轉(zhuǎn)輪室轉(zhuǎn)輪室裂紋產(chǎn)生的原因

轉(zhuǎn)輪室裂紋產(chǎn)生有以下原因：

(1) 凌津?yàn)?dǎo)水機(jī)構(gòu)軸向長僅有1.955m，而轉(zhuǎn)輪室的軸向長則有4.235m，當(dāng)時(shí)日立公司的設(shè)計(jì)只考慮了轉(zhuǎn)輪的安裝方便，而忽略其他方面的影響，轉(zhuǎn)輪室過長帶來的問題就是同種厚度的情況下，轉(zhuǎn)輪室的剛度降低。由于轉(zhuǎn)輪室長度是機(jī)組總體設(shè)計(jì)時(shí)確定的，后期改造無法對(duì)此項(xiàng)進(jìn)行改進(jìn)。

(2) 轉(zhuǎn)輪室為懸臂結(jié)構(gòu)，是水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的關(guān)鍵部件，轉(zhuǎn)輪室的振動(dòng)不可避免。轉(zhuǎn)輪出水邊的水流經(jīng)過轉(zhuǎn)輪室過渡段后急速變化，流速急速降低，水能進(jìn)一步得到回收利用，但懸臂結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪室擴(kuò)散段受到約束降低。

(3) 轉(zhuǎn)輪室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足，用材單薄，導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪室運(yùn)行振動(dòng)值變大。凌津?yàn)襞菪蜋C(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑6 900mm，轉(zhuǎn)輪室重僅40t，轉(zhuǎn)輪室全球段厚度為45mm，過度段厚度為30mm，尾部擴(kuò)散段為25mm，同比國內(nèi)同類型機(jī)組轉(zhuǎn)輪室用鋼量不足，這是導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)輪室剛性不足的主要原因。機(jī)組運(yùn)行時(shí)已測到的最大振動(dòng)值大于600um(過渡段) ，與國內(nèi)同類型機(jī)組相比振動(dòng)值偏大300um。

(4) 轉(zhuǎn)輪室焊縫質(zhì)量存在隱患。轉(zhuǎn)輪室焊前坡口僅22.5°采用氣體保護(hù)焊，焊槍焊絲不能深入到焊接的位置，導(dǎo)致焊接時(shí)焊不到位，焊后坡口局部形成空腔，且焊縫易存在氣孔、未熔合、夾渣、啃邊等缺陷，降低了轉(zhuǎn)輪室焊縫的強(qiáng)度。雖然廠家曾多次對(duì)轉(zhuǎn)輪室進(jìn)行過改進(jìn)、修補(bǔ)，但消缺性質(zhì)的返修，不可能刨開所有焊縫重新進(jìn)行處理。這些焊縫缺陷隨機(jī)組振動(dòng)等原因不斷轉(zhuǎn)變成細(xì)小裂紋，在某一特定條件下這些細(xì)小裂紋可能發(fā)生劣化變?yōu)樨灤┬粤鸭y。

(5) 焊縫異種材質(zhì)焊接。轉(zhuǎn)輪室球形段的材料為OCr18Ni9，其他段材料均為Q235。異種材質(zhì)焊接易產(chǎn)生焊縫內(nèi)部化學(xué)成分不均勻、金屬組織的不均勻、機(jī)械性能的不均勻、應(yīng)力場分布不均勻，導(dǎo)致焊縫應(yīng)力集中和焊接缺陷。

(6) 轉(zhuǎn)輪室制造時(shí)受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制，哈爾濱電機(jī)廠的加工能力有限，無法加工4.235m長的分辨面，故經(jīng)與日本日立公司協(xié)商并得到日立公司的批準(zhǔn)后，將轉(zhuǎn)輪室改成兩段結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)輪室分段帶來的問題較多，第一增加了轉(zhuǎn)輪室的連接面，加大了轉(zhuǎn)輪室漏水的幾率。第二增加了轉(zhuǎn)輪室的焊縫數(shù)量，加大了轉(zhuǎn)輪室的開裂幾率。第三轉(zhuǎn)輪室分段后帶來異種鋼焊接問題。第四轉(zhuǎn)輪室分段結(jié)構(gòu)不合理，轉(zhuǎn)輪室擴(kuò)散段厚度僅為25mm，分段法蘭厚度則有40mm，鋼板厚度相差大，轉(zhuǎn)輪室在長期振動(dòng)、疲勞及交變應(yīng)力的作用下，焊縫開裂 。

