满益民

【摘 要】众所周知，水泵水轮机是一种抽水蓄能的设备，现在被大量应用在抽水蓄能电站内。而水轮机转轮是水轮机的重要部位，在设备长时间运行之时会产生裂纹，长久积累其裂纹将会影响水泵水轮机的工作效率，转轮出现裂纹的主要原因是轮毂与叶片间的过渡区域不能应付高应力。本文通过分析水泵水轮机转轮出现裂纹的原因，并提出处理方案。

【关键词】水泵水轮机;水轮机转轮;裂纹;原因分析;裂纹处理

水泵水轮机是上世纪发明的用于抽水蓄能的机械设备，是抽水蓄能电站的主要动力设备。近年来，随着我国对清洁能源的重视，大量建设抽水蓄能电站的数量，提高抽水蓄电站的生产频率。但是水泵水轮机转轮经常出现裂纹，严重影响设备的使用效果。为提高设备的使用寿命，应该详细研究水泵水轮机转轮的裂纹成因，研究裂纹的处理方式。

一、水泵水轮机概述

水泵水轮机的主要作用就是抽水蓄能，而且比将水轮机和水泵串联的蓄能机组更加方便，成本造价更低，所以这种设备被大量应用。目前，常见的水泵水轮机按照水流途径分为三种机型，分别是混流式水泵水轮机、斜流式水泵水轮机以及贯流式水泵水轮机。这三种设备的工作原理大致相同，当水泵水轮机的转轮发生转动时，该设备可以当作电泵使用，当转轮反向旋转式当作水轮机使用，所以水泵水轮机的转轮对该设备而言十分重要。本文将采用HLPO140-LJ-485型号的水泵水轮机作为主要研究对象。其转轮的设计独特，此零件的上冠、下环以及叶片部位均采用不锈钢材料铸造。其不锈钢材料具有极强的抗空蚀和抗磨损的特性，采用这种材料可以保证轮机长期在水下工作时不受空化和气蚀的干扰。其叶片采用模压方式制成，下环采用不锈钢板卷制而成，上冠是整体铸造，其水泵水轮机也具有极好的性能。在对正在使用的水泵水轮机进行裂纹调查时应采用PT检验方式。该方式是通过涂抹渗透剂在设备中，使其渗入表面损伤处，最后去除渗透剂，涂抹显象剂将残留渗透剂吸附在设备表面，判断损伤位置。经过一番探查，在水泵水轮机转轮部位发现数道裂纹，严重影响设备的运转

一、水泵水轮机转轮裂纹成因分析

通过PT检验技术在转轮发现数道裂纹，比较严重是在叶片处，其长度200mm，其裂紋深度也超过2mm，这严重影响水泵水轮机的安全性，降低水泵水轮机的使用寿命，增加抽水蓄能电站的生产成本，为我国大量建设抽水蓄能电站造成极大的麻烦。经过分析主要原因有三点，第一，转轮存在设计失误。经过合理分析转轮上出现的大量裂纹是由于设备转轮组件是单独制造，后来在根据组装图纸加工，将叶片、上冠和下环进行组合焊接，在焊接叶片时会在叶片中央留下大量钝边，这也是导致叶片造成极大损伤的原因。第二是转轮应力有一定问题。其水轮机的转轮叶片的应力主要分为静载应力和动载应力两个方面。在设备正常运行时，会受到多种力的影响，且在转轮叶片的周围存在着4个高应力区，如果设备转轮的叶片部位无法长时间负荷应力，就会导致出现裂纹。其叶片部位四个高应力区主要在叶片零件的进水边靠近上冠的区域以及叶片出水边正面中下区域，正好可以对应PT检验报告中裂纹出现部位，所以其转轮无法承担高应力导致出现裂纹。第三，是由于焊接点受到水波动的影响。在水泵水轮机设备开始运转之时，会导致周围水波动剧烈，对转轮的焊接部位有所伤害，进而出现裂纹。经过相关调查显示，在设备开始启动后，会由于水力难以平衡或卡门涡列等原因出现剧烈的电荷运动，导致水力振动，进而对转轮的焊接处造成损伤。综上所述，造成转轮出现裂纹的原因有三点，分别是轮机的结构设计问题、应力问题以及水振动原因，严重影响水泵水轮机设备的使用寿命，应对裂纹及时解决，提高水泵水轮机的使用寿命。

二、水泵水轮机转轮裂纹处理

（一）裂纹修复的工艺流程

在对原有裂纹进行处理时，应该按照一定的工艺流程进行修复。首先应将需要维修的水泵水轮机转轮全部拆卸并将其放置在防护室内，通过上文所述的PT检验技术对轮机进行检验，让所有裂纹全部显示，然后将转轮中出现的明显损伤以及相关缺陷部位进行文字记录并且应该拍照存档，然后预热焊补区域，焊接消除裂纹。随后对轮机进行高温PT检查，如果发现仍然存在裂纹应该采用补焊的方式修复，直至高温PT检查显示无裂纹，再对其焊接部位进行粗磨、精磨、抛光等工作，最后将成品提交验收，每个维修人员对轮机进行维修必须遵守工艺纪律，严格按照整个工艺流程工作，保证轮机维修的质量。

（二）裂纹修复的处理要求

在对转轮进行裂纹修复工作时，应该严格按照处理要求进行工作，以保证裂纹维修质量。工艺文件规定在对转轮处理前应对设备进行PT检查，并对裂纹进行标记。在对裂纹较大的部位进行修复时应该分段修复，每次修复的面积不得超过300cm2，修复后进行铲磨工作，如果并没有修复完成再继续修复其余处，铲磨过后可以再次检验，如果出现裂纹应该进行补焊，然后再对转轮修复部位进行精磨、抛光等处理。在对转轮裂纹进行气刨清理时或对轮机裂纹焊接前应该先行预热，如果中途停止焊接应该保证焊接部位的温度在100～150℃之间。对轮机裂纹修复补焊过程中应该时刻注意焊接区域的温度，应将焊接区温度控制在100～230℃之间。在补焊工作结束后应将焊接区域高温处理，让该区域保证150℃在4h以上，然后24h后对转轮该部位进行PT检查，检验修复是否完全。

（三）裂纹清除方法

检修人员在对轮机裂纹修复时应该根据修复要求选择正确的修复方法。清除裂纹方式有很多，在裂纹深度小于5mm时应该采用砂轮铲磨法修复裂纹，并且应该事先预留凹形坡口用于后期补焊。铲磨后采用PT检验法检查是否修复完成。当裂纹深度大于5mm时，可以采用气刨铲磨的方式进行修复，在修复时应该也预留凹形坡口便于补焊，为防止裂纹扩大应选择距离裂纹末端10mm处开始气刨，铲磨后进行PT检查。

结束语：随着我国人民对用电量需求的增加，需要抽水蓄能水电站进一步提高生产效率，应该解决其动力装置水泵水轮机转轮裂纹问题。如果可以修复转轮裂纹可以提高水泵水轮机使用寿命，降低生产成本。经过本次研究分析转轮发生裂纹的主要原因是由于水力振动、设计不合理以及应力过高等，在对裂纹进行修复时应该严格按照工作要求进行修复，应根据裂纹实际深度、长度等因素选择合适的方式修复，应注意修复质量。

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（作者单位：国网湖南水电公司检修中心凤滩检修部）