胡成鵬

【摘 要】隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，資源消耗速度加快，和水電站的開發(fā)越來越流行。就大多數(shù)水電站而言，混流式水輪機是用來發(fā)電的，焊接技術(shù)經(jīng)常使用。然而，汽輪機組的運行暴露出一些弊端，大大降低了機組的整體運行效益。本文從水輪機轉(zhuǎn)輪的重要性入手，以水電站為例，分析水輪機運行過程中水輪機葉片產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】混流式水輪機；轉(zhuǎn)輪裂紋；原因分析；預(yù)防措施

混流式水輪機作為反擊式水輪機的一種類型， 它的應(yīng)用范圍十分廣泛，它可以從20m-700m頭使用。的混流式水輪機的結(jié)構(gòu)比較簡單，制造和安裝過程也很方便，操作過程更加安全可靠。此外，混流式水輪機具有較好的運行效率和較低的空化系數(shù)。渦輪的進口部分是一個內(nèi)襯鋼板的蝸輪殼。閥座環(huán)支柱也稱為固定導(dǎo)向葉片，導(dǎo)向葉片分布在轉(zhuǎn)輪周圍。閥座環(huán)支柱有兩個很強的上、下環(huán)，兩個環(huán)與蝸殼焊接在一起。導(dǎo)葉軸支承在底環(huán)上，軸套通過軸套固定在頂蓋上，襯套一般由鋼材料或尼龍材料制成。導(dǎo)葉開口由導(dǎo)向機構(gòu)的兩個繼電器單元改變，也可通過控制環(huán)推桿的傳動實現(xiàn)。

一、混流式水輪機之轉(zhuǎn)輪概述

轉(zhuǎn)輪是各種類型水輪機正常運行不可缺少的核心部件， 它的主要功能是將水能轉(zhuǎn)化為機械能。轉(zhuǎn)輪在一定程度上決定了溢流能力、水力效率、運行工況的穩(wěn)定性和汽蝕性能等關(guān)鍵因素。在實際運行中，轉(zhuǎn)輪各部件的設(shè)計和制造必須完全滿足液壓設(shè)計的要求。它必須具有高強度和較強的抗氣蝕和耐磨性。根據(jù)水輪機轉(zhuǎn)輪水流能量的不同形式，汽輪機可分為反擊式和沖擊式兩種。將流體的勢能、壓力和動能轉(zhuǎn)化為固體機械能的渦輪機稱為反擊式渦輪機。根據(jù)轉(zhuǎn)輪內(nèi)水流運動方向的特點，反擊式水輪機可分為軸流式水輪機、混流式水輪機、斜流式水輪機和貫流式水輪機。由于水頭和流量的不同，弗蘭西斯水輪機轉(zhuǎn)輪形狀也不同?？偟膩碚f，水頭越高，轉(zhuǎn)輪的葉片高度應(yīng)相應(yīng)減小，長度也應(yīng)相應(yīng)增加，水流的流向趨于車輪的振幅。隨著水頭高度的減小，轉(zhuǎn)輪葉片長度應(yīng)變短，高度應(yīng)逐漸增大，從而使流動方向趨于軸流方向。然而，任何形狀的車輪通常由轉(zhuǎn)輪上冠、車輪下環(huán)、轉(zhuǎn)輪葉片、上下止漏裝置、卸料錐和卸壓裝置組成。

二、混流式水輪機轉(zhuǎn)輪出現(xiàn)裂紋的原因分析

根據(jù)歷年的相關(guān)資料顯示，在弗蘭西斯水輪機轉(zhuǎn)輪中，裂紋不是罕見的現(xiàn)象，在水輪機運行中，轉(zhuǎn)輪裂紋是常見的現(xiàn)象。以我國某水電站為例，在水電站第一次正常養(yǎng)護中發(fā)現(xiàn)了水輪機轉(zhuǎn)輪裂紋。在轉(zhuǎn)輪葉片裂紋的現(xiàn)象在后續(xù)單元的定期維護，和水輪機投入運行已長達十年，并在渦輪葉片裂紋問題近十年的運行過程中，它從未中斷，但水電站相關(guān)維修人員沒有進行深入的研究和采取有效的措施來解決這一問題，并將在每次維護裂縫現(xiàn)象。用于水電站混流式水輪機的額定功率是582mw，終極的力量是612mw，公稱直徑6257mm，額定水頭165m和額定轉(zhuǎn)速142.9 rpm。這個輪子是不銹鋼做的。所述轉(zhuǎn)輪上冠為固定在上冠上的均勻分布葉片的圓錐體，在周邊開有若干泄壓孔，卸壓裝置安裝在側(cè)面。葉片部分為機翼型，采用數(shù)控機床控制葉片厚度在188毫米以內(nèi)。下環(huán)采用錐角直線。卸料錐采用鋼板焊接。內(nèi)部是中空的，底部開著，以泄漏環(huán)和潤滑軸承的潤滑水的泄漏。

目前，通過對該水電站弗蘭西斯水輪機轉(zhuǎn)輪裂紋的觀察和深入分析，主要是由以下幾點引起的。

（一）車輪焊接的質(zhì)量存在風(fēng)險。由于弗蘭西斯渦輪頭的頭部類型不同，其結(jié)構(gòu)也不同，材料和加工工藝也有很大不同。該水電站轉(zhuǎn)輪主要采用焊接結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)輪上冠、葉片和下環(huán)采用單獨鑄造，然后加工焊接。雖然它具有良好的技術(shù)經(jīng)濟效果，但節(jié)省了鑄造材料，但由于鑄件小，形狀簡單，降低了鑄造能力的要求，增加了焊接工作量，而且每個焊縫的質(zhì)量和消除焊接溫度的壓力都不是很好。