轉(zhuǎn)輪直徑6900mm，轉(zhuǎn)輪室重40t，轉(zhuǎn)輪室的上游側(cè)通過法蘭與外配水環(huán)連接形成懸臂結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)輪室的下游側(cè)為伸縮節(jié)。轉(zhuǎn)輪室由收縮段、球面段、過度段、擴(kuò)散段組成，且各段板厚不一致。水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)外配水環(huán)軸向長為1.955m，轉(zhuǎn)輪室軸向長為4.255 m。

為便于水輪機(jī)檢修，轉(zhuǎn)輪室按上、下兩瓣設(shè)計(jì)。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪檢修時(shí)，將轉(zhuǎn)輪室上半部分吊出，下半部分降低約500mm后形成檢修平臺(tái)。在轉(zhuǎn)輪室外圈的收縮段、球面段、過度段、擴(kuò)散段的中間位置分別設(shè)置3道環(huán)向筋板。軸向按8等分布置筋板，形成籠狀結(jié)構(gòu)以提高轉(zhuǎn)輪室強(qiáng)度。將該環(huán)向加強(qiáng)筋板后移至焊縫處，并改過度段與擴(kuò)散段為法蘭(簡稱轉(zhuǎn)輪室分段法蘭) 連接。待轉(zhuǎn)輪室組裝完成后，對(duì)轉(zhuǎn)輪室分段法蘭的內(nèi)接合縫采用了封水焊道的焊接工藝，該工藝在確保轉(zhuǎn)輪室分段法蘭的密封性能的同時(shí)具有一定柔性特點(diǎn)。

轉(zhuǎn)輪室在運(yùn)行中，出現(xiàn)滲漏、焊縫開裂等現(xiàn)象，機(jī)組轉(zhuǎn)輪室焊縫內(nèi)部均存在不同程度的超標(biāo)缺陷，存在嚴(yán)重安全隱患，威脅電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。與國內(nèi)其他同類型電廠轉(zhuǎn)輪室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行比較分析，借鑒其轉(zhuǎn)輪室裂紋處理經(jīng)驗(yàn)，主要有兩個(gè)方向：一是徹底加強(qiáng)轉(zhuǎn)輪室本體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，取消多余的軸向拉筋，適當(dāng)設(shè)置環(huán)向筋板；二是通過設(shè)置比較多的軸向和環(huán)向筋板，來輔助增強(qiáng)轉(zhuǎn)輪室結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。結(jié)合電廠機(jī)組實(shí)際安裝特點(diǎn)(原有設(shè)備條件限制) ，第一種方式切實(shí)可行 。

根據(jù)裂紋產(chǎn)生原因分析，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)輪室的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)改造，才能達(dá)到控制和消除裂紋的產(chǎn)生。如引言所述的兩種方法，若采用第二種方式，裝設(shè)數(shù)量較多的軸向及環(huán)向筋板，致使轉(zhuǎn)輪室整體重量增加過大，需要加大安裝基礎(chǔ)螺紋孔孔徑，對(duì)基礎(chǔ)部件的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出更高的要求，因電廠已投產(chǎn)多年，安裝基礎(chǔ)部件無法更改，無法滿足; 采用第一種方式，適當(dāng)加厚轉(zhuǎn)輪室的材質(zhì)，改變轉(zhuǎn)輪室本體強(qiáng)度，取消軸向筋板，將轉(zhuǎn)輪室彈性變形控制在合理范圍之內(nèi)，減小轉(zhuǎn)輪室運(yùn)行過程中的應(yīng)力集中，相比第二種方式，增加的重量在可控范圍內(nèi)，在不改變安裝基礎(chǔ)部件的情況下，通過計(jì)算論證可以達(dá)到要求，從而控制裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)又不影響基礎(chǔ)安裝部件的穩(wěn)定運(yùn)行，所以應(yīng)采用第一種方式對(duì)轉(zhuǎn)輪室進(jìn)行徹底更新?lián)Q型。

