水泵水轮机转轮裂纹成因分析及处理

许国荣 余龙 袁正浩

摘要：水泵水轮机转轮裂纹的出现，会影响水泵水轮机运行的稳定性及可靠性，因此有必要结合实际工程项目，分析水泵水轮机转轮裂纹发生的成因，进一步采取有效处理措施。本课题便重点围绕“水泵水轮机转轮裂纹成因及处理”进行分析研究，以期提高水泵水轮机的综合运行效益。

关键词：水泵水轮机；转轮裂纹；成因；处理措施

进入21世纪以来，在社会经济稳步发展的背景下，我国水电站建设工程事业发展迅速。值得注意的是，水泵水轮机是水电站应用广泛的一种机械设备。为了提高水泵水轮机运行的效率，便需确保其运行期间不会出现故障。但是，从水泵水轮机实际运行状态来看，易出现转轮裂纹，从而影响运行的稳定性及可靠性。鉴于此，本课题围绕“水泵水轮机转轮裂纹成因及处理措施”进行分析研究具备一定的价值意义。

1.水泵水轮机转轮裂纹成因分析

水泵水轮机转轮裂纹的发生，究其原因体现在多个方面，结合以往的工作经验，总结了以下三大成因：

（1）设计成因。基于装置静吸入高度条件下，电站的水泵工况处在空泡环境下运行，从而加大了空化破坏的发生几率。值得注意的是，如果未能在设计前确保材质及转轮工艺设计的质量，则容易导致水泵水轮机出现裂纹。

（2）制造成因。水泵水轮机转轮进行堆焊层增设过程中，焊材、母材 融合面、转轮叶片和下环角焊缝内，可能有焊接缺陷存在，使角焊缝的承载力降低，进而易诱发转轮裂纹。

（3）运行成因。处于水泵工况条件下，机组大流量运行，在受到空泡状态影响，也就是转轮水泵工况的进口边正压面受到高频动载荷的频率影响，会使材料出现疲劳状态，进而引发空蚀现象；此外，如果堆焊层和母材基于焊接期间熔合质量差，基于高频动载荷条件下也会出现疲劳状态。上述情况，均会加大转轮裂纹发生的几率。

2.水泵水轮机转轮裂纹处理措施探究

如前所述，水泵水轮机转轮裂纹发生的成因较多，因此有必要对转轮裂纹进行合理、科学的处理。根据实践工作经验，本人认为其处理过程需遵循“合理选择焊接材料→严格监测裂纹→完全清除裂纹→加强补焊处理”的原则，从而确保转轮裂纹得到全面处理，进而提高水泵水轮机运行的质量及安全性。下面对其处理要点进行分析：

（1）基于转轮裂纹处理前期，需严格检查转轮整体情况，可选择100%PT联合100%UT的检查方法，然后针对裂纹的部位及性质做好详细标记。

（2）针对堆焊面和裂纹显著位置，采取分段与分片铲磨处理措施，进一步进行补焊及修形处理；同时，需确保一次修复面积≤300平方厘米；在铲磨处理之后，然后对其他裂纹部位进行修复处理。

（3）严格按照焊接相关等级标准进行焊接处理，同时在处理过程中根据相关设计图纸加以执行；基于气刨清理裂纹之前，基于焊接处理之前，有必要针对裂纹缺陷部位采取预热处理措施，倘若处理过程中暂停施焊，需确保焊接部位温度维持在100℃到150℃范围内。

（4）基于补焊处理期间，需实时监控焊接部位的温度，确保焊接部位温度能够维持在100℃到230℃范围内。

（5）焊接之后，针对焊接部位采取150℃保温处理，在保温处理4小时之后，再进行热处理，然后在1天之后采取100%PT联合100%UT检查。

（6）结合裂纹的大小程度，在裂纹铲磨苹果醋中，合理选择方法：一方面，如果裂纹偏小，可使用磨削处理方法，针对雷文进行磨削处理之后，使比较规则的坡口有效形成，这样能够使焊接的质量得到有效保障。另一方面，如果裂纹偏大，则可使用碳弧气刨处理方法，特别是裂纹在很深的情况下，需实施多次吹割处理措施。此外，在气刨处理之后，有必要辞去砂轮做好相对应的磨削处理工作；考虑到过热诱发变形及裂纹加深等问题的出现，需确保碳弧气刨间断应用。

