混流式混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施
安康水电厂水轮机叶片裂纹分析及处理
２０ 年 １月２ ０ ５ 号机 组大 修 后期 发 现 ， １ ６号转轮 叶
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１ 概 述
安康水 电厂 位 于汉 江上游 ，安 装有 ４ ０ 台２ ０ＭＷ 水 轮 发 电 机 组 ， 轮 机 型 号 为 ＨＩ ２ —３— ５ 。 为 水 ０ １ ５０ ２ 保 证 下 游 航 运 流 量 ，在 下 游 右 岸 排 沙 洞 还 装 有 １
铸 造气孔 、 眼 等在外 部 应 力 的作用 下可 能会 砂 成为裂 纹 源 ， 成裂 纹 的产生 。由于 转轮 叶 片与 上 造
４ 裂 纹处 理
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水泵水轮机转轮裂纹成因分析及处理
水泵水轮机转轮裂纹成因分析及处理摘要：近些年水轮机转轮出现多起裂纹问题，使机组被迫停役。
转轮裂纹的出现，不仅为机组的安全稳定运行带来了极大的威胁，为抽蓄电站的正常经营带来了经济损失和社会损失，所以要想确保水电站安全稳定运行，必须通过无损检测技术对水轮机转轮定期探伤，及时发现并有效处理转轮裂纹问题。
采取有效的预防控制措施，确保机组运行安全性和稳定性。
关键词：水泵水轮机；转轮裂纹；成因；处理1水泵水轮机转轮裂纹成因分析1.1转轮形状变形转轮的出水叶片相较于整个转轮的其他部分，是整个转轮的强度最低的位置，同时该位置由于叶片出水时会收到水面的张力等方面的因素，导致该出是整个转轮结构中应力最为集中的区域，同时该处还会受到水流长时间的侵蚀，由于长时间水流侵蚀的原因还会导致该处的厚度减少，导致该处的应力结构发生变化。
1.2振动方面水轮机转轮在运行中，因为水力振动原因也会导致焊缝疲劳损伤产生裂纹。
产生水力振动主要有以下因素：水力不平衡、尾水管低频水压脉动、空腔汽蚀、卡门涡列、间隙射流等。
当机组在非设计工况或过渡工况运行时，通过水轮机的水流状况恶化，水力振动较为明显，造成的破坏也相对加剧。
1.3负载超出材料最大负荷负载超出额定的最大负载也是导致转轮出现裂纹的重要原因，这是由于设计师在进行转路基设计的时候没有充分地考虑到负载增大的问题，当出现特殊情况时，应力超出了机器的最大负载，进而导致转轮的叶片受损。
当机组长时间处于超出额定工作频率的情况时，便会由于超出转轮叶片等结构建设材料的疲劳极限而降低叶片的耐压能力，进而导致叶片出现裂纹。
2水泵水轮机转轮裂纹的处理措施2.1提高轮叶质量轮叶质量的好坏，将直接决定转轮使用时间的长短。
因此，必须要注重对轮叶生产品质的提升。
首先，应注重样板的设计与制作。
水轮机中的轮叶结构比较复杂，任何一点的误差，都会造成轮叶形状的改变。
在挑选样板时，可以优先选择磨损程度较轻的转轮，这是因为磨损程度越轻，则代表该轮叶越符合水轮机的运行需要。
水电厂水轮机转轮叶片的裂纹处理及防控
水电厂水轮机转轮叶片的裂纹处理及防控发表时间：2019-09-19T09:04:31.097Z 来源：《电力设备》2019年第8期作者：陈健[导读] 摘要：在本篇文章中主要将某水电厂中的水轮机组作为实例，在针对水轮机组展开日常检修时，利用超声波技术探测出转轮叶片上存有裂纹，深入分析水轮机组中转轮叶片出现裂纹的主要原因，进而针对裂纹提出科学、有效的处理方式与防控对策，旨在为相关人员提供微薄的参考依据。
