水轮机转轮叶片裂纹成因及处理办法探究

水轮机转轮叶片裂纹成因及处理办法探究

佘宗

（国网江西省电力有限公司柘林水电厂江西省九江市332000）

摘要：近年来，我国水力行业发展迅速，但仍存在一些亟待解决的问题。水轮机转轮叶片裂纹是其中的关键问题之一。水轮机转轮叶片裂纹不仅影响经济效益，而且会危及整个机组的安全隐患。只有突破这一技术，才能解决这个问题。它可以进一步促进水力发电的发展。本文对水轮机转轮叶片裂纹产生的原因及解决办法进行了分析和建议，希望能为水轮机转轮叶片裂纹的控制和解决提供参考。

关键词：水轮机；转轮叶片；裂纹

1引言

在我们实际使用水轮机的过程当中，常常会出现转轮叶片裂纹的问题，不光会对整个机组的安全问题造成影响，还会使得整个水电站出现较为严重的经济损失。所以，为了能够避免水轮机转轮问题对整个水电站的安全性以及稳定性和经济性造成影响，有必要分析水轮机转轮裂纹产生的原因，采取有效措施加以预防和控制，以减少裂纹的发生。水轮机转轮叶片裂纹，提高了水轮机的安全性和稳定性，保证机组运行。安全经济运行。

现如今，水轮机的转轮裂纹问题是很多的水电站出现的比较普遍的一个问题。这些问题的存在会对水轮机的正常工作造成一定的影响，不仅仅会使整个工作效率有所降低，还会对整个机组的工作的安全性造成影响。

所以，在水电厂日常维护工作过程中对水轮机设计上所出现的缺陷及时发现并处理。在确保水电站正常运行的基础之上，提升水电站的经济效益具有十分关键的意义。为了能够更好的解决问题并做好提早的预防工作，应该对出现裂缝的原因进行分析，通过长期使用水轮机，并总结工作经验，可以将产生裂缝的原因总结为以下几点：脉动大、制造工艺低、造型设计不合理、液压弹性振动、供气量少等因素。

下面我们就对水轮机转轮叶片出现裂纹的原因进行简单的分析，并且积极的采取以下有针对性的措施，从而更好的规避叶片裂纹问题的出现，进一步保证水轮机的安全、可靠、稳定的运行，使得水电站能够有更好的发展。

2叶片裂纹产生原因

2.1受力分析

混流式水轮机与转桨式水轮机不同，其叶片是由上冠和下环固定，无法根据水流和工作情况的变化进行调节，需要在设计好的工作程序中运行，如不设计工作情况则容易破坏无撞击进口和反向出口的最佳条件，水流方向和流量改变，容易在叶片出水处和末尾水管内部产生移动旋涡，旋涡轮流出现产生的交变力，交变力对于叶片冲击产生的频率时会产生共振效应，长时间的强烈震动最终导致叶片裂纹。特别是水力因素，当机组处在非设计工况或过渡工况运行时，因水流状况恶化，机组各部件的振动亦明显增大。由于单位体积水流的能量取决于水头，所以机组的振动一般是随水头的降低而减弱。三板溪水力发电厂最大水头156.5m，额定功率为256.5MW，高水头、低负荷时振动相对而言较为严重。

2.2超负荷工作

水电站工作强度过大，为了提升工作效率使得水轮机超出正常工作效率范围，转轮承受应力时间久了就会超出本身所能承受的荷载，这对叶片是一种损伤，也存在着安全隐患。水轮机在设计时对其应用环境实地了解较少，不同地域水流情况并不相同，叶片在承受水的应力时会发生变化，叶片最大受力点在出水处和下环之间的连接部分，连接部分的受力比较薄弱，长期的压力冲击会导致叶片开裂。在使用过程中水轮机难免会遇到操作不符合流程的问题，有时会导致受损，现代焊接技术质量难以承受长期水流冲击，在发生轻微变形时会产生气缝。水轮机生产制作过程中的一些不精密操作也是导致叶片在工作中面对高强度工作而产生裂缝的原因之一，零部件衔接不够精确，在使用时受水流冲击作用会产生晃动，长久使用整体运行状态不稳固导致产生裂纹。

