赵伟民

（中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局，四川 彭山 620860）

沙湾水电站3#水轮发电机组2009年11月18日投产发电，在随后的运行中发现，3#机组的振动摆度越来越大，已经远远大于机组安全运行允许的摆度范围，必须停机大修查找原因，2016年1月30日，3#水轮机蜗壳检查时发现，转轮室壁不锈钢板上有3 条裂缝。引起机组振动摆度加大的原因很多，其中转轮室裂纹是其中一个方面，转轮室是机组重要的过流部件，转轮室裂纹直接影响整机运行安全，必须处理。

1 缺陷概述

沙湾水电站3#水轮发电机组2009年11月18日投产发电，3#水轮发电机组转轮室和基础环为钢板焊接分瓣结构，转轮室过流面采用不锈钢板模压成型，不锈钢板厚度35mm，转轮室高2.645m，分为上、中、下三个环，转轮与转轮室间隙8.5mm，转轮室与基础环通过M72 螺栓把合，外圆设有预紧装置，可调整其圆度和紧固用。2016年1月30日，3 号水轮机蜗壳检查时发现，转轮室壁不锈钢板上有4 条裂缝，第1 条裂缝位于转轮室-X 偏+Y 方向，第2 条、3 条裂缝位于转轮室-X 偏+Y 方向，裂缝位于转轮安装中心线以下1m左右区域。第1 条裂缝长0.39m，现场使用榔头敲打空响区域长约为1.10m，宽约为0.80m，空响面积预估为0.88m2。第2 条裂缝长约为2.65m，第3 条裂缝在第2 条裂缝下方，裂缝长约为1.11m，现场使用榔头敲打第2、3 条裂缝空响区域长约为5.10m，宽约为0.90m，空响面积预估为4.59m2。第4 条裂缝在第1 条裂缝旁边，裂缝长约为0.6m。

2 拟定的处理措施

（1）割除3＃机转轮室裂纹区域（补偿块区域），面积约4900mm×1270mm。

（2）将东方电机厂家重新压制的5 块补偿块安装就位并焊接（包括背面的环筋及立筋）。

（3）补偿块及补偿块区域左侧1480×613 范围的局部空心区域进行接触灌浆（图1 补偿块及空心区域位置）。

3 处理过程

3.1 转轮室里衬切割

（1）割转轮室补偿块区域。用打样冲眼的方式标出处理区域即补偿块区域，采用碳弧气刨吹刨的方式的割除洋冲标识的“补偿块区域”，标识“空心区域”部位不割除。转轮室割除后四周应吹刨或打磨平滑，并且割除后的区域应严格按照冲眼标定区域。割除前需在割除区域，分4～5 个区域进行吹刨，每个吹刨区域都应预先焊接吊耳，保证施工安全。特别要求：（1）补偿块区域割除完成后，现场测量复核区域范围。（2）吹刨前铆工划线，预留5～7mm 打磨量。吹刨后，坡口打磨平齐，以便于补偿块的安装。①凿混凝土。转轮室割除后，必须凿掉部分混凝土（补偿块厚度40），以满足补偿块装配高度。凿去混凝土后，混凝土最高点距离相应转轮室过流面距离不低于40。②凿加强筋沟槽。加强筋分为上筋板和下筋板，如图2 所示，用作补偿块支撑，材料：30 钢Q235，高度分别为683、573，分别焊接与转轮室环筋板之间，上、下筋板各6 件，其中各4 件分别位于补偿块之间，与补偿块轴向焊缝对齐，两件分别位于3850×1270 区域的左右两端，在焊接补偿块时与原转轮室一起封焊。故加强筋沟槽位置必须按照补偿块周向方向的尺寸进行。加强筋平面图如图3 所示。

图2

图3 立筋位置布置图

3.2 更换里衬的装配

（1）立筋安装。将12 块立筋按照图示三的位置焊接就位，两端分别与环筋1、环筋2、环筋3 焊接。

（2）立筋、环筋焊接。焊缝采用角焊缝固定，角焊缝大小15～20。

（3）为了保证新装里衬与转轮室弧度一致，分别将5 块分块补偿块吊入安装位置，利用厂家提供的样板调整里衬位置。用砂轮机打磨补偿块突出部分，反复几次，直至样板曲线与补偿块弧线贴合，说明补偿块与原转轮室弧度基本一致。

3.3 里衬的焊接

分块里衬位置调整好后，采用点焊的方式固定，采用手工焊电弧焊进行封焊及塞焊，焊接部位进行PT+UT 探伤。为保证焊接质量，焊接前应进行预热，方法如下：

（1）采用电加热的方法进行预热。预热范围为焊缝两侧100mm，预热温度至少为80～100℃。

（2）转轮室母材为0Cr13Ni4Mo；焊接材料为：E309L-16和E316L-15，焊接过程中层间温度不能超过180℃。

（3）采用多段多层的焊接工艺，将封闭焊缝分为约300mm 数段，各段的焊接顺序按均匀对称的原则施焊，为降低焊缝焊接应力，每层焊接完毕后立即用风铲进行消应处理。

（4）焊接顺序图如图4：焊接按照①②③④⑤⑥⑦⑧进行，先中间垂直焊缝，再上下水平焊缝，最后两端的垂直焊缝。

（5）每条焊缝的焊接顺序按照图示1、2、3步骤进行。

（6）打磨。打磨焊缝及按照型线样板打磨过流面。

图4 焊接顺序图

3.4 灌浆

焊接完成后须对转轮室钢板里衬混凝土进行灌浆,以保证钢板与混凝土形成整体。

（1）布孔。灌浆孔的位置在现场经锤击检查确定,补偿块处低处孔为灌浆孔布置5 个；高处为排气孔布置5 个；开孔直径均为Φ30。

（2）钻孔。每块补偿块确定下边两个和中间一个为灌浆孔，上面两个为排气口，灌浆孔和排气口呈梅花状布置，开孔直径均为Φ30。

（3）灌浆压力必须以控制钢衬变形不超过设计规定值为准，可根据钢衬的形状、厚薄、脱空面积的大小以及脱空的程度等情况确定。其灌浆压力为0.6MPa。

（4）浆液水灰比可采用0.8、0.6 两个比级，灌浆水泥采用P.O42.5。

（5）灌浆应自低处孔开始，并在灌浆过程中敲击震动钢衬，待各高处孔分别排出浓浆后，依次将其孔口阀门关闭，同时应记录各孔排出的浆量和浓度。

（6）在压力达到0.6Mpa 下灌浆孔停止吸浆，延续灌注5min，即可结束灌浆。

（7）如一次灌浆未能满足设计要求，可采取复灌的措施进行处理，复灌在一次灌浆结束后48 小时后才能进行。

（8）灌浆结束后应用丝堵加焊或焊补法封孔，孔口用砂轮磨平。

（9）在灌浆工程质量检查在灌浆结束7d 后进行，采用敲击法或其他方法，钢板脱空范围和程度应满足设计要求。

4 结语

3#机组转轮室经过裂纹部分刨除、重新安装里衬瓦片，焊接打磨使新安装的里衬与原转轮室平滑过渡，最后进行接触灌浆，保证新安装里衬与原基础混凝土紧密接触，运行三年以来，检查3#机转轮室状态良好，实践证明这种方法是可靠的，为今后水电站同类问题的处理提供借鉴。