（松花江水力发电有限公司吉林丰满发电厂 132108）摘要：在本篇文章中主要将某水电厂中的水轮机组作为实例，在针对水轮机组展开日常检修时，利用超声波技术探测出转轮叶片上存有裂纹，深入分析水轮机组中转轮叶片出现裂纹的主要原因，进而针对裂纹提出科学、有效的处理方式与防控对策，旨在为相关人员提供微薄的参考依据。
关键词：水电厂；水轮机转轮叶片；裂纹处理及防控在某水电厂中一共具备15台水轮机组，总容量约在63万kw左右平均每台机组的实际容量约为4.2万kw左右，整个水电厂属于较为综合的电厂，将灌溉、航运以及发电等集于一体。
其中出现裂纹问题的水轮机组型号是GZ932-WP-750，转轮的直径约为7.5m，额定流量约为492m³/s左右，在整个水轮机的转轮上共有四个叶片，材质为马氏体的不锈钢并通过真空的精密方法所制作。
在相关人员针对所有水轮机组展开日常检查时，通过超声波技术探测出所有机组中的三组都存有不同程度的裂纹，这些裂纹不仅会影响叶片的正常运行，还会对整个机组的实际运作造成直接影响。
一、水电厂水轮机转轮叶片出现裂纹的主要原因在日常检查中探测出水轮机组中的转轮叶片上存有裂纹状况后，某水电厂立即停止了水轮机组的运行，并针对裂纹出现的主要原因展开全面分析，最终发现导致叶片出现裂纹现象的主要原因有以下两方面：第一方面，如果水轮机组处于非最佳情况下或低水头情况下运行的话，就会导致水轮机组的工作状况差，在转轮的出口处水流会逐渐变成环流，这样在水管的尾部会形成旋状的涡带，这种涡带会随着水流而有所移动，如果移动到水管壁的话就会变成压力脉动，最终严重增加水轮机组的振动状况。
水泵水轮机转轮裂纹成因分析及处理
51第42卷 第2期2019年2月Vol.42 No.2Feb.2019水 电 站 机 电 技 术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station1 引言随着我国经济的不断发展，资源消耗的速度也在不断的加快，水电站的发展越来越普及，成为了社会主义建设中不可或缺的重要组成。
转轮是抽水蓄能电站水轮机中的核心部件，在实际的运行过程中，由于机组发电和抽水工况频繁正转和反转，运行工况复杂，水轮机转轮作为水轮机重要受力结构部件，该区域在机组运行中容易发生裂纹，近些年水轮机转轮出现多起裂纹问题，使机组被迫停役。
转轮裂纹的出现，不仅为机组的安全稳定运行带来了极大的威胁，为抽蓄电站的正常经营带来了经济损失和社会损失，所以要想确保水电站安全稳定运行，必须通过无损检测技术对水轮机转轮定期探伤，及时发现并有效处理转轮裂纹问题。
采取有效的预防控制措施，确保机组运行安全性和稳定性。
本文介绍了黑麋峰抽水蓄能电站3号、4号机转轮在检修中发现的裂纹，其特征以及修复工艺控制，综合分析裂纹成因，根本清除裂纹隐患，结合厂家建议，提出电厂在机组运行方式以及维护检修方面预防转轮裂纹事故的参考建议。
2 转轮裂纹成因分析转轮裂纹通常是在多个因素（比如交变外载荷、机组运行时的振动、结构存在薄弱环节、工程制造过程中的缺陷等）的综合作用下产生，以下对黑麋峰电站转轮裂纹成因从水力设计、结构强度计算及材料选择、制造工艺及控制流程等方面进行分析说明。
2.1 黑麋峰电站机组转轮参数黑麋峰电站水泵水轮机（HLNTP-LJ-504）转轮为单级、立轴、混流可逆式转轮，叶片整体铸造、数控加工。
转轮上冠、叶片和下环组合焊接。
3号机和4号机的水泵水轮机上冠、叶片、下环材质均为铸造马氏体不锈钢制造，材料类型为ZG0Cr13Ni4Mo （对应美标ASTM A743 CA6NM ），为保证制造（包括焊接、打磨）操作空间，转轮下环分内环、外环，转轮两次装焊、焊后整体退火。
