裝兩臺立軸混流懸吊式水輪發(fā)電機組,裝機總?cè)萘?×25MW,額定水頭39.50m,

額定轉(zhuǎn)速187.50r/min。水輪機型號為HLA551C-LJ-291,額定出力25.91MW；發(fā)電機型號為SF25-32/6000,額定容量25MW，年發(fā)電量2.93億kW·h。

尾水管里襯是水輪機最下部的部件，常用鋼板卷焊成型，上面設(shè)有進人孔、蝸殼排水管和測壓管。埋入混凝土中的部件是將來不可拆除的部件，包括尾水管里襯、座環(huán)、蝸殼、基礎(chǔ)環(huán)、轉(zhuǎn)輪室、埋設(shè)管路等。尾水管是水輪機所特有的部件，尾水管的性能直接影響水輪機的性能和效率，它的作用是將轉(zhuǎn)輪出口處的水流引向河床。

尾水管施工質(zhì)量的好壞直接影響到尾水管的長期安全運行。里襯鋼板底部回填灌漿不滿將造成鋼板底部較大面積脫空，混凝土、砂漿強度低以及灌漿孔封焊質(zhì)量差等在尾水管長期運行過程中都有可能導(dǎo)致里襯鋼板的破壞。

2 尾水管里襯破損原因分析

2.1 初建施工質(zhì)量的影響

尾水管在混凝土澆筑時，由于振搗不到位，質(zhì)量檢查不夠細致，混凝土填充不充分，在混凝土內(nèi)部、混凝土與尾水管里襯之間形成了部分空腔?？展牡奈菜鼙跓o法承受水流的脈動壓力，導(dǎo)致機組尾水管基礎(chǔ)環(huán)、補償段鋼板大面積脫落和出現(xiàn)部分裂紋等問題。

2.2 焊接工藝和焊接質(zhì)量的缺陷

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，尾水管里襯鋼板在焊接時只完成了里襯鋼板與鋼板之間的橫向?qū)庸ぷ?，而對里襯鋼板與尾水管預(yù)埋橫、豎加強筋的縱向焊接只實施了部分點焊或花焊。機組運行過程中受交變應(yīng)力影響，尾水管內(nèi)的旋轉(zhuǎn)渦帶周期性地撞擊尾水管壁，導(dǎo)致尾水管里襯鋼板與預(yù)埋在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的橫、豎加強筋剝離，加大了混凝土與里襯鋼板之間的空腔間隙，在流態(tài)最不利部位的鋼板由于疲勞產(chǎn)生裂縫，里襯鋼板脫空區(qū)與裂縫處形成了過水通道，加大了鋼板的脫空面積和脫空長度；在過流正壓力、負壓力和脈動壓力的長時間作用下，強大的水流脈動壓力及水流旋轉(zhuǎn)渦帶的沖擊導(dǎo)致裂縫進一步延伸，直至鋼板翻卷破壞。

2.3 機組的不合理運行方式

水輪機尾水管補氣方式和機組運行方式造成機組運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，機組運行過程中，由于運行工況不同，其運行穩(wěn)定性差別很大。即使是制造質(zhì)量合格的機組，長期在惡劣的工況下運行也會造成損壞，不僅尾水錐管會出現(xiàn)裂紋，轉(zhuǎn)輪葉片也會出現(xiàn)裂紋，影響機組穩(wěn)定運行。

3 處理措施

3.1 處理前準備工作

落下尾水檢修門，蝸殼內(nèi)流水管先由壓力鋼管閘門控制，如控制不了采取使用PVC管或鋼管接出流水?？刂坪盟魅胛菜仛さ撞渴侵步詈凸酀{的關(guān)鍵工序。植筋灌漿期間一旦有水進入則前功盡棄。

設(shè)置圍堰，抽出殘留蝸殼內(nèi)積水，做好排風(fēng)措施，派專業(yè)人員進入蝸殼敲擊其他部位查看有無空鼓現(xiàn)象，如有則一并處理。為了便于施工將其切割成矩形，利用風(fēng)鎬將混凝土鑿至最深沖刷部位平齊，清理打掃干凈現(xiàn)場，臨時安裝兩臺電熱風(fēng)機以便加溫除濕，做好鉆孔植筋準備。