（二）車輪的變形。轉(zhuǎn)輪葉片最薄弱的部分是出水邊緣，分離輪總是在出水口處運行，產(chǎn)生水負荷難以承受的壓力。另外，排氣口的空化能力最差，在壓力和空化的雙重影響下，葉輪容易破碎。

（三）超負荷運行的影響。水輪發(fā)電機組投運后，為了追求經(jīng)濟效益，忽視了正常運行時間和定期檢修。然后，整個裝置的運行時間很容易超過它所能承載的負荷，從而導(dǎo)致車輪葉片甚至裂紋的損壞。

（四）的排氣壓力的影響。在整個汽輪機運行過程中，尾水管不可避免地會出現(xiàn)渦流帶，這將影響流量并產(chǎn)生一定的脈動壓力。這種壓力將上升到轉(zhuǎn)輪的葉片，并引起葉片的共振引起的轉(zhuǎn)輪葉片的裂紋。

三、混流式水輪機轉(zhuǎn)輪裂紋的預(yù)防措施

轉(zhuǎn)輪的良好運轉(zhuǎn)對水輪機機組的整體運轉(zhuǎn)意義顯著， 因此，我們必須盡力保證車輪的平順性。裂縫發(fā)生后，應(yīng)及時修復(fù)或及時更換。在今后的日常維護和保養(yǎng)中，我們可以從以下幾個方面作出努力：

（一）在材料的初始選擇時應(yīng)謹慎。不銹鋼焊接應(yīng)具有高塑性，應(yīng)選用不銹鋼材料進行焊接。

（二）隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，混流式水輪機也取得了技術(shù)上的改進和創(chuàng)新，使水輪機內(nèi)的水流量更加穩(wěn)定，但仍不能準確預(yù)測脈動壓力的幅值。因此，今后應(yīng)將水輪機的改進與水電站的運行特性相結(jié)合，具體分析和選擇合理、科學(xué)的設(shè)計和操作規(guī)程。作記號。

（三）堅持避振。水輪機由于自身的能量特性、空化特性和強度限制，具有一定的運行限制。因此，在水輪機全水頭性能試驗的基礎(chǔ)上，合理確定其運行極限面積（即較大的振動面積），盡量避免該區(qū)域的運行，以減少液壓振動對車輪的損傷。這是為了避免轉(zhuǎn)輪裂紋的最重要措施，已經(jīng)由三三峽、隔河巖運行實踐驗證，萬佳翟和許多其他的發(fā)電廠。自1998機組投入運行以來，兩灘水電站進行了多項穩(wěn)定性試驗。通過長期的經(jīng)驗積累和分析總結(jié)，初步確定了每套機組運行的3個運行條件：穩(wěn)定運行區(qū)、許可運行區(qū)和禁止運行區(qū)，隨著水頭的上升，上述地區(qū)的趨勢向上移動。在穩(wěn)定運行負荷區(qū)，對單元機組的振動在一個小的值基本上是穩(wěn)定的，和機組的運行是穩(wěn)定的（例如，水導(dǎo)擺是穩(wěn)定在60 ～ 70μm）；在特許經(jīng)營區(qū)域負荷，機組的振動是比較大的有一個跳躍，水輪機的尾管的渦帶和尾管具有較大的噪聲；對機組振動的工作負載區(qū)禁止達到（即振動區(qū)）。在損壞的情況下，機組運行穩(wěn)定性明顯較差，整機發(fā)生間歇性振動，振動值保持在很高的值，噪聲較大。在這方面，我們制定了嚴格的操作規(guī)程，以確保機組能夠最大限度地避免振動區(qū)的運行。近年來，兩灘水電站6臺機組的裂紋數(shù)量不斷減少，主要是由于采取了避振運行措施。。

（四）發(fā)現(xiàn)車輪裂紋及時解決是很重要的，但目前還沒有很有效的監(jiān)測方法。因此，最重要的是日常的預(yù)防，也就是說，必須高度重視汽輪機的定期監(jiān)測和維護，并隨時發(fā)現(xiàn)問題。同時，在裂縫修復(fù)時應(yīng)采取徹底的解決辦法。對于非常嚴重的裂紋條件，應(yīng)采取專門的處理措施，以提高轉(zhuǎn)輪葉片的受力幅度，以確保修復(fù)后裂紋不會再次出現(xiàn)。

四、結(jié)束語

綜上所述， 混流式水輪機的廣泛應(yīng)用伴隨著汽輪機葉片的頻繁裂紋，導(dǎo)致機組整體運行，甚至在很大程度上影響了水電站運行的經(jīng)濟效益。同時，汽輪機的正常運行對機組的整體安全非常重要，而水輪機是機組安全運行的核心部件之一。汽輪機的損壞將不可避免地給機組的平穩(wěn)運行帶來障礙。因此，混流式水輪機廣泛應(yīng)用于能量轉(zhuǎn)換時，必須高度重視車輪裂紋問題，并采取有效措施及時修復(fù)。這不僅是水電站安全運行的保證，也是經(jīng)濟效益的考慮。

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