技术论文《石泉电厂3#水轮机汽蚀、裂纹产生的原因分析及处理》.docVIP

技 术 论 文 （石泉电厂3#水轮机汽蚀、裂纹 产生的原因分析及处理） 单 位：大唐石泉水力发电厂 姓 名：李亮 时 间：二0一0年七月 石泉电厂3#水轮机汽蚀、裂纹 产生的原因分析及处理 李 亮 （大唐石泉水力发电厂，陕西 石泉 725200） [摘要]：石泉电厂装有3台46.4MW机组。 水轮机型号为HL123—HL—4100, 额定工作水头39.00m。最低水头26.00 m，设计流量138.5,安装高程▽360.508m，吸出高度-0.8 m。3#机组已于1973年投产发电,1975年2月-1975年3机组第一次大修，检查发现叶片汽蚀轻微，汽蚀平均深度2mm, 汽蚀最大深度8mm。1978年12月机组第二次大修，检查发现转轮1#、3#、4#、5#、7#、8#、11#、13#、14#叶片背面均有不同程度的汽蚀产生。转轮叶片背面与下环结合处除13#、14#叶片外均有较严重的汽蚀产生。转轮上冠4#-5#、11#-12#和13#-14#叶片间均有汽蚀产生。尾水管里衬汽蚀严重；1984年11月-1985年1月机组第三次大修检查发现转轮叶片背面根部均有汽蚀。14个叶片出水边下环流道均产生汽蚀，9#最为严重。转轮汽蚀总面积达1.72，尾水管凑合节从凑合节以下270 mm宽一周汽蚀严重，深度在5mm-9mm左右，汽蚀总面积达3.22。 [关键词]：水轮机;气蚀;裂纹;分析;检修质量 一. 水轮机汽蚀、裂纹产生的原因分析 1.汽蚀的成因 一般自然水中含有一定量的空气，大大降低了水的体积强度。水流在水轮机中运动，存在某些高速低压区，当该区域水流压力降低到当时水温下的汽化压力Po时，则产生大量气泡。这些气泡被带到相对的低压高速区时开始被压缩、凝聚以致迅速破裂。气泡破裂形成高速射流，当气泡半径缩小到原半径的1/50时，该射流速度接近水中音速。因而产生局部的巨大冲击力（即所谓的水锤压力，可达数百甚至上千个大气压）。然后被强烈碰撞的水质点又急剧的向相反方向扩散，从而造成该处气泡压力又急剧降低（亦称负水锤压力）。形成周期性压力脉动。这种微观射流冲击伴随着水流质点对发生汽蚀部位的金属表面不断的压入和吸出，使该部位金属表面发生微观塑变和材料疲劳。造成金属结晶颗粒脱落。当汽蚀反复作用在同一部位时，就会造成金属表面变暗、粗糙，出现蜂窝以致穿孔或断裂等现象。这是造成水轮机汽蚀破坏的主要原因。同时，汽蚀过程中气泡被压缩、高速冲击、金属表面的微观塑变产生局部高温氧化、电解作用也加速了汽蚀破坏的进程。 2，转轮叶片裂纹产生原因分析 石泉电厂水轮机转轮的裂纹多产生于叶片进水边头部、背面及叶 片与上冠连结处等区域，且在转轮运行多年以后才产生，应是疲劳所致裂纹。检测区气孔、缩孔多，大多来自于铸造方面的原因。有些裂纹产生于气孔、缩孔处并向两侧延伸发展。 金属材料的疲劳破坏有一个材料在交变载荷作用下的逐渐累积损 伤，产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直至最后的破坏过程。大多数机械和其它工程结构在使用过程中都承受交变载荷的作用。据统计，约有50-90%的机械结构破坏是由疲劳损伤引起的。疲劳破坏由于通常没有明显的宏观塑性变形，因而常常出现突然断裂，造成很大的危害和经济损失。疲劳破坏主要可分为两个阶段，即裂纹形成阶段（达到可检裂纹长度0.25-1mm）和裂纹扩展阶段。试验证明了重复的塑性应变是形成疲劳裂纹的基本原因。金属材料受载超过屈服极限后，将产生塑性变形，此时，应力—应变不再成线性关系。一般结构或构件总有应力相对集中部位（如气孔、缩孔、原始的铸造或锻造裂纹以及结构弯曲处等），于是在工作载荷的作用下，尽管这些结构或构件的总体仍处在弹性范围内，但应力集中部位却进入塑性状态，从而产生疲劳裂纹。石泉电厂2#机组转轮大致如此。尤其是长期的低负荷、空负荷运行，更使转轮工况恶化，振动剧烈，使叶片（尤其是叶片进水边）在交变应作用下产生裂纹并加剧其发展。 二，水轮机汽蚀、裂纹的处理 水轮机汽蚀处理 （1）汽蚀处理技术要求 1）补焊中严格按照施焊工艺，防止应力集中。转轮的汽蚀补 焊，也应用对称,轮流，分块焊的工艺。尾水管里衬补焊面积较大也应采用对称，分块焊的方法。每块面积不可过大，避免连续施焊； 2）为消除焊接应力，除第一道焊波和退火层外，其余焊波均应 进行锤击。最好是每焊完一道焊波（暗红色）马上锤击，以松弛焊接收缩应力； 3）对较大汽蚀补焊面积，每一层的焊波接头及层与层之间焊波接头应错开； 4）第二道焊波最少应盖住第一道焊波的1/3。这样才可以对第一道焊波起到一定的回火作用，从而减少应力集中； 5）在汽蚀补焊过程中，应采用小电流短弧焊施焊工艺，防止因电流太大金属融化较深，热影响区域扩大； 6）在汽蚀补焊过程中，运焊条的速度应均匀，电弧应稳定