摘要：通过对万家寨水电站尾水进人门处锥管设计结构的研究，分析产生裂纹现象的原因，在改造过程中根据现有布局进行了受力结构优化，对尾水进人门及进人门处部分钢衬实施整体更换，消除了安全隐患。
关键词：万家寨水电站；锥管；进人门；裂纹；植筋
1概况
黄河万家寨水利枢纽工程位于黄河北干流上段托克托至龙口峡谷河段内，电站安装6台单机容量180MW的混流式发电机组，总装机容量1080MW，设计多年平均发电量27.5亿kW•h。水轮机型号HL235–LJ - 610。1-4#机水轮机设备由阿尔斯通水电设备有限公司设计制造。首台机组于1998年11月并网发电。水轮机主要参数见表1。
表1 水轮机主要参数
2尾水管结构设计及存在问题
2.1结构特点：尾水管分尾水锥管和尾水肘管两部分，其中锥管分锥管Ⅰ段、锥管Ⅱ段两部分，总体高度4344mm，上口直径6118mm，下口直径7258mm。为防止转轮出口处锥管段的泥沙磨损及气蚀破坏,锥管Ⅰ段采用抗磨蚀性能较好的1Cr 18Ni9Ti不锈钢板，分2瓣焊接[1]。锥管Ⅰ段上法兰面与底环通过螺栓把和连接，下口与Ⅱ段上口焊接。底环外围设计环形廊道以便于底环的检修。尾水进人门廊道与环形廊道间通过进人门处垂直爬梯相连。锥管Ⅱ段材质为16mm厚Q235碳钢钢板，尾水进人门、检修平台主梁小门布置在锥管Ⅱ段+Y方位，进人门结构为外开式。见图2所示。
2.2存在问题：经过十几年运行，进人门框周围锥管钢衬出现多条裂纹，检修主梁孔周围也出现裂纹，机组运行时漏水严重。截止2015年7月进人门门框及门框四角出现18条裂纹（部分小裂纹因数量过多而无法处理并未计入在内），主梁孔进入门四角出现7条裂纹。小修过程中虽经多次焊补处理，都未得到有效解决，存在很大的安全隐患。
2.3原因分析：进人门部位锥管属于结构受力薄弱段，在进人门廊道1500mm宽，廊道地面至环形廊道顶4000mm高的范围内，锥管钢衬外表面完全裸露。机组运行过程中尾水管脉动压力较大,造成机组锥管Ⅱ段进人门部位钢衬及尾水进人门出现裂纹[2]。
图 1：尾水进人门结构及裂纹处理情况
图 2：尾水进人门布置及更换范围
3实施方案
鉴于机组尾水锥管进人门部位钢衬及进人门框频繁出现裂纹，小修过程中虽经多次补焊修复仍不能彻底解决裂纹重复出现的现实情况，决定在2017年2#机组大修期间重新制作尾水进人门、检修主梁孔进入门及进人门处锥管段钢衬。对出现裂纹的进人门部位锥管钢衬及进人门、主梁孔进行整体更换。
3.1更换范围及部位：根据进人门廊道的宽度、裂纹部位决定钢衬更换范围：锥管展开面的八分之一，见图3所示。进人门部位，沿锥管Ⅰ、Ⅱ段组合缝弧长2504mm、向下垂直高度2346mm范围内进行钢衬更换。见图2线框部分。
图 3：加强筋板布置侧视图
图 4：锥管展开面及瓦片更换范围图
3.2结构设计及受力优化：进人门及门框、检修主梁孔进入门及门框尺寸及结构不做变化，按原尺寸重新制作。更换部分钢衬材质选用Q345B钢板，厚度由原16mm改为20mm。为改善受力结构，新换钢衬背部在进人廊道左右墙面设置两块纵向加强筋板、沿廊道地面安装一块环向加强筋板。三块加强筋板焊接成整体框架与钢衬间段焊形成整体，筋板与左右墙面、地面间通过化学植筋形成整体以加强进人门部位钢衬的受力。
3.3化学植筋及整体灌浆：新换钢衬进人门两侧与混凝土接触部分及进人廊道增加的三块加强筋板进行化学（双组份德美环氧植筋胶）植筋处理，与混凝土墙面形成整体。植入钢筋选用直径16mm二级螺纹钢，锚固深度400mm。按照机组轴向间隔250mm、径向间隔隔300mm的原则在钢衬上开直径22mm锚筋孔。使用钻头直径不小于20mm冲击钻穿过钢衬锚筋孔在混凝土上凿孔,孔深从钢板外侧算起450mm。植筋完成后，露出钢衬过流面部分钢筋头与钢衬间进行封焊并打磨光滑，然后对整个锥管进行空鼓检查并进行化学灌浆处理。
图 5:环筋搭接焊接示意图
4工艺控制
4.1为保证进人门、主梁孔安装位置不变，更换部位钢衬从过流面刨除过程中，依据新制作钢衬尺寸，对刨除位置进行严格定位。更换部位瓦片从过流面刨除，刨除过程中，保留原有混凝土中环筋板，刨出后对裸露混凝土表面松动部分进行清理[3]，裸露部分环筋随新瓦片重新加工，新钢衬安装后，原混凝土部分环筋与进人两侧环筋进行搭接焊接。见图5环筋搭接焊接示意图。
4.2更换部位钢衬、进人门及检修主梁孔进入门门框制作时组焊成整体，在制造车间完成结构焊缝的探伤。现场只需完成新旧钢衬四条焊缝的对接调整、焊接。
4.3更换部分钢衬与原钢衬厚度不一样，焊缝对接时，保证过流面平滑过度。对接焊缝开V型坡口，单侧剖口角度45°，从过流面进行对接缝焊接。
5结语
水电站尾水进人门处钢衬及门框出现裂纹致使漏水现象非常普遍,其裂纹产生原因非常复杂[2],与锥管及进人门结构设计、机组运行工况、工程所处的自然环境、运行水流条件等因素密切相关,在机组运行过程中一旦出现裂纹很难彻底修复，很难从根本上消除其安全隐患。本文通过万家寨水电站2#机尾水进人门处钢衬结构布置的研究,通过采取尾水进人门及部分钢衬整体更换的方法解决了因裂纹致使的漏水问题。自2017年万家寨2#机大修过程中实施了更换处理，投运一年以来，运行效果良好。并为同类型电站尾水人孔门渗漏处理施工提供技术借鉴。
参考文献：
[ 1 ] 郑淑华. 万家寨水电站1~#～4~#水轮机结构特点[J]. 水利水电工程设计, 1999(1):9-10.
[ 2 ] 马文龙，关于黄河龙羊峡水电站3# 机尾水进人门钢衬与混凝土结合缝渗漏水处理研究[J],科技创新导报,2011（NO.10）,68.
[ 3 ] 童敦龙，古田溪水电厂三级2 号机组尾水管改造[J],集成技术，2013：66-69.
作者简介：郭小鹏、出生于1983.2、男、工程师、主要从事水电站机械设备的安装与检修。
论文作者:郭小鹏,张超,王伟博
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签：进人论文; 裂纹论文; 廊道论文; 机组论文; 部位论文; 水电站论文; 门框论文; 《电力设备》2018年第15期论文;