根據(jù)能夠進人蝸殼內(nèi)鋼板尺寸及現(xiàn)場尺寸繪制好植筋圖，要求梅花形布置。鉆孔植入長度150cm的φ32螺紋鋼或螺栓。

3.2 混凝土脫落處理

結(jié)合吉林臺二級水電站尾水管里襯鋼板灌漿實際情況，采用Res·con Epoxy BI/BI—IMP低稠度環(huán)氧樹脂作為灌漿材料；在混凝土襯砌背面進行接縫灌漿；對混凝土澆注口進行冷接縫灌漿；進行結(jié)構(gòu)裂縫灌漿。化學(xué)灌漿配比3∶2∶1。

專業(yè)植筋人員必須保證每個植筋灌漿飽滿，在時間允許情況下，最好做完拉拔實驗再進行鋼板焊接。

3.3 里襯鋼板焊接修復(fù)

采用焊接新鋼板的辦法進行處理，將尾水管空鼓處和里襯鋼板被剝離部分用碳弧氣刨刨掉拆除，形成規(guī)則矩形。根據(jù)現(xiàn)場尺寸最大限度將鋼板運至蝸殼內(nèi)，按照植筋實際尺寸及直徑將鋼板開成喇叭孔，以便鋼板和鋼筋塞焊。鋼板四邊開相應(yīng)坡口，根據(jù)現(xiàn)場尺寸編號預(yù)制拼接鋼板，各塊鋼板組合焊接時，采用火焰加熱法進行預(yù)熱，預(yù)熱范圍為焊縫兩側(cè)100mm，預(yù)熱溫度至少為40℃，焊接工藝為單面焊雙面成型，必要時需采用氬弧焊打底。尾水管母材為Q235B,橫向焊縫應(yīng)錯開，不能形成斷縫。焊接后所有焊縫用砂輪機打磨，使修補焊縫與母材光滑過渡，粗糙度為 Ra3.2，確保鋼板焊接后基礎(chǔ)環(huán)及補償段保持原有線形，焊縫無裂紋。

3.4 空洞灌漿填充

根據(jù)尾水管里襯需灌漿部位確定灌漿孔及排氣孔位置，在每塊焊接鋼板處設(shè)置 1個灌漿孔、1個排氣孔，當(dāng)補焊鋼板面積較大時，根據(jù)情況設(shè)置 2組或多組灌漿孔及排氣孔，灌漿孔直徑為200mm，透氣孔直徑為100mm。灌漿孔設(shè)置在最底端，排氣孔設(shè)置在最高處，保證灌漿處空氣能順利地排出，提高灌漿的密實性。然后選定位置開孔，安裝灌漿管及排氣管，每個灌漿管及排氣管均設(shè)置閥門。

灌漿過程中如果出現(xiàn)漏漿、串漿、冒漿等現(xiàn)象，必須用間歇法處理或調(diào)整催化劑比例或提前終結(jié)灌漿，如果發(fā)現(xiàn)零星漏漿現(xiàn)象，可用瞬間堵漏膠進行緊急處理，處理合格后再進行補灌。灌漿完成后保養(yǎng) 48h，確保漿體凝固后進行驗收。

4 處理效果檢測

通過通氣或超聲波檢查灌漿管、排氣管的通氣情況及裂縫的修補情況；打開灌漿管及排氣管閥門，采用空壓機或其他氣源對灌漿管進行通氣，確保管口能良好地通氣；關(guān)閉排氣孔閥門，對灌漿孔進行通氣加壓，以檢查需灌漿部位的密封情況，確保閥門有良好的密封性及鋼襯面無其他裂縫。

設(shè)備安裝及材料配置：首先進行灌漿機及輸漿管安裝，并通水試驗。試驗合格后進行灌漿材料配置；對里襯鋼板進行全面敲擊檢查，查找存在脫空部位。

處理后經(jīng)過探傷檢查，焊接作業(yè)完成后通過超聲波探傷檢查，均未發(fā)現(xiàn)裂紋、夾渣等缺陷，機組安全運行至今，未發(fā)現(xiàn)任何異常。

5 結(jié) 語

機組避開振動區(qū)運行，是避免水輪機及尾水管產(chǎn)生裂紋行之有效的方法，特別是避開尾水管真空度較大的負荷區(qū)運行，是改善機組運行狀況、避免缺陷再次發(fā)生的行之有效的措施之一。

運行單位應(yīng)根據(jù)機組目前的運行特點，避免在超負荷或低負荷段運行，保持在設(shè)計負荷區(qū)間運行，盡量使機組在最優(yōu)工況下運行，提高機組運行的效率，保證機組健康運行。