某水電站3#機組轉(zhuǎn)輪室裂縫處理方案探討

趙偉民

（中國水利水電第七工程局有限公司機電安裝分局，四川 彭山 620860）

沙灣水電站3#水輪發(fā)電機組2009年11月18日投產(chǎn)發(fā)電，在隨后的運行中發(fā)現(xiàn)，3#機組的振動擺度越來越大，已經(jīng)遠遠大于機組安全運行允許的擺度范圍，必須停機大修查找原因，2016年1月30日，3#水輪機蝸殼檢查時發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)輪室壁不銹鋼板上有3 條裂縫。引起機組振動擺度加大的原因很多，其中轉(zhuǎn)輪室裂紋是其中一個方面，轉(zhuǎn)輪室是機組重要的過流部件，轉(zhuǎn)輪室裂紋直接影響整機運行安全，必須處理。

1 缺陷概述

沙灣水電站3#水輪發(fā)電機組2009年11月18日投產(chǎn)發(fā)電，3#水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)輪室和基礎環(huán)為鋼板焊接分瓣結(jié)構，轉(zhuǎn)輪室過流面采用不銹鋼板模壓成型，不銹鋼板厚度35mm，轉(zhuǎn)輪室高2.645m，分為上、中、下三個環(huán)，轉(zhuǎn)輪與轉(zhuǎn)輪室間隙8.5mm，轉(zhuǎn)輪室與基礎環(huán)通過M72 螺栓把合，外圓設有預緊裝置，可調(diào)整其圓度和緊固用。2016年1月30日，3 號水輪機蝸殼檢查時發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)輪室壁不銹鋼板上有4 條裂縫，第1 條裂縫位于轉(zhuǎn)輪室-X 偏+Y 方向，第2 條、3 條裂縫位于轉(zhuǎn)輪室-X 偏+Y 方向，裂縫位于轉(zhuǎn)輪安裝中心線以下1m左右區(qū)域。第1 條裂縫長0.39m，現(xiàn)場使用榔頭敲打空響區(qū)域長約為1.10m，寬約為0.80m，空響面積預估為0.88m2。第2 條裂縫長約為2.65m，第3 條裂縫在第2 條裂縫下方，裂縫長約為1.11m，現(xiàn)場使用榔頭敲打第2、3 條裂縫空響區(qū)域長約為5.10m，寬約為0.90m，空響面積預估為4.59m2。第4 條裂縫在第1 條裂縫旁邊，裂縫長約為0.6m。

2 擬定的處理措施

（1）割除3＃機轉(zhuǎn)輪室裂紋區(qū)域（補償塊區(qū)域），面積約4900mm×1270mm。

（2）將東方電機廠家重新壓制的5 塊補償塊安裝就位并焊接（包括背面的環(huán)筋及立筋）。

（3）補償塊及補償塊區(qū)域左側(cè)1480×613 范圍的局部空心區(qū)域進行接觸灌漿（圖1 補償塊及空心區(qū)域位置）。

3 處理過程

3.1 轉(zhuǎn)輪室里襯切割

（1）割轉(zhuǎn)輪室補償塊區(qū)域。用打樣沖眼的方式標出處理區(qū)域即補償塊區(qū)域，采用碳弧氣刨吹刨的方式的割除洋沖標識的“補償塊區(qū)域”，標識“空心區(qū)域”部位不割除。轉(zhuǎn)輪室割除后四周應吹刨或打磨平滑，并且割除后的區(qū)域應嚴格按照沖眼標定區(qū)域。割除前需在割除區(qū)域，分4～5 個區(qū)域進行吹刨，每個吹刨區(qū)域都應預先焊接吊耳，保證施工安全。特別要求：（1）補償塊區(qū)域割除完成后，現(xiàn)場測量復核區(qū)域范圍。（2）吹刨前鉚工劃線，預留5～7mm 打磨量。吹刨后，坡口打磨平齊，以便于補償塊的安裝。①鑿混凝土。轉(zhuǎn)輪室割除后，必須鑿掉部分混凝土（補償塊厚度40），以滿足補償塊裝配高度。鑿去混凝土后，混凝土最高點距離相應轉(zhuǎn)輪室過流面距離不低于40。②鑿加強筋溝槽。加強筋分為上筋板和下筋板，如圖2 所示，用作補償塊支撐，材料：30 鋼Q235，高度分別為683、573，分別焊接與轉(zhuǎn)輪室環(huán)筋板之間，上、下筋板各6 件，其中各4 件分別位于補償塊之間，與補償塊軸向焊縫對齊，兩件分別位于3850×1270 區(qū)域的左右兩端，在焊接補償塊時與原轉(zhuǎn)輪室一起封焊。故加強筋溝槽位置必須按照補償塊周向方向的尺寸進行。加強筋平面圖如圖3 所示。