新轉(zhuǎn)輪室設(shè)計(jì)過程中完全取消軸向筋板，在綜合考慮機(jī)組外配水環(huán)與轉(zhuǎn)輪室法蘭連接螺栓強(qiáng)度(提高螺栓強(qiáng)度等級(jí)) ，通過適當(dāng)增加母材厚度，提高轉(zhuǎn)輪室整體強(qiáng)度。采用新工藝和方法，減少結(jié)構(gòu)焊縫，達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。

(1) 新轉(zhuǎn)輪上游裝配法蘭定位尺寸與原始轉(zhuǎn)輪室上游裝配法蘭裝配定位尺寸應(yīng)相符。因新轉(zhuǎn)輪連接法蘭加厚，裝配銷釘與螺栓相應(yīng)加長，直徑、數(shù)量以及位置不變。對(duì)該連接法蘭的螺栓、銷釘?shù)膹?qiáng)度進(jìn)行校核，保證連接件對(duì)各種極端和交變載荷工況下具有足夠的抵抗力和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

(2) 根據(jù)有限元模型計(jì)算，轉(zhuǎn)輪室改造后其結(jié)構(gòu)應(yīng)力保證新轉(zhuǎn)輪室在任何工況下局部結(jié)構(gòu)及材料應(yīng)力均小于材料屈服應(yīng)力的85%以內(nèi)，確保新轉(zhuǎn)輪室的剛性。

(3) 為確保機(jī)組效率特性，新改造后的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)過流斷面幾何尺寸及技術(shù)要求與原設(shè)計(jì)尺寸及技術(shù)要求相同。

(4) 新轉(zhuǎn)輪室結(jié)構(gòu)采取增加轉(zhuǎn)輪室壁厚和同種材質(zhì)整體制造，部分取消轉(zhuǎn)輪室加強(qiáng)筋板和取消異種鋼焊接的方法，達(dá)到增加轉(zhuǎn)輪室的剛度，減小異種鋼焊縫裂紋的目的。放棄原有薄壁結(jié)構(gòu)保留變厚度結(jié)構(gòu)及有限采用整體結(jié)構(gòu)方法，新的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)充分進(jìn)行可行性論證、結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)和使用分析。轉(zhuǎn)輪室的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足轉(zhuǎn)輪室在各種工況下的技術(shù)要求和工作標(biāo)準(zhǔn)，在預(yù)期的載荷下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并有足夠的安全裕量，其應(yīng)力、應(yīng)變和位移在允許的范圍內(nèi)，防止結(jié)構(gòu)失效。

(5) 新轉(zhuǎn)輪室按水平方向分上下兩瓣設(shè)計(jì)，需綜合考慮轉(zhuǎn)輪及轉(zhuǎn)輪室的吊裝、檢修要求，合理設(shè)置轉(zhuǎn)輪室吊耳孔的位置和數(shù)量，保證起吊的安全平穩(wěn)，下半部轉(zhuǎn)輪室的三個(gè)支撐塊位置不變，以保證下半部轉(zhuǎn)輪室下移時(shí)支撐的穩(wěn)定。

(6) 轉(zhuǎn)輪室結(jié)構(gòu)的尺寸數(shù)據(jù)應(yīng)采用原圖紙部分?jǐn)?shù)據(jù)及原轉(zhuǎn)輪室加工或現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，保證轉(zhuǎn)輪室與機(jī)組的裝配要求和標(biāo)準(zhǔn)，確保槳葉間隙、上下游同心度等裝配尺寸的一致性和準(zhǔn)確性。

(7) 新轉(zhuǎn)輪室改造后增加了轉(zhuǎn)輪室的整體重量，廠家負(fù)責(zé)計(jì)算和校核其對(duì)機(jī)組配水環(huán)和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的影響，確保與原設(shè)備的配套和機(jī)組的安全運(yùn)行。

(8) 轉(zhuǎn)輪室上下分瓣組合面及與外配水環(huán)組合面采用法蘭連接，連接螺栓應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，并應(yīng)有可靠的止漏措施，保證轉(zhuǎn)輪室各組合面在各種工況下的安全運(yùn)行和嚴(yán)密不漏。