水轮机叶片裂纹的产生及对策
２、 水 力 方 面
萌生 和扩展 的作 用 ， 必 须采 取有 效的方 法预 防 。 利用钢 板 和 电渣 重熔坯 料 热弯 成型 的叶片 ， 不但 缺陷少 ， 而且组 织致密 。 叶片 的加工 应避免 应力 集 中 ， 同时提 高叶片表 面光 洁度和增 加叶 片进出水 边端棱 角的 圆弧半径 ， 避免 疲劳破坏 的表 面和 尖角效 应 。 防止 叶片疲 劳裂 纹的 产生 不外两 方面 的措施 ， 一 方面 改善 叶片 的应力场 状态 ， 即减少动 载荷 幅值 ， 残余 应力和 工作 应力 。 另一方 面增强 叶片 的
大型水 轮机转轮 的叶片 出水边过 长 ， 由于厚度 较薄 ， 刚度 不足 。 在 水流 冲击
下， 叶片 出水边 发生振动 。 在 叶片 出水 边的 中部 ， 叶片 可以通过 弹性变 形释放 应 力。 但 叶片靠近上 冠 的位 置 ， 由于上冠 的约束不 能发生 较大 的变形释放 应力 ， 故
压 力脉 动所 诱发 。 ３、 水轮 机 叶 片 自身 刚度 不 够
好， 这对 在相对 较狭小 的工作 现场提 高工作 质量有 好处 。 但是 ， 这样处理 后 的焊 缝 将会 处于 一种 高应力 水平 之 中， 对接 头 的疲 劳 寿命将 会有 负面 影响 。 补焊 时 产 生的 残余拉 应力有 时高达 材料 本身 的屈服 应力 ， 可使 抗疲劳 强度 降低 ８ ０ ％左
近几 年 ， 水 轮机 叶片裂纹 问题 明显增 多 ， 各种机 型的转 轮均 出现叶片裂 纹。 叶片 裂纹 问题 已成 为水 电站 急需 解决 的 关键 技术 难题 ， 引起 各方 面 的高度 重
视。 解决 叶片裂 纹 问题 不但 能大 大提高 电站 的经济 效益 和创 造巨大 社会 效益 ， 同时 也能为 设备 制造厂 赢得市 场 ， 从而 带来 良好 的经济效 益 。 现将 个人 的对 叶
水轮机转轮裂纹产生原因分析及其处理
运行与维护102丨电力系统装备 2020.20Operation And Maintenance电力系统装备Electric Power System Equipment2020年第20期2020 No.201 水轮机转轮产生裂纹的危害1.1 威胁水电站的安全转轮结构的稳定运行对水力发电效率与质量的保障有着很大影响，也是保障水轮机安全运转的关键因素。
如果转轮在运行中出现裂纹情况，如果相关人员没有对其进行及时的处理，那么就会给水力系统的安全造成威胁，同时还会间接影响水电站内人员的人身安全。
因此需要管理及维护人员能够及时针对裂纹产生原因，进行及时妥善的处理。
1.2 降低发电效率与质量转轮出现细小的裂纹情况，还会给水轮机的发电效率与质量造成一定影响。
当裂纹出现后，水电站需要投入部分精力与时间用在转轮的维修及管理方面，不仅会给水力系统的正常运行带来一定阻碍，还会降低电能质量。
另外，对转轮进行裂纹处理还会间接影响水电站的经济效益，增加维修及管理成本，所以需要电厂管理及维护人员能够对转轮裂纹的处理方案进行合理规划。
2 水轮机转轮产生裂纹的原因除了转轮结构材料的选择问题以及设计问题，对水流、水压控制不到位也会造成转轮裂纹的出现，下面文章就对这几种原因进行分析，以此来为相关裂纹防控方案的制定提供帮助。
2.1 转轮材料选择有误水轮机在水力发电系统中扮演着重要角色，需要相关制造及生产人员能够对其中涉及到的零构件质量提供保障。
