冲击式水轮机水斗裂纹及处理新

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1、冲击式水轮机水斗裂纹及处理摘要：主要介绍水斗裂纹的产生因素、处理、预防及运行管理关键词：水斗裂纹影响因素铸焊处理技术改造现场处理预防运行管理一、概述随着我国能源需求的不断增加，小水电在几年内得到了长足的发展，而对于冲击式水轮机而言，适用于高水头、小流量且流量变化较大的径流式电站，具有电站投资小，机组结构紧凑的特点，且效率变化平缓，运行中维护量少，投资回报率高等优点，其机组形式得到了越来越广泛的应用。同时也由于其水轮机结构形式不同于其它形式的机组，其水轮机的工作部件水斗极易产生裂纹，如电站水轮机运

2、行管理及维护方面疏于管理或管理不善，将造成飞斗事故。给电站带来重大的经济损失及人员伤害。本文就水斗裂纹的形成、处理、预防及运行管理等进行论述，以供参考。二、冲击式水轮机的工作原理及根部压力计算：1、工作原理：冲击式水轮机是借助于特殊导水机构（喷嘴）引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，使转轮旋转做功，从而完成将水能转换成机械能的一种水力原动机。如下图所示易产生裂纹处2、水斗根部断面的应力计算。在确定水斗根部断面的强度条件之前应先计算出断面的最大应力，而水斗根部断面受到射流引起的最大弯曲力矩及由水

3、斗本身质量产生的离心力引起的最大应力，按悬臂梁考虑，可得出根部断面的应力为σ=R×L/W+C/2F8式中R-----水的冲击力；L-----水斗最弱面至水斗中心距离；W-----水斗断面的抗弯模量；C-----水斗的离心力；F-----水斗最弱断面面积；将相关数据代入式中，可分别对机组启动、带最大负荷、飞逸三种工况进行计算，可出转轮的脉动应力△σ。一、产生裂纹的主要因素1、转轮水斗母体材料在加工中引起的原因。一方面在室温中焊接，焊缝金属和热影响区母材金属的冷却速度过快，会引起局部的塑性变形而产生

4、很高的残余应力，以裂纹扩展的形式释放出来；另一方面过快的冷却速度会使马氏体量增加，进而加剧裂纹扩展，且阻止了氢从焊接区域中扩散出来而残留在奥氏体内，产生氢致裂纹，采用的焊条又非低氢焊条，其次是轮幅怀斗叶为厚构件，刚性较大，焊缝金属和热影响冷态金属将阻碍焊缝长度方各的缩短向侧各的收缩而出现高应力集中。转轮虽然经过了严格的退火处理，却不能完全消除在焊接过程中出现的裂纹和焊接应力，故在工作一定的时间后，由于高周疲劳破坏而使裂纹逐渐地展开扩大。2、转轮母材本身的原因。水斗根部裂纹的产生多属于高周疲劳破坏

5、，由于现代锛造技术尚不能避免微小缺陷的产生，现代探伤技术又不能保证查出长度小于2.5mm的微裂纹及其它微小的铸造缺陷，故对转轮材料也是对其产生裂纹的一个因素，对于厂家及用户来说，此因素只能用考虑分析问题用，目前不能解决。3、设计不合理，转轮的圆周线速度过大（当圆周线速度太大时，水斗在受力与不受力的之间转换，时间一长必将造成水斗的抗疲劳强度的下降，导至裂纹）。在此种情况一般只有改变水轮机的工作速度、或者改变转轮的直径（二项一般很难做到，它于其投资有直接联系）。4、水轮机运行时不在最优工况区运行（因

6、一些小水电是一些泾流式电站，不能蓄水发电），水流对水斗的气蚀增大，使转轮局部强度降低而产生裂纹。5、水电站在使用中没有按照有关规程规范运行，丰水期长期在超负荷运行，使水斗的使用寿命减少。二、厂家处理：一般的处理步骤为检查、打磨、焊接、退火、静平衡五个环节，1、检查、测量：①用磁粉探伤或用20倍放大镜检查，并记录裂纹的形状和部位。8②处理前详细记录裂纹的部位、长度及裂纹性质，要求有详细的数据及清晰的照片，便于存档及技术分析。③为了处理后比较准确地核复原有线型，应采用样板法。先取裂纹破损最轻的水斗，

7、用规卡进行卡测，然后用样板作为检查校复斗型的依据。2、焊前的处理：①裂纹追踪采用PT探伤及酸法检查。利用碳弧气刨，将裂纹所在区刨成U形坡口，刨后须经砂轮或风动铣刀将U形坡口两侧打磨光滑，使表面碳化层彻底清除干净，并经PT碳伤或20放大镜检查，裂纹清除干净后将转轮加热保温，在转轮二侧装设陶瓷电加热器，同时对保温室内通入氩气，保护在焊接过程中不被氧化。②将裂纹刨成U型坡口，刨后须经砂轮或风运铣刀将坡口表面碳化层彻底清除干净，并经PT碳伤或20放大镜检查。③施焊前焊条需经320—350℃预热2小时，然

8、后缓慢冷却至30℃左右，存放于干燥箱内，随焊随取。3、裂纹施焊处理：①裂纹补焊力求溶深大、应力小、抗裂性好、塑性大、机械性能优良的低氢T427φ4mm焊条，焊接电源为直流反接，焊接过程中做好每层焊三道，即二道角焊，一道平焊，焊条尽量与焊缝表面垂直，焊接过程中严格控制焊接线能量。②对超过150mm长以上的裂缝施焊，应进行分段施焊，以防止产生起弧或熄弧裂纹。③为防止局部变形过大，尽可能采用对称施焊；④用碳弧气刨刨掉缺陷处的金属，形状似U型坡口，宽度一般采用裂纹深度的70%，深度为t1，t1=t-4（