(9) 轉(zhuǎn)輪室與基礎(chǔ)環(huán)之間應(yīng)設(shè)有伸縮節(jié)，以保證轉(zhuǎn)輪室熱脹冷縮的伸展空間，其調(diào)節(jié)間隙控制在10mm內(nèi)，伸縮節(jié)的結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，足以抵抗轉(zhuǎn)輪室的運(yùn)行振動(dòng)、擺度所導(dǎo)致的破壞作用，以保證伸縮節(jié)在各種工況下的安全穩(wěn)定及嚴(yán)密不漏。

(10) 在轉(zhuǎn)輪室擴(kuò)散段的尾部方向設(shè)置不小于600mm進(jìn)入孔。開設(shè)進(jìn)人門的位置應(yīng)與原機(jī)組進(jìn)人門相同，并進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，應(yīng)有可靠的防開裂措施。進(jìn)人門形式與原轉(zhuǎn)輪室進(jìn)人門相同。進(jìn)人門的內(nèi)表面應(yīng)與尾水管里襯內(nèi)表面齊平，進(jìn)人孔底框下部應(yīng)有一個(gè)銅旋塞，用于檢查進(jìn)入門處是否有水。

(11) 轉(zhuǎn)輪室應(yīng)設(shè)有測量導(dǎo)葉后水壓力的不銹鋼測頭4 個(gè)，沿圓周方向均布，測頭位置應(yīng)與模型試驗(yàn)時(shí)的測頭位置相對(duì)應(yīng)。

(12) 轉(zhuǎn)輪室的結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行材料、結(jié)構(gòu)力學(xué)分析和計(jì)算以及各種檢測試驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求，并提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)和報(bào)告。

(13) 新轉(zhuǎn)輪室設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

①轉(zhuǎn)輪室采用整體模壓成型工藝。轉(zhuǎn)輪室與機(jī)組外配水環(huán)連接的喇叭口段、球面段、過渡段整體模壓成型、無環(huán)向焊縫。過渡段與擴(kuò)散段環(huán)向焊接成型，不允許加工焊縫，并光滑過度。

②轉(zhuǎn)輪室環(huán)筋布置。在轉(zhuǎn)輪室上布置3道環(huán)筋，分別位于球面段、過渡段、擴(kuò)散段。

③轉(zhuǎn)輪室設(shè)計(jì)與原外配水環(huán)法蘭把合螺孔、銷釘配合，以及與原尾水管伸縮節(jié)座環(huán)、壓環(huán)配合，滿足現(xiàn)場安裝要求。

④轉(zhuǎn)輪室材質(zhì)。轉(zhuǎn)輪室與原外配水環(huán)連接法蘭、轉(zhuǎn)輪室本體包括法蘭、擴(kuò)散段、合縫面法蘭材料全部為OCr13Ni5Mn 不銹鋼板。連接螺栓、銷釘全部采用35CrMo 鍛鋼。轉(zhuǎn)輪室3 道環(huán)筋為Q235 材質(zhì)。

⑤轉(zhuǎn)輪室厚度。上游側(cè)法蘭為60mm。上游側(cè)喇叭口段為60mm。球面段為60mm。過渡段為60mm。擴(kuò)散段為40mm 。2100433B

埋入部件基礎(chǔ)環(huán)

基礎(chǔ)環(huán)是混流式水輪機(jī)的埋設(shè)部件，預(yù)埋在混凝土中。其作用如下：

(1)基礎(chǔ)環(huán)是連接座環(huán)和尾水管進(jìn)口直錐段的基礎(chǔ)部件。

(2)形成了混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪室，轉(zhuǎn)輪的下環(huán)在其內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，可能承受轉(zhuǎn)輪室傳來的水力振動(dòng)，因而要求與混凝土結(jié)合牢固。

(3)基礎(chǔ)環(huán)是底環(huán)安裝的基礎(chǔ)部件，底環(huán)通過螺栓與基礎(chǔ)環(huán)把合。

(4)基礎(chǔ)環(huán)是布置混流式轉(zhuǎn)輪下靜止漏環(huán)的基礎(chǔ)。

(5)基礎(chǔ)環(huán)下法蘭面也是安裝和拆卸水輪機(jī)時(shí)落放轉(zhuǎn)輪的基礎(chǔ)，它與轉(zhuǎn)輪下環(huán)底面之間有一定的間隙，作為安裝時(shí)放置斜楔、調(diào)整轉(zhuǎn)輪水平之用。

