摘要：我国整体经济建设的快速发展带动我国各行业发展迅速，为我国基础建设奠定坚实基础。目前国内外一般的混流式机组在水轮机结构设计上，为了降低转轮与顶盖之间的水压力，已逐步取消了在转轮上冠处设计泄压孔的方式，而是采用在顶盖上设计平压管的方式将转轮与顶盖之间的压力水排至尾水管。
关键词：混流式水轮机；顶盖平压管结构
引言
水利工程是我国基础建设中非常重要的组成部分，一直以来受到我国的高度重视。当前，我国水利资源开发利用已进入百万级大容量的新时期。大型水轮机的导水机构，特别是顶盖、底环的制造加工极为关键。
1顶盖排水系统组成
水轮机顶盖排水系统主要由顶盖自流排水、机坑自流排水、顶盖排水泵排水和顶盖平压排水系统组成，正常顶盖内部积水以顶盖自流排水为主，顶盖与转轮间积水以顶盖平压排水为主。顶盖自流排水主要是通过设置在座环固定导叶上的4个Φ115mm排水孔，以自流方式排至渗漏集水井。机坑自流排水主要是通过设置在机坑里衬上的Φ219mm排水管，同样以自流方式排至渗漏集水井。顶盖排水泵排水主要是通过设置在顶盖底板上的两台潜水泵，来排除较大的顶盖内部漏水，通过水泵排至水轮机尾水管。顶盖平压排水主要是通过布置在顶盖内部的8根Φ325mm平压排水管，将顶盖与转轮上腔的积水排至尾水管。
2某水电站顶盖平压管漏水处理
1.问题的提出，某水电站的水轮机减压装置，采用了转轮上冠无减压孔的结构，为了减轻机组运行时水轮机的轴向水推力，在顶盖上均匀开设了8个DN300的均压管，将从上止漏环漏入转轮上冠的压力水，通过平压管路，排入尾水管内。该水电站1#机组和2#机组的顶盖平压排水管均在机组投运后不久发生平压管焊缝开裂导致漏水的情况，漏水部位均在平压管的对接焊缝处，为了机组的安全稳定运行，机组当时均进行了紧急停机并处理平压管焊缝缺陷。2.漏水原因分析，平压管是由5段D325×10不锈钢管和弯头拼焊而成，其进水口和出水口又与顶盖焊接在一起。通过对平压管对接焊缝漏水处进行打磨和UT超声波探伤及PT渗透探伤发现，平压管对接焊缝存在未焊透、气孔、夹渣等影响焊缝质量的因素。之后对所有平压管对接焊缝进行打磨和无损探伤，发现部分焊缝也同样存在平压管对接焊缝焊接质量不良的问题。再加上，该水电站1#机组、2#机组在投运初期因电网调度的原因，机组经常在低负荷区和振动区运行，导致顶盖持续较大振动，使原本就存在一定焊接应力和焊缝缺陷的平压管发生焊缝开裂漏水的现象。3.平压管漏水处理，根据上述分析，对顶盖平压管的焊缝裂纹有两种处理方案:(1)第一种方案是对平压管存在缺陷的焊缝进行修复的方式:首先，通过无损探伤的方法找出所有顶盖平压管存在焊缝缺陷的部位;其次，用砂轮机将焊缝缺陷部位进行清理(若用碳弧气刨方式清理缺陷后需用砂轮机打磨掉表面热影响层)，并按照原设计坡口型式重新修配坡口;然后，采用抗裂性及耐腐蚀性能良好的CHS042型不锈钢焊条对焊缝进行焊接;最后，用砂轮机打磨焊缝并进行UT+PT无损探伤以确保焊缝的焊接质量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆(2)第二种方案是采用与平压管同材质的钢管包裹加固焊缝的方式:首先，将355×14(1Cr18Ni9Ti)的钢管按照100mm的长度切割成多段，数量与焊缝数量一致;其次，将切割的钢管再分割成四瓣;然后，将每四瓣钢管呈包裹的方式装焊于顶盖平压管的对接环缝上，采用抗裂性及耐腐蚀性能良好的CHS042型不锈钢焊条对焊缝进行焊接;最后，用砂轮机打磨焊缝并进行PT无损探伤以确保焊缝的焊接质量。
3系统功能模块设计
大型水轮机顶盖、底环的轴孔加工系统充分考虑满足同轴度设计的要求，旨在消除顶盖各轴孔的弦差、半径差、位置误差和随机性误差等对导水机构装配的影响，分析出该系统的功能需求，对已加工件的轴孔关联参数进行匹配修正，对被加工件的轴孔关联参数进行匹配修正，以满足顶盖、底环轴孔同轴度的设计要求。提高了技术准备效率，大大减少了制造中的辅助时间，最大程度减小了我公司关键设备的生产压力。轴孔加工系统用层次图描术系统的总体结构、功能分解及各个模块之间的相互调用关系和信息交互。系统管理模块下设有标准件参数、加工件参数和NC程序管理3个子模块，分别对应包括标准件节圆半径、标准件节弦长、标准件节圆修正值、加工件节圆半径、标准件节弦长、加工件节圆修正值和NC代码生成模块、程序仿真验证模块。
4顶盖平压管结构分析
同样以该水电站顶盖平压管结构为例:经相关研究表明转轮与顶盖间的压力腔和尾水管中压力脉动通过平压管的作用会引起相应的自激振动，且转轮的转动和连接到尾水管中的均压管等因素会对此压力腔中的水流产生压力扰动，进而形成水流的压力脉动，严重时会引起机组振动，影响机组的安全运行，因此必须保证顶盖平压管的焊接质量。而此刚性焊接结构的平压管中各钢管焊缝处必然存在一定的焊接应力，如果焊接质量不能保证，机组运行时，平压管的动应力较大，尤其是机组在低负荷区或振动区长期运行时，顶盖振动和水流压力脉动产生的轴向、径向拉应力，会使平压管存才缺陷的焊缝部位的动应力显著增加，二者叠加，易导致平压管焊缝开裂，长此以往，也会对平压管其它对接焊缝产生疲劳破坏。
5改进技术原则
(1)要求新的泄压管结构简单，安装方便且不受空间大小限制，如果一旦再发生漏水故障，能够方便快捷地进行处理。(2)泄压管在机组运行时在轴向、径向有一定的自由度，以补偿顶盖和机坑里衬方位偏差以及机组运行时顶盖的振动和泄压管中的水流压力脉动引起的变形量。(3)密封采用不锈钢密封管夹的连接形式，密封可靠，能够保证机组长时间安全稳定运行不漏水。
结语
混流式水轮机顶盖平压管结构的安全可靠，是保证机组安全稳定运行的必要条件，如果平压管发生漏水，最严重可能会导致水淹厂房的重大事故。
参考文献
[1]水电站机电设计手册编写组．水电站机电设计手册--水力机械[M].北京:水利电力出版社，1983
[2]吴持恭．水力学与山区河流开发保护国家重点实验室(四川大学)．水力学[M].北京:高等教育出版社，2008
[3]胡群娇．水轮机顶盖底环在铣床上的镗孔加工[J].装备制造技术，2011，(12):118－119.
作者简介：张毅，职称：学生，河南三门峡人，单位：华北水利水电大学，专业：能源与动力工程（水动），研究方向：水轮机。
论文作者:张毅
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月51期
论文发表时间:2019/11/12
标签：顶盖论文; 机组论文; 水轮机论文; 转轮论文; 水电站论文; 节圆论文; 压力论文; 《知识-力量》2019年11月51期论文;