但是个别生产部门在制造转轮的过程中会出现材料选择失误情况，一方面是因为水电站没有对转轮材质提出严格的要求，使得性质相似的材料被应用到了转轮的制造中。
另一方面是因为水电站没有对有特殊要求的转轮信息进行进一步的明确，使得转轮材质存在差异性问题。
而这些情况的出现都会间接导致转轮在后期使用中出现裂纹现象，不仅影响了水力发电系统的平稳运行，还间接增加了转轮的使用成本。
2.2 转轮结构存在漏洞水轮机转轮的制造对焊接工艺的要求较高，需要制作人员能够按照规范的流程步骤保证转轮焊接的精准性与稳定性。
混流式水轮机转轮磨蚀处理与防护探讨
混流式水轮机转轮磨蚀处理与防护探讨洪门电厂335000摘要：通过长期对水轮机磨蚀情况的观察，发现混流式水轮机受磨蚀最严重的位置在叶片背面出口靠近下环位置和下环内外表面位置。
通过对造成叶片磨蚀的原因进行分析，我们发现造成磨蚀现象的主要原因是河水中的大量泥沙以及叶片制造工艺粗糙所造成的。
因此我们对大部分的河水水流特性和磨蚀现象进行分析，发现水轮机使用聚氨酯涂层防护、高速氧燃喷漆碳化钨防护、优化转轮设计、减少过机泥沙等磨蚀防护措施，可取得一定的效果。
关键词：混流式水轮机；水轮机磨蚀；防护措施水轮机转轮是水轮发电机机组的重要组成部分，水轮机转轮是整个水轮发电机组的重要组成构件。
在实际工作过程中，水流中的泥沙磨损和空蚀现象是造成转轮损坏的主要原因。
转轮被磨蚀破坏后直接导致水轮机通流部件发生损坏，从而导致水轮机转轮的工作效率降低，同时使得水轮机的电能损失增大，还会使水轮机机组产生振动与噪声，这大大缩短了水轮机机组的使用寿命，同时也缩短了检修周期，以至于消耗大量的人力和金钱，造成一定的经济损失。
1转轮磨蚀的特点和外观特征1.1转轮磨蚀的特点混流式转轮磨蚀严重的主要部位是叶片进水边靠近上冠和下环处、下环内表面和叶片出水边靠近下环内表面处，其中混流式转轮叶片与下环的连接处磨蚀最严重，从进口到出口边磨蚀范围逐渐加大，磨蚀程度逐渐加深，形成一个磨蚀三角区，在这个三角区中，叶片与下环同时磨蚀。
形成三角区磨蚀的主要原因是转轮叶片间的二次回流引起的脱流。
由于叶片工作面与下环内表面的夹角小于90°，在二次回流的作用下，形成脱流涡，使沙粒以较大的冲角打击叶片工作面及下环内侧，此外还是转轮流速最高的区域和焊接影响区域，所以叶片磨蚀最为严重。
1.2转轮磨蚀的外观特征转轮磨蚀破坏最主要的原因是泥沙磨损和空蚀破坏，两种原因引起的破坏形式有所不同。
泥沙磨损的外观特征是表面呈角鳞状波纹、鱼鳞坑、鱼鳞槽，磨损轻微的地方有沿着水流方向的划痕和斑点。
大型混流式水轮机转轮叶片裂纹及其成因分析
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大 混 式 轮 转 叶 裂 及 成 分 型 流 水 机 轮 片 纹 其 因 析
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华南理工大学 机械工程学院， 广州 ５０ ４ ２广 西 太 学 机 械 工 程 学 院 ． 宁 ５ ０ １ １６０ ． 育 ３ ， Ｃ４ ）
摘 要： 大型混流式水轮机转轮井片裂纹故障是水电站普遍存在的问题， 它严重影响 了水 电站的安全稳定运行。 转轮叶 片裂纹是多种因素综合 作用建成 叶片材料疲劳． 导致叶片疲劳开裂。叶片的各种制造姥陷是裂纹萌生的始点 ， 而各种水 力激 振因素 引发的流固耦台 共振 是转轮叶片玻 劳开 裂的根本诱园。 关键词 ： 混渍式水轮机 转轮： 叶片裂纹： 固耦舍共振 ： 流 制造工艺