基礎(chǔ)環(huán)通常與座環(huán)直接連接，或者與座環(huán)作成一個(gè)整體。大中型機(jī)組的基礎(chǔ)環(huán)一般采用鋼板焊接而成，其上部法蘭面與座環(huán)下環(huán)用螺栓把緊，其下法蘭直接與尾水管進(jìn)口錐管里襯焊接；對(duì)于中小型水輪機(jī)，若運(yùn)輸允許，可將基礎(chǔ)環(huán)和座環(huán)作成一整體。

埋入部件轉(zhuǎn)輪室

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室，主要是指轉(zhuǎn)輪在其內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周空間。軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室是水輪機(jī)過流通道的一部分，其上部與底環(huán)連接(起部分支承作用)，其下部與尾水管的錐管段連接。其作用相當(dāng)于上述混流式基礎(chǔ)環(huán)作用的“(2)”、“(3)”，但不與座環(huán)連接，對(duì)座環(huán)無支承作用。

轉(zhuǎn)輪室的外形和選用的轉(zhuǎn)輪型號(hào)有關(guān)。一般在葉片水平中心線以上為圓柱形，在中心線以下為球形，其形狀和葉片外緣相吻合，以保證葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)輪仍具有最小的間隙。但也有采用全球形轉(zhuǎn)輪室的，如三門峽水電站1號(hào)機(jī)改造后即是如此，葉片在各工況下均有最小的間隙，進(jìn)一步減小了水流漏損，但不足的是在檢修時(shí)需拆卸上半部轉(zhuǎn)輪室。

轉(zhuǎn)輪室的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪的大小、工作水頭有關(guān)。小型機(jī)組一般采用碳素鋼鑄造結(jié)構(gòu)，大中型機(jī)組一般采用焊接結(jié)構(gòu)。由于大型機(jī)組的轉(zhuǎn)輪室尺寸較大，多采用鋼板卷焊而成，一般可分為上、下環(huán)二部分(或上、中、下環(huán)三部分)，每一環(huán)分幾瓣，用法蘭及螺栓把合。轉(zhuǎn)輪室的內(nèi)壁在葉片出口處常產(chǎn)生嚴(yán)重的磨蝕，通常采取的抗磨蝕措施是在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁鋪焊不銹鋼板或堆焊不銹鋼保護(hù)層。

運(yùn)行時(shí)由于水流的壓力脈動(dòng)，在轉(zhuǎn)輪室上作用有很大的周期性荷載，為加強(qiáng)轉(zhuǎn)輪室的剛度和改善它與混凝土的結(jié)合，在其四周布有環(huán)向和豎向的加強(qiáng)筋，并用千斤頂和拉桿把轉(zhuǎn)輪室牢固地固定在二期混凝土中。千斤頂在安裝轉(zhuǎn)輪室時(shí)還起調(diào)整中心的作用。

另外，轉(zhuǎn)輪室一般設(shè)有進(jìn)入孔，以便于進(jìn)入轉(zhuǎn)輪室檢查葉片和修復(fù)葉片外緣。

當(dāng)要處理的有機(jī)廢氣進(jìn)入轉(zhuǎn)輪 240℃扇形的吸附區(qū)域時(shí)，廢氣中的有機(jī)污染分子被轉(zhuǎn)輪內(nèi)的吸附劑吸收，沿著旋轉(zhuǎn)方向，第一吸附區(qū)旋轉(zhuǎn)到第八吸附區(qū)時(shí)，該區(qū)域的轉(zhuǎn)輪因吸收了一定量的污染有機(jī)分子而趨向飽和；隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，該區(qū)域經(jīng)過渡區(qū)后進(jìn)脫附區(qū)進(jìn)行熱風(fēng)脫附處理。脫附的過程，熱風(fēng)同時(shí)對(duì)吸附材料進(jìn)行加熱。當(dāng)轉(zhuǎn)到冷卻區(qū)時(shí)，主要對(duì)吸附材料進(jìn)行冷卻處理，使吸附材料恢復(fù)吸附功能。整個(gè)轉(zhuǎn)輪饒著中心軸旋轉(zhuǎn)，在脫吸附的氣體流向始終保持不變情況下，實(shí)現(xiàn)脫吸附區(qū)域的不間斷連續(xù)工作。