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高水头运行对水轮机转轮叶片裂纹影响因素浅析

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2 0 1 4年第1 2期

高水头运行对水轮机转轮叶片裂纹影响因素浅析 康耀辉 摘要:对龙羊峡水电站机组在首次高水头运行后发现转轮叶片裂纹的具体情况和特I董进行了介绍与分析,得出高水头运行是水轮 机转轮叶片裂纹产生原因之一,但不是主要原因。水轮机转轮叶片裂纹产生的主要原因是多方面综合而成的。提出水轮机转轮叶片裂纹 处理的建议。

关键词:高水头;转轮叶片裂纹;特点分析;处理建议作者简介:康耀辉 ( 1 9 7 1一 ),男,陕西兴乎人,青海黄河水电公司班多发电分公司,工程师。(青海西宁 8 1 0 0 0 0 ) 中图分类号: T M6 2 2 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 7— 0 0 7 9 ( 2 0 1 4 ) 1 2— 0 2 6 4— 0 2

龙羊峡水电站 1 9 8 7~1 9 8 9年四台机组先后投产发电,机组额定运行水头1 2 2 m。自投产以来机组运行水头长期偏低,

纹, 3号机 1个叶片出现裂纹,另2台水轮机没有出现裂纹。这表

明,它们没有一个共同的、主要裂纹原因。 5 .在比较低的水头下运行叶片裂纹仍然出现

2 0 0 5年8月中旬起水库水位开始超过历年最高值,水轮机的运 行毛水头超过 1 3 0 m; 2 0 0 5年1 1月底前后库水位达到当期最高, 水轮机毛水头达到 1 4 5 . 7 5 m; 2 0 0 6年5月,上游水位回落到当期

2 0 0 7年7月在 1号机检修中发现,高水头运行后补焊过的转轮上在叶片出水边靠近上冠处重又出现五条贯穿性裂纹,其中三个叶片是高水头运行后补焊过的,且裂纹出现在叶片的同样 部位,另有两个新开裂的叶片。而此期间,水轮机的运行毛水头

最高水位以下,水轮机的毛水头也降低到1 3 0 m以下,这段高水 头运行期的中期和后期,检查首次发现 1号水轮机转轮有5片叶片开裂, 3号机有 1片叶片开裂, 2 0 0 6年1 0月在4号机上也首次 发现了3条裂纹。

均在 1 3 6 m以下,且大部分在 1 3 O m水头以下,与高水头运行前的 较高毛水头相当。 6 .裂纹都出现在水轮机累积运行 1 7~ 1 9年之后

针对机组运行近2 0年且经受首次高水头运行后转轮叶片出现

多条裂纹的现象,对水轮机高水头运行与转轮产生裂纹的关系进行简要分析如下: 一

4台机组分别在1 9 8 7 1 9 8 9年投入运行,到2 0 0 6年止已累积 运行了1 7~1 9年,在这些年的运行中水轮机转轮叶片都没有出现裂纹,在这个基础上又经过约半年的高水头运行,叶片裂纹现

龙羊峡水轮机转轮叶片裂纹情况和特点

1多数裂纹出现在高水头运行之后

象才相继出现了。这是龙羊峡水轮机转轮叶片裂纹出现的一个十分重要的隐性特点。 二、不同工况对水轮机转轮叶片裂纹的影响因素分析

最早发现的转轮叶片裂纹都是在高水头运行的后期,即由最高水头向下回落的过程中,如表1中所示 1号机和3号机的情况。这显示出,裂纹的出现与约半年的高水头运行有—定关系。 表 1各水轮机的裂纹条数和总长度 (裂纹条数/总长度 mm) 转轮 、

1 .高水头对叶片裂纹的影响有限机组转轮叶片首次出现裂纹时机组运行了近 2 0年,期间高水头持续运行的时间并不长。从2 0 0 5年8月1 9日水头开始升高 (毛水头超过 1 3 0 m), 3个月后,即当年 l 1月1 9日达到最高毛水头

尾水管及凑叶片补气短管泄水锥合节其他部位检查时间 锥管部分 7/ 3 4 0 0 脱落 4/ 4 8 5 加强筋开焊脱落 、

l号机 2号机 3号机 4号机

5/ 4 9 O 0 l/ l l 0 O

脱落 1块无记录 2 0 0 6 .

2 . 1 8

1 4 5 . 7 9米之后缓慢下降,到2 0 0 6年3月降低到约 1 3 6 m, 5月降低到 1 2 9 m。期间毛水头超过 1 3 0 m的持续时间总计为8个月,其中在 1 4 0 m以上运行的时间不超过4个月。 一

无记录 4/ 4 4 4 0 2/3 4 0 0

1 7 7 O

2 0 0 5 4 . 1 8 .

l 3/ 1 9 7 0  ̄3 3 6 0 l l/l 7 3 0 1 2/ 2 4 7 0

2 0 0 5 . 1 1 _ 8 2 0 0 5 . 1 2 . 2 7

些在高水头运行期间没有开裂的叶片,在水头已经降低

2 .裂纹出现在传统部位

到过去的水平 (毛水头约 1 3 0 m以下 )运行约1年后裂纹仍然出现 了,这显然主要不是水头影响的结果。

裂纹都出现在叶片出水边与上冠和下环相交的部位,多数

都在焊接热影响区。【 l 这显

示出裂纹的产生符合一般规律,即出 现在静应力和动应力都比较大的部位,也说明叶片裂纹主要不是

在高水头情况下作用在叶片上的水力动载荷会有所增大, 但增大的比例比较有限。高水头时,如果机组经常在大负荷情况下运行,其水力稳定性应是比较好的,叶片的动应力也比较低, 有利于避免叶片裂纹的出现。 综上所述:说明高水头运行不是导致叶片裂纹的主要原因。 2 .在低水头情况下运行裂纹现象同样出现

由偶然因素 (如材料缺陷、制造过程中产生的缺陷等)所引起。 3 .产生裂纹的叶片是少数

根据当时黄河电检中心的检测结果,统计出4台水轮机裂纹的条数和总长度数据,如表 1所示。数据显示产生裂纹的叶片是少数的,最多只有5条。 4 .各台机组的裂纹情况有明显的差别

1号机在高水头运行后出现的裂纹在高水头运行的末期 ( 2 0 0 6年4月)进行了补焊,但在运行一年多以后 ( 2 0 0 7年7月) 又有5个叶片出现了裂纹,其中两个叶片过去还没有开裂过; 4号

如表 1所示,截至表中的检查时间, 1号机有5个叶片出现裂 26 4

高水头运行对水轮机转轮叶片裂纹影响因素浅析

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