红旗水电站贯流式机组转轮室裂纹分析及处理

2017-03-09李进博，易吉军

四川水力发电 2017年1期

关键词：贯流式加强筋转轮

李进博，易吉军

(四川嘉陵江苍溪航电开发有限公司，四川广元 628400)

红旗水电站贯流式机组转轮室裂纹分析及处理

李进博，易吉军

(四川嘉陵江苍溪航电开发有限公司，四川广元 628400)

通过介绍红旗水电站贯流式机组转轮室合缝板角焊缝处裂纹产生的原因和采取的处理方法，为贯流式机组转轮室合缝板角焊缝的结构设计和工艺处理提供了一定的参考。

贯流式机组；转轮室；裂纹；应力集中；红旗水电站

1 概述

红旗水电站位于四川省广元市苍溪县境内，是嘉陵江广元至重庆段梯级开发的第三级。电站装有3台单机容量22MW的三叶片灯泡贯流式机组，年设计发电量2.66亿kW·h。机组的额定水头为6.1m，转轮直径7.2m，转轮室为全马氏体不锈钢，采用钢板模压结构，分上下两瓣，结合面采用法兰连接。

2016年1月，运行人员在检查2#机组伸缩节漏水问题时，发现转轮室靠尾水管侧上下半部合缝板角焊缝处有沿圆周方向的贯穿性裂纹。经对另外2台机组转轮室进行全面的检查和探伤，发现在同样的位置均有不同程度的裂纹存在。其中1#机组裂纹总长度为625mm, 最大裂纹深度为43mm；2#机组裂纹总长度为230mm，约有30mm裂纹为贯穿性裂纹；3#机组裂纹总长度为330mm，约有230mm裂纹为贯穿性裂纹(图1)。

图1 转轮室合缝板角焊缝处裂纹图

2 裂纹产生原因分析

2.1 结构工艺方面

对比同一厂家在嘉陵江下游凤仪水电站灯泡贯流式机组合缝板角焊缝处的结构(图2)可以看出：红旗水电站机组合缝板角焊缝处收缩比较剧烈；而凤仪水电站合缝板角焊缝处收缩比较平缓，转轮室合缝板到伸缩节之间有一个过渡段，且其为分段施焊，有利于应力消除。另外，厂家图纸要求合缝板角焊缝处的焊缝宽度应为20mm，而现场实际的焊缝宽度仅有5mm。经对材料疲劳应力进行计算得知：转轮室材料的永久疲劳应力幅为50MPa。当合缝板角焊缝宽度为20mm时，最大应力为56.5MPa，应力幅为28.3MPa，能够满足疲劳设计要求；而当合缝板角焊缝宽度为5mm时，最大应力为128.3MPa，应力幅为64.2MPa，无法满足疲劳设计要求，易造成焊缝开裂。

图2 红旗与凤仪水电站合缝板角焊缝结构对比图

2.2 运行方面

振动偏大是灯泡贯流式机组转轮室的普遍现象[1]，也是容易引起转轮室裂纹的因素之一。对此，我们调取了1#机组在5MW、10MW、15MW、20MW、22MW等5个工况下转轮室的振动数值。经对比得知：转轮室各工况振动数值均在厂家给定的振动幅值范围(0.2～0.5mm)内，但与下游凤仪水电站的振动数据相比，其振动数值平均大0.1～0.2mm。

综上所述，我们认为：3台机组产生裂纹的根本原因是角焊缝处结构收缩过渡不够以及焊缝未严格按工艺要求施焊所致。而机组运行中的交变应力和振动作用只是在一定程度上加速了裂纹产生，为次要原因。