3预防水轮机转轮叶片裂纹生成的措施

3.1确保正确选型

根据水电站的实际情况，应考虑水轮机的选型问题。合理的选择将给水轮机的使用寿命和水利工程的长期稳定运行带来诸多好处。在选择时应综合考虑抽吸高度、额定转速、额定输出等参数。计算了该水电站的实际水质和调节范围，确定了涡流频率。应避免选定叶片的固有振动频率与涡系的固有振动频率相近，否则由于两叶片共振频率的相似性，将产生强烈的振动，导致转轮叶片长期处于疲劳状态。加工过程中，会导致叶片裂纹的产生。混流式水轮机普遍存在上述问题，在使用混流式水轮机时，应特别注意其选型的合理性。

3.2加强水轮机制造质量把控

为了保证汽轮机在长期高强度使用过程中不会出现大的故障和磨损，必须严格控制其制造质量。应设立专人监督水轮机部件的加工、装配和试验，从水力设备的制造过程严格控制质量，确保其设计、加工和安装符合既定程序。规则和规则。具体地说，在涡轮转轮组的装配完成后，必须首先测量总体规格，然后在确认正确后进行焊接。为了减少焊接界面的残余应力，应及时进行退火工艺。在焊接阶段完成后，对焊缝进行无损表面检测，以确定水流经的表面是否有凸起和裂纹。如果发现这些缺陷，就不能投入使用。另外，在水轮机的运行过程中，经常会发生磨损，而更复杂的部件，如叶片、下环和冠，应仔细检查，以确保没有加工过程造成的疤痕和颈铲研磨。

3.3优化水轮机设计方案

液压机械的使用寿命和故障率与设计的科学性和合理性密切相关。在保证水轮机高效率的基础上，进一步降低水轮机的压力脉动。在设计方面，应特别注意涡轮刚度和静强度的相应设计方案，避免部件间的共振。在汽轮机叶片应力集中过大的情况下，应改进叶片的流体力学设计，适当增加叶片厚度和上下半环弧过渡半径，提高零件的耐久性，提高共振，应从物理和力学两方面来解决叶片裂纹问题。

3.4采取避震措施

水轮机在运行过程中，不仅会产生自身的振动，而且还会承受动应力和静应力，这些物理因素都会导致叶片产生裂纹。为了避免或尽量减少这些裂纹的发生和扩展，必须使涡轮尽可能稳定地运行，避免在强振动区域长期运行。为了更准确地掌握水轮机各部件在运行中的振动和摆振幅，可通过专业的振动测试设备对机组各部件进行在线监测。在分析数据后，可以检测或更换具有异常振动幅度的部件。在水轮机定期检修中，可以适当地加强对浓水区水轮机转轮等部件的检查和跟踪。根据不同应力的特点，应从不同应力源进行科学监测，总结不同应力引起的不同应力和叶片裂纹的特征。不同的生活条件和相应的解决办法。

3.5水轮机进行充分补气

为了能够保证水轮机本身能够进行正常而稳定的运转，应该保证能够够一定的时间间隔内进行适当的补气。一般情况下我们比较常用的补气方式有椎管自然补气法以及主轴中心孔自然补气法。主轴中心孔自然补气法的补气量通常会是额定流量的百分之五左右。椎管自然补气法我们可以将其进行更加详细的区分，分为十字架补气法以及椎管壁补气法，十字架补气法能够使压力的脉动适当的降低，但是只能够在一些小型的水轮机上进行应用，同时还不能够有效的提升工作效率。椎管补气法因为受到机泵设备的影响相对比较大，所以会出现较为严重的不能够将空气的现象。一些大型的水电站我们会用自然补气法，并且辅助物理补气管理，从而实现补气。

4结束语

之所以水轮机的转轮叶片会出现裂缝主要还是因为涡轮叶片的循环应力的幅值比水下疲劳的极限值要大一些，从而出现疲劳损伤问题。正确分析汽轮机叶片裂纹产生的原因，采取有效措施，从而使汽轮发电机组运行的可靠性、安全性和经济性。

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