潘家口水电厂1号机转轮引水板处理

于东旭 张平顺

摘 要：潘家口水电厂1号水轮机转轮引水板下面是个空腔，机组运行时水流的脉动压力作用到引水板上，形成击鼓效应，导致引水板开裂破坏，要解决这个问题，就要消除空腔，即用钢筋混凝土填充这个空腔。这个方法紧跟水机制造研发行业发展方向，取消3个空腔。

关键词：潘家口水电厂；水轮机；引水板；钢筋混凝土

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.175

0 概述

潘家口水电厂1号水轮机转轮引水板开裂始终是威胁机组放水发电的安全隐患，20多年来，潘家口水电厂的处理措施在“裂了就焊，焊完再裂”的规律中循环，同时我们也在不断地探索、研究简单、有效的解决方法。

1 水轮机参数

型号 HL220-LJ-550

水机出力 154兆瓦

最大水头 85米

设计水头 63.5米

最小水头 36米

额定转速 100转/分

设计流量 277立方米/秒

2 引水板开裂原因分析

（1）引水板的使用情况。1号机组1987年7月、1989年11月曾因转轮引水板开裂造成紧急停机，被迫进行了引水板抢修处理。为了确保机组安全，在1991年扩修时对1号机引水板进行了检修加固处理，在引水板和转轮上冠间对称焊接了八个外径φ289的钢管，补焊了两块1250mm×80mm、1100mm×80mm厚20mm的16Mn钢板，并对引水板裂纹进行了处理。

1号机组在2000年12月10日小修例行检查中，在顶盖+X、-Y方向原调相补气管口处检查转轮引水板时，发现引水板有一条裂缝，裂缝呈错口状外侧比内侧高约2mm、宽度约0.5mm，管口处裂缝长170毫米，因此机组被迫进行抢修。顶盖吊起后仔细检查引水板，发现引水板裂缝比预想的要严重，需要处理的共有39条裂纹，累计长度21.85m，其中最大的一条裂缝为穿透性裂缝长度3.9m，在裂缝处的引水板没有发生大的翘起。

以上情况说明1991年转轮引水板加固时安装的八个钢管，对防止引水板开裂起到了一定的效果的，特别是加固用的八个支撑钢管起到了防止引水板大面积翘起的作用。但是整个引水钢板金属已达到了疲劳极限，并产生了严重的疲劳破坏，随时可能发生新的裂缝，已不能保证机组安全运行。为了确保机组安全运行，结合2009年的机组扩修，拟对转轮引水板进行彻底的更新改造。

（2）引水板损坏原因分析。1）引水板结构不合理。引水板外径为Φ5020mm、内径Φ2130mm、面积16.22平米，由于引水板安装后上表面进行了加工，引水板厚度不均匀在22mm～36mm之间。其与转轮联接除外边缘与上冠焊接外，其余均为悬空结构，因此引水板悬空面积大，且引水板与转轮联接相当薄弱、刚度差，尤其是引水板外缘台阶处厚度仅15mm。在机组运行过程中引水板会产生振动，造成钢板疲劳使引水板开裂、脱落。2）引水板安装质量不高。引水板安装时，部分焊缝坡口开的过小、过浅，部分焊缝底部未充分熔合。引水板的10块加强筋板焊接不牢，加强筋板曾发生脱落现象，严重影响引水板的强度和刚度。

3 引水板处理思路

经过几年的探索、研究，水电厂有关技术人员基本统一了认识：引水板开裂的罪魁祸首就是引水板下面的空腔，水流的脉动压力作用到引水板上，形成击鼓效应，导致引水板损坏。如果设法消除这个空腔，那么问题也就彻底解决了。

4 处理措施

经过调研龙羊峡电厂曾使用钢筋混凝土的方法解决了转轮引水板开裂问题，我们借鉴兄弟单位的经验与教训成功的处理了潘家口水电厂转轮引水板开裂问题。

（1）混凝土材料选择。为了提高混凝土的耐磨性能，选用冀东42.5普通硅酸盐水泥。混凝土在转轮中基本不受拉、弯应力，选用C30混凝土，塌落度4—6cm。为了消弱剪切应力，选用补偿收缩混凝土：要求水泥用量大于300公斤/立方，选用唐山丰润区乾坤建安技术研究所生产的QK-UEA低碱膨胀剂，用量6%，混凝土顶面为自由面，对转轮无积压应力作用；选用二级配混凝土，大集料5—40，细集料选中砂，混凝土表面涂刷环氧一道。混凝土配比：水154KG，42.5水泥383KG，膨胀剂25 KG，中砂667KG，石子 1171KG。浇筑前在转轮上涂刷108胶一道。

考虑到转轮法兰面距顶面只有40毫米，浇筑混凝土结合不好，故用40毫米厚钢板焊接。

割除引水板后转轮引水板止口处的钢板相当于一个悬臂梁，受力不好。为防止它向上翘曲，用碳弧气刨打坡口，507焊条焊平。

（2） 钢筋选择。选择唐钢产品，保证产品性能。钢筋锚固长度70毫米且与转轮焊接。

径向布置φ10钢筋，平面间距靠大轴处大约150毫米；轴向间距150毫米（完整钢筋网分二层），不完整钢筋网分2层。轴向布置φ10钢筋，间距靠大轴处150毫米，钢筋在转轮上焊接錨固70毫米，混凝土顶面下50毫米做90度弯勾，弯勾长70毫米。

（3）施工步骤及要求：1）拆除引水板在厂房安装间内进行，将转轮吊出机坑放置在安装间内用六个支墩垫起，用支墩上的楔子板将转轮调平后，将楔子板点焊牢。2） 用气割将引水板、加强板全部割除。保留10个排水管、8个加强管，确保正原钢管的顶面完好，以作浇筑混凝土的高程控制点。割除引水板后转轮引水板止口处的钢板相当于一个悬臂梁，受力不好。用碳弧气刨打坡口，507焊条焊平。清除转轮内腔的锈蚀部分。用8个高230毫米，宽130毫米，厚16毫米的钢板与转轮体焊接加强内管的刚度。3） 在两半转轮内对称布置钢筋，并做锚固处理，部分立筋可用加强管代替，顶层钢筋距离上冠顶面50毫米，在顶层钢筋上布置周向φ10钢筋。4）为了保持平衡状态，在配重块的对称位置设置相应的配重空腔，以消除混凝土对平衡问题的影响。5）选用350L混凝土搅拌机拌和，用厂用天车和专用吊装斗吊运混凝土。分两半浇筑C30混凝土，并振捣密实，用18个钢管顶面做高程控制，用木抹子找平压出麻面。

5 处理效果

水轮机转轮引水板处理后，经过将近一年的运行，效果很好。2017年9月份机组小修，对引水板再次测量检查无变化。

6 结论

潘家口水电厂在技术人员共同努力下，彻底消除了引水板开裂问题，为机组的安全运行创造了条件。