（7）在裂纹铲磨之前，需针对铲磨部位采取预热处理措施，将预热温度控制在≥100℃，同时通过电加热片两面加热的方法做好预热处理，如果裂纹面积偏小，在加热处理过程中可采取加热炬；基于温度符合标准要求的条件下，将待处理面的加热片去除，使背面加热片保留；在裂纹完全处理之后，通过100%PT进行验证，以此使裂纹处理的质量得到全面提升。

（8）在裂纹处理之后，需进行补焊处理，可使用GMAW方法，并通过多层多道焊接工艺，使每一层接头间错开15mm到30mm范围内；然后通过目视的方法在每焊一道过程中检查一次，倘若存在缺陷需及时进行清除及修补，进一步进行检查，避免后续处理存在缺陷；值得注意的是，每层焊接的厚度需维持在大约2mm，同时将焊道宽度维持在10mm范围内；此外，在补焊之后，需采取后热处理措施，并采取砂轮修磨补焊面，确保其光滑度符合转轮标准光滑度。

3.结语

综上所述，水泵水轮机转轮裂纹成因较多，包括：设计成因、制造成因以及运行成因等。因此，需确保设计的优化、制造的质量及运行的稳定性。进一步针对水泵水轮机转轮裂纹采取有针对性的处理措施，遵循上述提到的“合理选择焊接材料→严格监测裂纹→完全清除裂纹→加强补焊处理”的裂纹处理原则及流程。此外，根据实际工作经验，发现裂纹主要表现为贯穿性裂纹与非贯穿性裂纹两种，需采取相对应的处理措施，并在焊后处理进行打磨与探伤处理，利用100%PT联合100%UT方法进行检查，从而确保裂纹处理的质量，进一步提高水泵水轮机运行的可靠性及安全性。

参考文献

[1]庞希斌，彭硕群，祝加勇，蒋君操，杨恒，吴敏，宋太平，汤巍，何忠华.水泵水轮机转轮裂纹成因分析及处理[J].水电站机电技术，2019，42（02）：51-54.

[2]李琪飞，刘萌萌，张震，张建勋，刘谦.水泵水轮机制动工况内流特性分析[J].兰州理工大学学报，2019，45（01）：57-61.

[3]李琪飞，李光贤，李仁年，王仁本，陈雨.水泵水轮机在水轮机工况的导叶水力矩特性[J].排灌机械工程学报，2019，37（02）：130-135.

[4]张飞，祝宝山，钟大林，李东阔.水轮机工况下的水泵水轮机静态稳定[J/OL].水力发电学报：1-8[2019-04-15].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2241.TV.20181214.1650.002.html.

[5]宁楠，赖喜德，李萍.短叶片低压边对水泵水轮机空化性能的影响[J/OL].水力发电学报：1-9[2019-04-15].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2241.TV.20181219.1125.002.html.

[6]严丽，邓磊.水泵水轮机暂态试验数据分析和处理方法探讨[J].水电与抽水蓄能，2018，4（06）：70-74+49.

[7]李贵桃. 水泵水輪机转轮裂纹原因分析及处理[A]. 中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会.抽水蓄能电站工程建设文集2012[C].中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会：中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会，2012：3.

作者简介：许国荣（1997—）男，汉族，四川省凉山州，本科，研究方向：能源与动力工程。

余龙（1997—）男，彝族，四川省凉山州，本科，研究方向：能源与动力工程

袁正浩（1996—）男，汉族，四川省成都市，本科，研究方向：能源与动力工程

（作者单位：西华大学）