摘要：要想保证水利工程安全，应对可以影响其安全的因素进行分析。在水利工程中水轮机的使用时间过长或是其它不利情况会导致其出现裂缝，从而阻碍水轮机组的正常运行，甚至会导致安全事故的出现，给水利工程带来一定的经济损失。所以要想有效的解决水轮机裂缝问题应找出其中的原因并制定出防治裂缝的方案，在此基础上提升水轮机转轮的工作效率与使用寿命。
关键词：水轮机；转轮叶片裂纹；产生原因；解决措施
1叶片裂纹产生原因
1.1受力分析
转浆式水轮机与混流式水轮机有一定的区别，混流式水轮机在进行叶片固定时，主要是由上冠与下环来进行固定的，所以没有办法根据水流与相关工作情况进行调节，这样就需要做好工作流程运行设计工作，如果设计工作出现问题会出现破坏、无撞击进口以及反向出口条件不佳的情况，会改变水流的方向与水流量，最终使水轮机叶片尾处以及微端水管内部会产生移动旋涡，移动旋涡轮流会出现交变力，交变力的产生会对水轮机的叶片产生冲击并出现共振效应，强烈的振动最终会造成叶片裂纹。
1.2工作超负荷
由于水电站工作强度相对较大，所以很多工作人员为了提升水轮机的工作效率，常常会超出工作范围，时间长了转轮机的承受时间会超出其本身的承载力，这也给叶片带来一定的损伤，并导致安全隐患。在对水轮机进行设计时应对其所处环境进行深刻的了解，由于地域不同水流情况也有所区别，叶片也会在水的应力下产生变化，当叶片的最大受力点处于出水口与下环间的连接位置时，其受力相对较弱，在压力长期作用下会导致叶片出现开裂的情况。由于水轮机在使用过程中难免会因操作流程不符合标准而产生问题与损伤，焊接位置由于受到水流的长期冲击会产生轻微的变形与气缝。在水轮机生产制作的过程中会因为一些操作不精准而导致叶片受损，工作操作强度过高会导致叶片出现裂纹，再加之各部分零件在连接时不精准，叶片会因水流冲击引起滑动，长时间后会因为其不稳定而产生裂纹。
2解决水轮机转轮叶片裂缝的措施
2.1保证选型的准确性
水电站在选择水轮机型号时应与实际情况相结合，同时将导致叶片裂缝的原因进行深入的分析，同时对吸出高度、额定转速以及额定处理等相关参数进行计算，在此基础上合理的选择机型。选择正确的机型可以有效的提升其使用寿命并可以确保其运营的稳定性。此外，当在水压的作用下叶片所产生的振动频率与涡列间产生共振，这样也会超出叶片的负荷导致裂纹。
2.2对设计进行进一步的优化
相关的设计单位在进行设计时，首先应对水轮机的整体运行效率进行综合性的考虑；其次，应对压力没动现象进行考虑；第三，在保证水轮机刚度符合要求的基础上对静强度要求进考量，以此来避免共振的产生；第四，可以适当的增加叶片的厚度与叶片上冠与下环的焊接弧度，并尽可能的避免应力的集中，同时，还应有效的避免共振区的出现，以此来避免叶片裂缝情况的发生。
2.3有效的控制水轮机的制造质量
在完成转轮组装后还应根据相关要求完成焊接工作，焊接工作结束后应对焊接处进行退火处理，以此来减少焊接后所剩余的应力。同时对焊接缝进行无损检测并确保其表面的光滑度，防止出现裂缝或凹凸情况。
2.4确保补气充分
水轮机的主要补齐方式有锥管自然补气法与主轴中心孔自然补气法。主轴中心孔自然补气法的补气量大约在0.25%-1%，一般情况下会在发电机顶部设置补气法来进行补气并防止出现补气管堵塞的情况。
锥管自然补气法又被分为两种，其中一种为锥管壁补气法，另一种为十字补气法。锥管壁补气法是利用锥管进行补气，但是如果真空机压力过大时就会出现空气无法吸入的情况，在水电站发电机轴顶部设置大轴补气装置就可以使用自然补气法；在发电机顶盖、基础环与底环上可以预留补气通道，以备不时之需。十字架补气法多会使用到小型水轮机中，其优点主要是降低脉动，缺点是其容易发生腐蚀或被冲掉，无法提升工作效率。
2.5做好避震防裂工作
水轮机在运行的过程中会承受动应力与静应力。在此基础上可以有效的避免或减小裂缝的产生或扩大，以此来保证机组可以有效的运行，避开振动区可以长时间的运行，并可以保证最佳的运行状态。同时，机组在运行的过程中应对各部分的摆渡以及振动安装在线监测装置并及时的对机组进行检查以此来确保转轮以及相关部件进行跟踪检查。水轮机在运行的过程中可以将叶片的动应力根据性质进行分类，主要可以分为，固定叶片与转动叶片相互作用后产生的压力脉动后形成的动应力，超出出力工况与部分负荷工况下由涡带产生压力脉动后所形成的动应力，由于进水流不均匀所形成的动应力以及卡门涡与叶道涡所形成的动应力。以某水电站为例，综合的分析1号机组在五个水头运行试验、四个负荷运行区域也就是水力振动区域、过渡区域、稳定区域以及小开度区域。（图1、表1所示）
图1不同水头下运行区域划分示意图
表1：1号机组试验结论
在对此水电站机组全水头振区进行界定后，可以得到以下结论。（1）小开度区域所指的是由于活动导致叶开度相对较小，导叶与转轮叶片的出流角、入流角若不匹配会导致水流出现不稳定的情况，并导致水摆呈现出随机高频波形。（2）水力振动区域指的是在这个区间内，机组会产生比较明显的低频水力振动情况，通频幅度值会呈现出增大的情况，给机组运行的安全性、稳定性造成不利的影响。（3）过渡区域指的是在此区间内仍然会存在低频水力振动的情况，但是会逐渐的消失，其不会影响设备的安全性、稳定性。（4）稳定运行区域指的是在这个区间内低频水力振动现象已经完全不会显现，可以保证技术安全的、稳定的、长期的运行。
3结语
要想有效的提升水利工程中水轮机的工作效率并延长其使用寿命，首先在设计时就应选用质量有保证的材料，并在制作过程中进行有效的管理，同时应按照施工工艺的要求进行有效的操作。专业的技术人员还应对水轮机产生裂缝的原因进行有效的分析，并提出有针对性的防控措施，有效的防止裂缝的出现，进而提升其使用效率。
参考文献：
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[3]袁娅.水轮机转轮叶片裂纹成因及处理措施探讨[J].科学技术创新，2017.
论文作者:应尧,张博,白云飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/13
标签：水轮机论文; 叶片论文; 补气论文; 转轮论文; 裂纹论文; 应力论文; 裂缝论文; 《电力设备》2018年第27期论文;