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混流式混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施
发表时间：2019-12-02T11:11:28.400Z 来源：《电力设备》2019年第15期作者：宋伟瑜
[导读] 摘要：随着各领域的快速发展，对资源的消耗越来越快，水电站的发展越来越普及，成为了社会主义建设中不可或缺的重要组成。
(GE水电中国天津 300300)
摘要：随着各领域的快速发展，对资源的消耗越来越快，水电站的发展越来越普及，成为了社会主义建设中不可或缺的重要组成。
转轮是抽水蓄能电站混流式水轮机中的核心部件，在实际的运行过程中，由于机组发电和抽水工况频繁正转和反转，运行工况复杂，混流式水轮机转轮作为混流式水轮机重要受力结构部件，该区域在机组运行中容易发生裂纹，近些年混流式水轮机转轮出现多起裂纹问题，使机组被迫停役。
转轮裂纹的出现，不仅为机组的安全稳定运行带来了极大的威胁，为抽蓄电站的正常经营带来了经济损失和社会损失，所以要想确保水电站安全稳定运行，必须通过无损检测技术对混流式水轮机转轮定期探伤，及时发现并有效处理转轮裂纹问题。
采取有效的预防控制措施，确保机组运行安全性和稳定性。
关键词：混流式混流式水轮机；转轮裂纹原因；预防措施
引言
转轮是水轮机中的核心部件，在实际的应用过程中，由于转轮裂纹的频繁出现，不仅为机组的正常运行带来了极大的威胁，同时也为水电厂的正常运营产生了经济损失。
所以要想确保水电站安全、稳定的运行，那么势必要对水轮机转轮裂纹的问题给予高度的重视，分析裂纹出现的具体原因，采取有效的预防控制措施，避免裂纹的出现，进而提升水轮机运行的安全性与稳定性。
1混流式水轮机转轮概述
由于水头型号、流量大小上存在的不同，混流式水轮机所配备的转轮形状也存在着差别。
在一般情况下，水头越高，转轮的叶片高度就要随之适当的降低，同时也要增加其长度，这样在转轮中，水流的流动也会趋向于幅向流动。
水头高度的降低，也需要转轮的叶片长度变短，同时增加其高度，这样转轮中水流的流向也会趋于轴流方向。
这里需要注意，无论是何种形状的转轮，基本上都是由转轮上冠、转轮下环、上下止漏装置、转轮叶片和减压装置所构成的。
2混流式水轮机转轮出现裂纹的原因分析
根据历年的相关资料显示，混流式水轮机转轮出现裂纹的状况并不是十分罕见的现象，这种水轮机投入使用的运转过程中发生转轮裂纹是普遍存在的。
以我国某地的某一水电站为例，该水电站在投入运行使用后的第一次定期维护中就发现水轮机转轮出现裂纹的现象，在其后续机组的定期维护中同样发现了转轮叶片出现裂纹的现象，而且此水轮机投入运行长达十年之久，在这十几年的运转期间，水轮机叶片裂纹的问题从未间断过，但该水电站的相关维护人员并没有对此问题进行深入研究和采取有效的解决措施，每次的定期维护中都会有裂纹现象出现。
该水电站所采用的混流式水轮机的额定功率是582MW，能够承受的极限功率为612MW，公称直径是6257mm，额定的水头为165m以及额定的转速是142.9转每分钟。
转轮采用的是不锈钢材质的，转轮上冠形似圆锥体且上冠上固定均匀分布的叶片，在外围开几个减压孔，在侧面装有减压装置。
叶片断面为翼形，采用数控机床加工，将叶片的厚度控制在188毫米之内。
下环采用具有锥角的直线形，泄水锥采用钢板焊接的方式，里面空心，下面开口，以便排出通过止漏环的漏水以及润滑轴承的润滑水。
