水轮机转轮修补技术的探究与改进

陈玉联

摘要：水轮机转轮是整个水力发电组的核心部件，该部分的工作状态对水力发电的效率有着至关重要的作用。所以，对于水轮机转轮的修补也就尤为重要。因此，本文对现有转轮修补技术进行简单介绍，并指出其中所存在的缺陷与不足，最后提出相应的改进与优化措施。

关键词：水轮机转轮；传统修补；问题；改进

随着我国经济的不断发展以及人民生活质量的不断提高，导致我国能源消耗的不断剧增。在现有能源结构中，火电、核电、风电、太阳能发电和水电占据90%以上，但是，水力发电是其中最为稳定与安全的发电方式。而水力发电是依靠转轮来实现动能向电能的转换的。因此，衡量一个水力发电机组是否高效与安全，转轮部分是不可忽略的关键部位，具有十分重要的意义。

1 我国水力发电现状

在世界水电市场份额中亚太地区水电市场占据世界水电市场的70.3%，中国以可开发量为3.78亿kW占据世界第一。此外，水力资源作为一种清洁能源，它的有效开发和利用对于我国目前快速发展的经济以及改变国际能源的结构上有着重要和深远的意义。当前，在长江、金沙江、雅砻江、澜沧江等水力资源丰富的大江大河上，一批批大型水电建设项目正在如火如荼的建设当中。从目前水电开发的趋势来看，我国水电未来极具潜力。但是我们的水轮机修补技术一直是我们的短板，严重的制约着我国水力市场的发展。在这其中水轮机转轮的修补技术方远远落后于发达国家，发电机组的转轮经常需要经过多次修补，增大了经济成本和降低了资源利用效率。

2传统修复工艺的介绍与不足

2.1不热处理焊补

该种转轮裂纹处理方式，是指在补焊的时候不对转轮做复杂的热处理，只是恰当的控制一下温度。这种处理的方法，能够有效减小工作量，可以提升在劳动环境恶劣、施工范围狭窄的厂房中进行工作时的效率和水平。但这样处理后，会减少接头的疲劳寿命，焊缝处的应力水平也相对较高。

2.2 部分热处理的焊补

这种处理方式是指在不采取特殊焊接技术的前提下，对施焊区做部分热处理。这种方式能够分散焊缝所受应力并减小其应力的谷值，但不能改善焊接头整个残留应力的水平。而且，安放复杂的热处理设施，使原本劳动环境恶劣、空间狭窄的施工现场变得越发拥挤，反而会影响到焊接的质量。

2.3全体热处理焊补

这种方式的关键是在补焊时采取常规焊接技术，处理过后，要对转轮整体进行热处理。这种处理方式能够提高修补区域的金属结构机能、减小焊接残留应力、抑制接头疲劳裂纹的产生。但热处理所需要的设备较复杂，仅仅适用于小型转轮的裂纹修复工作。

3转轮修补工艺的研究及改进

研究证明，疲劳损伤是导致转轮产生裂纹的关键原因。因此，在选择转轮的修复工艺上一定要做到严谨、科学，要充分的认识到“抗疲劳损伤”的重要性，在考虑工艺精细性、准确性的同时，还要意识到不同的施工现场对工艺的限制和要求。

3.1工艺精细性

修复工艺的精细性，就是要求我们在工作中要牢牢抓住“抗疲劳损伤”这一关键点来安排每一个工艺、每一道工序。因此，对于转轮修补工艺中的精准度，我们需要在拟订转轮修补工艺的过程中要着重注意以下几个方面：

（1）我们应当首选抗裂性能特别是抗疲劳损伤性能好的焊材。

（2）应清除干净所有缺陷。在处理裂纹的时候，要同时清除掉坡口边缘的其它缺陷，像在裂纹出现的地方、之前用其他焊材进行过补焊的位置。

（3）控制焊接缺陷。在焊接的时候，产生圆形（如孔穴、夹渣）、体积型（如未焊透）、条件（如夹渣）和面型（如未熔合、裂纹）等缺陷都是不应该的；焊缝表面不允许产生沟槽类缺陷（如咬边），应成型好、无缺陷。

（4）全过程注意控制温度。在全部裂纹焊接修复进程中，要采取相应的措施来控制温度，要注意控制焊接时直接加热部位和间接加热部位的温差不要太大，要使加热产生的热应力和焊接后的残留应力达到一个适宜的平衡，因此，在整个补焊进程程中我们要做到：焊前要加热、焊中要控制层间温差、焊完要采取后热措施。

（5）合理控制焊接順序。在同一转轮有几个叶片同时出现裂纹的情况下，合理的制定焊接工序对裂纹修复效果的好坏将产生直接影响。通常来说，两个相对称的叶片可一起补焊；对于长焊缝，可采取分段退焊方式，实践证明，这种焊接方式能够减弱因焊缝横向紧缩而出现的应力，可以控制的焊缝长度能达到100mm以上。

（6）控制焊接规范参数。如何确定焊接的规范参数，要综合焊缝品质、应力掌控、焊材等方面的要求来分析。具体来说就是，电弧长度（焊机电压）要合适、焊机电流较小、焊接速率较快。

（7）施焊中的锤击。在多层多道焊的时候，焊接锤击工作非常关键，对焊道实行锤击，能够细解焊缝晶粒、分散焊缝的应力并减小应力最大值，所以，在工作中务必要引起我们充足地关注。

3.2工艺准确性

对于转轮裂纹修复处理工艺，要在兼顾施工现场环境和工件材质的前提下详细制定好施工步骤，并且要适当的留有余地，要灵活掌握。

（1）加热方法问题。从加热方法来讲，一般有电加热和氧—乙炔火焰加热两种方法。电加热在温度的控制上稳定、可靠，但在处理过程中，由于需要大量布线，使本就狭小的施工场所变得更加拥挤，对裂纹清除和焊接操作也会产生负面影响。而氧—乙炔火焰加热的方法则显得比较灵活，可以随时对要补焊的区域进行加热，至于温度的控制上则可采用红外测温仪器进行监测，整个操作过程简单、方便。所以，我们在工作过程中一般都会采取氧—乙炔火焰加热的方式来加热工件。

（2）加热温度问题。由于在现场不吊转轮的情况下进行修补的环境相对潮湿，想通过氧—乙炔火焰加热的方法将补焊的部位均匀加热到合适温度并保持一段时间是不太现实的。要解决这一问题只能通过选择合适的焊材以及结合其他的工艺（如加强锤击等）来弥补。因此，建议有条件的企业能将转轮拉制加工厂进行修补，这样虽然会增加运输等费用，但修补的效果显然会更理想。

（3）焊接坡口型式问题。由于转轮形式各不相同，焊接坡口型式也不尽相同，从控制焊件应力和焊件形变两个方面出发，一般说来，低水头电站水轮机转轮叶片数目少，应从叶片的背水面加工成双面U型坡口；而高水头电站水轮机转轮叶片具有数目多、间隔小的特点，则应加工成单面U型坡口。

4结语

水轮机转轮的修补是一项细致、繁琐的工作，但又是整个水力发电中最重要的部分。因此，只有耐心细致按照相关规程，认真落实到修补技术中的每一步，只有这样才能将转轮的修补做到万无一失，从而为高效安全的水力发电提供保障。

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基金来源：西华大学大学生创新创业训练项目（05030245）