柘溪水电厂水轮机转轮叶片裂纹的处理

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1、湖南电力第3O卷第6期HUNANELECTRICPOWER2010年12月doi：10．3969／j．issn．1008-0198．2010．06．012柘溪水电厂水轮机转轮叶片裂纹的处理谢阿萌，龙毅，王俣森(1．湖南省电力公司试验研究院，湖南长沙410007；2．湖南省电力公司柘溪水电厂，湖南益阳413000)摘要：由于材质、残余应力、工作应力、振动等多种综合因素的影响，柘溪水电厂5号机组转轮10个叶片出现不同程度的裂纹。通过制定合理的工艺方案，成功地对叶片裂纹进行了处理，为机组的可靠安全运行提供了保证。关键词：转轮叶片；裂纹；马氏体不锈钢；焊

2、接中图分类号：TG174文献标识码：B文章编号：1008-0198(2010)06-0038-03柘溪水电厂是我国自行勘测设计、自行制造设备、自行安装调试的大型水力发电厂，是一个以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益的水电枢纽。为配合增容改造工程，5号机组转轮重新设计制造，设计装机容量约为8．5万kW，采用混流式水轮机，转轮上冠、下环和叶片均为0Crl3Ni5Mo马氏体不锈钢材料，叶片模压成型后与上冠、下环焊接成转轮，2007年5月该机组全面投入运行。1裂纹情况2009年5月16日，对5号机组水轮机进行全面检修，发现10个叶片(转轮共有l3个叶片)

3、图111号叶片裂纹存在不同程度的裂纹，每条裂纹的具体长度见表1，比较典型的裂纹形貌照片见图1，2。裂纹位置和扩展方向极其相似，起裂部位也大体相同。裂纹出现在叶片背面出水边与上冠连接焊接热影响区附近，沿着焊接热影响区边缘向叶片中间扩展。其中穿透性裂纹3条，分别出现在9，11，13号叶片上；另外，9，11号叶片裂纹边缘存在1—2rlll"n的错口，裂纹断面比较光滑，且分布有海滩状花样，呈十分清晰的疲劳裂纹特征。表1各裂纹具体长度一叶片编号2345789101113裂纹长度1201201030100803006030090图213号叶片裂纹收稿日期：2

4、010-04-26改回El期：2010-08—10第30卷第6期谢阿萌等：柘溪水电厂水轮机转轮叶片裂纹的处理2010年12月纹修复工艺的要点。2裂纹产生原因分析3．1检查轮机运行仅2年时间，转轮的l0个叶片均存用渗透探伤法(frr)全面检查叶片的根部及在不同程度的裂纹，而且个别叶片的裂纹还比较严焊接热影响区部位(正面和背面)，并在缺陷处作重，引起业主、制造厂家、设计院及电科院诸多专出明显标记，从而依据裂纹尺寸和性质及部位决定家的关注和重视。通过查阅大量的水轮机叶片裂纹裂纹处理原则。的相关文献，以及专家现场诊断，经分析认为：裂3．2缺陷清理纹产生的

5、原因应是多方面的，与材料、设计、制造由于裂纹尖端的内应力已接近材料的极限强和运行都有一定的关系。度，在外力或热应力的影响下还会继续扩展。因水轮机过流部件材质为0Crl3Ni5Mo，其组织此，在清除裂纹前需在裂纹的尖端打止裂孔以截断为马氏体，它的韧塑性较低，抗裂纹扩展能力差。裂纹，阻止裂纹的扩展，止裂孔的孔深应比裂纹深由于叶片采用模压成型技术，叶片成型会发生塑性度深。在进行裂纹清除时，一般采用碳弧气刨+砂应变，不可避免地将产生残余应力；还可能产生加轮机打磨的方法清除(使用气刨前要将工件局部工硬化，使材料屈强比提高，导致其抗裂纹能力降温度预热150～

6、200％)。为防止刨除裂纹时温度对低。另外，鉴于叶型的影响，叶片与上冠、下环焊原裂纹延伸产生影响，碳弧气刨方向应从止裂孔起接属焊接接头形状复杂，焊接材料填充量大，即使向裂纹方向清除。另外，为防止叶片过热造成叶片焊后进行热处理，焊缝区及其热影响区仍存在较大变形和裂纹扩展，碳弧气刨必须问断使用。缺陷清的焊接残余应力。同时，叶片出水边区域的厚度需除后，要求将碳弧气刨造成的渗碳层彻底打磨干要局部减薄，造成此处应力应变加大，因此裂纹几净，直至露出金属光泽，并应进行PT检测，确认乎全部发生在出水边，而且集中出现在叶片出水边裂纹彻底清除干净。根部与上冠、下环的

7、连接焊缝和焊缝热影响区内。3．3坡口准备9，11号叶片穿透性裂纹存在1～2i／l／n的错口现象为便于施焊，缺陷修补处要制备出焊接坡口。充分说明残余应力幅值相当可观。坡口角度40～50。，坡口深度以保证裂纹完全清除混流式转轮叶片作为主要的受力、传力部件，干净确定，且渗碳层要彻底打磨干净。直接与高速不稳定水流发生相互作用，承受的工作3．4焊接应力是裂纹形成的基础。特别是受上游来水影响，为确保修复处的强度、刚度并根据材质的可焊5号机组经常偏离最优工况，在低水头和低负荷工性要求，选择G367不锈钢焊条，规格分别为况下运行，使得水轮机振动，尤其是共振使作用

8、在中3．2mm，舛．0mm，施焊前电焊条应参照焊条使转轮叶片上的交变应力不断增大，导致材料发生疲用说明书的要求在300—35O℃烘烤2h