就目前而言，经过观察和深入分析，导致此水电站混流式水轮机转轮出现裂纹的原因主要由以下几点:(1)转轮焊接质量存在风险。
由于混流式水轮机的转轮应用水头型号不同，那么他们的构造也就存在区别，制作的材料以及加工的手法也大相径庭。
在此水电站的转轮主要采取的是焊接结构，即转轮的上冠、叶片以及下环均采用单独铸造，然后加工焊接而成。
虽然此举具有良好的技术经济效果，节省了铸造材料，但是由于铸件小，形状简单，降低了对铸造能力的要求，如此焊接的工作量就会加大，确保每条焊缝的质量以及消除焊接温度的应力等处理可能就不会很精细。
(2)转轮变形所致。
转轮叶片强度最弱的地方在于出水边，而分瓣转轮一直会在出水边不断运转并对出水边产生难以负荷的压力，加之出水边的汽蚀能力最差，所以在压力和汽蚀的双重影响下转轮叶片很容易出现裂纹现象。
(3)超负荷运行的影响。
水轮机组投入运行之后，一般为了追求经济效益而忽视其正常的运转时间和定期维护，那么整个机组的运转时间就很容易超出其自身所能承载的负荷量，进而导致转轮叶片的受损，甚至出现裂纹。
(4)尾水管压力的影响。
水轮机在整体运行的过程中，尾水管必然会出现涡带，其出现一定会对水流产生影响并产生一定的脉动压力，这种压力会传到转轮叶片上进而对叶片引发共振导致转轮叶片出现裂纹。
3混流式水轮机转轮裂纹的预防措施
转轮的良好运转对水轮机机组的整体运转意义显著，因此必须要尽力保证转轮的平滑，出现裂纹之后也应该及时进行修复或者是更换，在今后的定期检修和维护中可以从以下几个方面进行努力:(1)在最初的选用材质上就要小心谨慎，应尽量选择不锈钢材质的材料进行焊接，因为不锈钢的焊接具有高塑性。
(2)随着科学技术的发展，混流式水轮机也进行了技术方面的改进和创新，使得水轮机中的水流运转较为稳定，但是还是不能准确预测脉动压力幅值，因此在今后的水轮机改善之中应该结合本地水电站的运转特征，具体问题具体分析，选取合理且科学的设计方案和运行规划。
(3)超负荷的工作运转会对转轮叶片造成极大的损害，因此，在今后的运行中应按照正常且合理的运转方式和运行时间进行控制，不要让转轮的叶片受到自身所不能承载的压力和工作负荷。
(4)发现转轮出现裂纹予以及时解决固然重要，但是当前并没有十分有效的监测手段，因此最为重要的是日常的预防，也就是说要十分重视对水轮机的定期监测和维护，随时发现问题随时解决问题。
同时对裂纹进行修复时应该采取彻底的解决办法，对于十分严重的裂纹状况就要采取专业化的处理方式，改善转轮叶片的受力幅度，确保修复之后不会再次出现裂纹。
4裂纹的处理与修复
在对水轮机转轮裂纹进行修复的时候，通常采用小电流、窄焊道的手段，按照“镶边、分段、退步”的焊接流程进行操作。
在这个过程中，为了能够消除焊接所产生的应力，除了退火层、第一道焊波之外，其余焊波均需要进行锤击操作。
每完成一道焊波，需要马上进行锤击，这样可以使焊接所产生的收缩应力得到松弛。
为了提升功效，也可以在焊接一层之后，进行统一化的锤击操作。
在完成坡口焊接之后，不妨再焊接一层退火层，但这里需要注意，如果坡口位处在空蚀区，那么需要在最后两层，进行抗空蚀焊条堆焊，表面再焊接一层退火层。
结语
转轮是水电厂混流式水轮机设备的核心部件，作为能量转换站，其性能对混流式水轮机的性能有着决定性的影响。
由于各方面的原因，混流式水轮机转轮通常会出现不同程度的破坏，从而对混流式水轮机的运行及水电厂的生产造成严重的影响。
参考文献:
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