（贵州乌江思林发电厂 贵州省思南县 565100）
摘要：水轮机转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全经济运行。思林发电厂3号机组投入商业运行不久转轮叶片就出现了裂纹，通过分析厂家转轮制造缺陷、材料不良和转轮在非设计工况下运行得出裂纹产生的主要原因：叶片裂纹的起源处存在非金属夹杂物缺陷和机组长时间在恶劣工况下运行非常。
关键词：转轮叶片；裂纹；应力；思林发电厂；
1 概述
思林发电厂是乌江干流上的第六级大型水电厂，位于贵州省思南县境内的乌江中游，距离省会贵阳市350km。思林发电厂安装有4台水轮发电机组，单机容量为262.5MW，总装机容量为1050MW。水轮机的型号为HL270—LJ—680，额定水头64.0m，额定流量 460.46m3/s，额定转速 93.75 r/min，飞逸转速185.0 r/min，转轮的标称直径6810mm，转轮的最大外径7019.5mm，转轮总高度4306.6mm，上迷宫环间隙2.5（0～0.2）mm，下迷宫环间隙2.7（0～0.3）mm，转轮安装高程▽358m，转轮材料为低碳优质不锈ASTMA743CA6NM。思林发电厂4台机组的水轮机由上海希科水电设备有限公司生产。思林发电厂4台机组由中国水利水电第六工程局机电安装分局负责安装，并且于2009年全部投产发电。在电力系统中主要担任调峰、调频和事故备用。
2 转轮裂纹情况
2012年04月29日C修中对转轮进行外观检查发现#12叶片上冠处有一严重的裂纹，裂纹长L=500mm，属于穿透性较不规则裂纹。裂纹最大间隙用0.25mm塞尺能通过。见图1
图1
3 裂纹产生原因分析
3.1应力集中
采用有限元计算分析得出，转轮在水压力及离心力的作用下，大应力区主要分布在转轮叶片周边上，按第三强度理论计算的相当应力沿叶片周边的分布。转轮叶片存在四个高应力区，他们的位置在叶片进水边正面（压力分布面）靠近上冠处；叶片出水边正面的中部；叶片出水边背面靠近上冠处；叶片与下环连接区内。
3.2 运行上的原因
3.2.1根据中试所2011年对#3机各水头下的振动区试验情况，对振动区划分如下：0MW≤N≤140MW为振动运行区，140MW＜N≤180MW为临界运行区，180MW＜N≤260MW为稳定运行区。
3.2.2思林发电厂4台机从发电以来的运行工况汇总可以得出，#2机组在低负荷下运行的时间最长，达到总运行时间的21.81%，其次是#3机，达到16.28%；而开停机次数最多的是#4机，其次是#3机。综合低负荷工况和开停机次数，#3机组的运行工况最为恶劣，#3机在0—50MW运行的时间与#2机一样，超过2000小时，但是开停机次数是#2机的两倍。
#3机转轮在前两次检查中均未发现裂纹，上一次检查时间为2011年05月，对比#3机组在2011年以前和以后运行工况可以发现：2009—2011年，两年半时间内，低负荷运行时间只有12.9%；而2011—2012年，不到一年的时间内，低负荷运行时间达到16.18%，运行时间为以前的726/1165×100%=62.3%；2011—2012年不到一年的时间内，#3机的运行工况比以前的更恶劣。
3.3 转轮叶片制造缺陷、材料原因
4 裂纹处理
4.1 无损检查：#3机转轮经PT和UT检查，发现一条贯穿性裂纹，位于#12叶片，距离上冠70mm处，由出水边向叶片中部延伸，总长500mm，正压侧与负压侧的长度基本相同
4.2 预热：将裂纹及裂纹周边叶片加热至90至120度，用时约10分钟；
4.3 焊骑马块：用U型铁块将正面裂纹的两侧焊死，在裂纹上点焊5至6个点；
4.4 气刨：背面刨开净高约18mm，气刨电流630A，用时约6小时；
4.5 打磨：将背面坡口打磨平整，用时约40分钟；
4.6预热：将坡口及坡口周边叶片加热至90至120度；
4.7焊接：用309焊条将打磨好的坡口堆焊至约高出叶片平面，焊机电流110A，用时约12小时；
4.8预热：加热至90至120度；
4.9正面气刨：气刨机电流990A，刨开净高30mm，用时约4小时；
1.10打磨：将坡口打磨平整，用时约1小时；
4.11 坡口做PT探伤：探伤合格；
4.12 预热：将坡口及坡口周边加热至90至120度；
4.13 焊接：用309焊条将坡口堆焊至约高出叶片平面，焊机电流110A，用时约12小时；
4.14 加热消氢：用氧炔焰将正面、背面焊口加热至120至150度，用时约30小时；
4.15 打磨抛光：正面、背面氩弧焊、打磨及抛光，用时约11小时；
4.16 PT、UT探伤：探伤合格，用时约1小时；
4.17 延时：16小时UT探伤：探伤合格。
5 结束语
5.1根据裂纹试块的断面和我厂#3机组运行工况的分析结果，裂纹产生的原因主要有两方面：#12叶片裂纹的起源处存在非金属夹杂物缺陷，该缺陷是叶片材质的最薄弱处；#3机组的运行工况与其它3台机组相比最为恶劣，其中2011—2012年期间近一年的运行工况与之前的两年半相比其工况更为恶劣。
5.2 近年来，水轮机转轮的叶片裂纹频繁发生，严重威胁水电厂的安全经济运行，有必要在机组检修时对转轮应力集中和易于产生裂纹的部位进行无损探伤检查，对发现的缺陷及时处理，把事故消灭在萌芽状态，保证机组的安全经济运行。
参考文献：
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[2]梁卫.水轮机转轮叶片裂纹分析及补强处理.[ J].华电技术.2010，02，25
[2]黄达勇.水轮机转轮叶片裂纹分析及补强处理.[ J].水电能源科学.2008，04，25
论文作者:杨兴乾
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/28
标签：裂纹论文; 转轮论文; 叶片论文; 工况论文; 机组论文; 发电厂论文; 水轮机论文; 《电力设备》2017年第12期论文;