圖2

圖3 立筋位置布置圖

3.2 更換里襯的裝配

（1）立筋安裝。將12 塊立筋按照圖示三的位置焊接就位，兩端分別與環(huán)筋1、環(huán)筋2、環(huán)筋3 焊接。

（2）立筋、環(huán)筋焊接。焊縫采用角焊縫固定，角焊縫大小15～20。

（3）為了保證新裝里襯與轉(zhuǎn)輪室弧度一致，分別將5 塊分塊補償塊吊入安裝位置，利用廠家提供的樣板調(diào)整里襯位置。用砂輪機打磨補償塊突出部分，反復幾次，直至樣板曲線與補償塊弧線貼合，說明補償塊與原轉(zhuǎn)輪室弧度基本一致。

3.3 里襯的焊接

分塊里襯位置調(diào)整好后，采用點焊的方式固定，采用手工焊電弧焊進行封焊及塞焊，焊接部位進行PT+UT 探傷。為保證焊接質(zhì)量，焊接前應進行預熱，方法如下：

（1）采用電加熱的方法進行預熱。預熱范圍為焊縫兩側(cè)100mm，預熱溫度至少為80～100℃。

（2）轉(zhuǎn)輪室母材為0Cr13Ni4Mo；焊接材料為：E309L-16和E316L-15，焊接過程中層間溫度不能超過180℃。

（3）采用多段多層的焊接工藝，將封閉焊縫分為約300mm 數(shù)段，各段的焊接順序按均勻?qū)ΨQ的原則施焊，為降低焊縫焊接應力，每層焊接完畢后立即用風鏟進行消應處理。

（4）焊接順序圖如圖4：焊接按照①②③④⑤⑥⑦⑧進行，先中間垂直焊縫，再上下水平焊縫，最后兩端的垂直焊縫。

（5）每條焊縫的焊接順序按照圖示1、2、3步驟進行。

（6）打磨。打磨焊縫及按照型線樣板打磨過流面。

圖4 焊接順序圖

3.4 灌漿

焊接完成后須對轉(zhuǎn)輪室鋼板里襯混凝土進行灌漿,以保證鋼板與混凝土形成整體。

（1）布孔。灌漿孔的位置在現(xiàn)場經(jīng)錘擊檢查確定,補償塊處低處孔為灌漿孔布置5 個；高處為排氣孔布置5 個；開孔直徑均為Φ30。

（2）鉆孔。每塊補償塊確定下邊兩個和中間一個為灌漿孔，上面兩個為排氣口，灌漿孔和排氣口呈梅花狀布置，開孔直徑均為Φ30。

（3）灌漿壓力必須以控制鋼襯變形不超過設計規(guī)定值為準，可根據(jù)鋼襯的形狀、厚薄、脫空面積的大小以及脫空的程度等情況確定。其灌漿壓力為0.6MPa。

（4）漿液水灰比可采用0.8、0.6 兩個比級，灌漿水泥采用P.O42.5。

（5）灌漿應自低處孔開始，并在灌漿過程中敲擊震動鋼襯，待各高處孔分別排出濃漿后，依次將其孔口閥門關閉，同時應記錄各孔排出的漿量和濃度。

（6）在壓力達到0.6Mpa 下灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌注5min，即可結(jié)束灌漿。

（7）如一次灌漿未能滿足設計要求，可采取復灌的措施進行處理，復灌在一次灌漿結(jié)束后48 小時后才能進行。

（8）灌漿結(jié)束后應用絲堵加焊或焊補法封孔，孔口用砂輪磨平。

（9）在灌漿工程質(zhì)量檢查在灌漿結(jié)束7d 后進行，采用敲擊法或其他方法，鋼板脫空范圍和程度應滿足設計要求。

4 結(jié)語

3#機組轉(zhuǎn)輪室經(jīng)過裂紋部分刨除、重新安裝里襯瓦片，焊接打磨使新安裝的里襯與原轉(zhuǎn)輪室平滑過渡，最后進行接觸灌漿，保證新安裝里襯與原基礎混凝土緊密接觸，運行三年以來，檢查3#機轉(zhuǎn)輪室狀態(tài)良好，實踐證明這種方法是可靠的，為今后水電站同類問題的處理提供借鑒。