白山电站1号机组转轮解轴翻转与汽蚀处理

□李 杨 □姜 枫（吉林省桦甸市白山发电厂）

一、概述

白山发电厂位于吉林省桦甸市白山镇境内的第二松花江上，距丰满水电站250km，红石电站39km。白山电站是一座以发电为主，兼有防洪等综合效益的特大型水电站，装有5台单机容量300MW混流式水轮发电机组，总装机容量1500MW。在东北电网中承担调峰、调频及事故备用的任务。

二、问题的提出

白山水电站机组自投入运行以来，运行工况复杂，机组经常在非优工况下运行。尤其是1号机组在2006年9月秋季小修过流部件检查时发现，泄水锥、十字补气架全部脱落，叶片有两个发生变形，打捞到泄水锥已经严重变形，不能安装，重新在哈尔滨电机厂订做泄水锥。2007年秋季机组小修中开蜗壳、尾水人孔门检查机组过流部件，发现转轮汽蚀、裂纹现象严重，叶片出水边上部和中部有裂纹产生，叶片进水边正面和叶片背面中上部产生大面积的汽蚀，最大深度可达30mm，转轮上冠和下环也出现较严重的汽蚀，平均深度在10～25mm之间，上冠最大深度达45mm，每个叶片的汽蚀总面积均在1.2m2以上。在历次的机组检修中都要对转轮汽蚀进行重点处理，虽然达到了比较理想的效果，但由于施工条件和施工工期的限制，对转轮叶片靠近上冠狭窄区域的汽蚀没能进行彻底处理。2008年3月利用机组扩修时间，分解水轮机轴和转轮，把转轮翻转，对转轮上冠汽蚀进行彻底处理，延长水轮机转轮使用寿命及提高水轮机运行效率。

三、前期准备工作

（一）钢丝绳选择

1.水轮机转轮重110t，最大外部尺寸为：上部直径φ5330mm、下部直径φ6150mm、高为h=2920mm。

2.考虑到转轮高度和桥机的起升高度，选用钢丝绳分别为10m和13m各1对，翻转时对折使用。

3.选用 φ65钢丝绳，5倍安全系数许用拉力为：P=10d2=10×652=42.25t，双绳为84.5t。一面用1对绳，其起吊能力为4根，共计169t。

4.4 个吊点平均每个吊点受力为：110÷2=55t。因钢丝绳是2对4股单独受力，按其计算结果符合起吊要求，所以选用φ65钢丝绳可以满足转轮空中起吊翻转要求。

（二）翻转吊具选择

由于本次转轮翻转为白山发电厂首次将110t转轮翻转，而且转轮本身没有吊点，也有一定的困难，因此组织人员到哈尔滨电机厂调研，制作转轮翻转工具。

下环卡具图

下环卡具安装：转轮解轴完成后，在转轮下环选择和卡具相对应的位置空挡处用桥机吊下盖置于下环下平面，叶片处水边位置，用千斤顶在下部顶住，再用桥机将上盖放在下环上平面、叶片进水边的空挡上，调整M90把合螺孔的位置。在保证上盖、下盖及转轮下环贴合良好的情况下，将M90螺栓打紧，要有一定的预紧力。同时将M56顶丝全部预紧于下环直线段上，在安装上盖和下盖时，保证上盖、下盖配合紧凑。两组下环吊具必须成180°分布，为了防止翻转过程中发生滑动现象。

四、具体工作

（一）翻转

由于白山一期属于地下式厂房，安装间场地空间小，为增加转轮翻转提供空间，上机架吊回机坑检修。将转轮翻转专用吊具分别固定在转轮的上冠联轴孔和下环的对称位置上，检查牢固可靠后，分别将φ65mm的10m长钢丝绳穿过上冠吊攀，φ65mm的13m长钢丝绳用卸扣和下环卡具连接，在转轮棱角处能割断钢丝绳的部位包上管皮。本次翻转采用单车双钩作业，2个吊钩承受载荷均为250t重量，转轮重110t，单钩均可承载，所以可以实现转轮在空中进行翻转。首先用1#桥机下游侧吊钩吊起对折的10m钢丝绳从原来位置吊到翻转位置，找正吊钩与转轮中心，再把下环卡具上的13m钢丝绳对折挂到1#桥机的上游侧吊钩上，此时上游侧吊钩不受力。逐渐起吊下游侧吊钩，当距离安装间地面3.5m时下游侧吊钩停止，接着起吊上游侧吊钩，将转轮下环吊起逐渐翻转，当翻到90°的位置时，下游侧吊钩逐渐下降，上游侧吊钩逐渐上升，此时应有专人在桥机上看护抱闸，防止桥机滑钩。两个吊钩同时进行，一升一降，到转轮翻转到180°停止，转轮翻转结束。将翻转完毕的转轮放到原来位置的支墩上，准备进行检修。

（二）转轮汽蚀、裂纹处理

详细记录叶片汽蚀部位、面积、深度和裂纹深度、长度。然后算出汽蚀破坏金属失重量。用电弧气刨刨除汽蚀破坏层至母材，用角向磨光机磨去渗碳层，并初步磨平处理区表面，漏出母材达到80%以上。对于汽蚀深度＜8mm时，一般直接在清理好的汽蚀部位用抗汽蚀焊条堆焊，对于汽蚀深度＞8mm时，为了节约成本，先用普通焊条将较深的汽蚀区域进行补焊，当距原型表面6mm时，再用抗汽蚀焊条在处理区补焊，补焊后应无夹渣、汽孔等不良现象，焊后应高出原型表面1～2mm，作为磨削余量。由于上冠汽蚀量大，为防止多人焊接转轮法兰及销钉孔变形，由4人在对称方向轮流施焊，防止变形。对于较大的汽蚀补焊面积，每一层的焊波接头及层与层之间的焊波接头应错开，焊道宽度应＜10mm；在汽蚀补焊过程中，应采用小电流短弧施焊方式，防止因电流太大金属融化较深、热影响区域扩大、母材中的碳渗入焊缝形成碳化铬，进而减低补焊层的含铬量，降低抗汽蚀性能。补焊后用软芯砂轮机打磨叶片至原流线型，使用叶片型规检查，有不合格者应重新补焊打磨至合格。对叶片有穿孔的情况，应用低碳钢焊条焊满。若有掉边现象应用与原母材（ZG20MnSi）相同的钢板按样板处叶型补上缺口。对于叶片裂纹情况，应用超声波或磁粉等探伤方法进行详细检查记录，并确定处理范围后用碳弧汽刨处理，开出合格的“V”型或“X”型坡口，用砂轮机磨掉坡口渗碳层至母材为止。用低碳钢焊条焊满坡口后，打磨叶片至流线型，最后探伤检查至合格为止。焊接过程中应用锤击等方法消除应力。

五、结论

本次白山发电厂1号机组转轮解轴翻转、处理汽蚀收到了良好的成效，是白山发电厂自建厂以来机组检修汽蚀处理最彻底的一次，对于转轮上冠、叶片进水边正面和叶片背面中上部容易汽蚀部位进行彻底处理，全部铺满不锈钢焊层，并打磨光滑，提高了机组效率，保证了机组出力，增加了机组的抗汽蚀性能，延长了机组检修周期，收到了很好的经济效益；在检修过程中积累了宝贵的经验，为以后机组转轮翻转处理汽蚀打下坚实基础。随着金属热处理技术的日益发展，抗汽蚀材料性能也逐渐提高，但是水轮机汽蚀还是不可避免的，尤其是一些老水电厂。白山发电厂转轮解轴翻转、处理汽蚀的经验也可供其他水电厂的类似情况处理借鉴参考。