王振宇
松花江水力发电有限公司吉林丰满发电厂 吉林省吉林市 132001
摘要：转轮是水电厂混流式水轮机设备的核心部件，作为能量转换站，其性能对混流式水轮机的性能有着决定性的影响。由于各方面的原因，混流式水轮机转轮通常会出现不同程度的破坏，从而对混流式水轮机的运行及水电厂的生产造成严重的影响。相关人员应不定期地对混流式水轮机机组进行检查，及时发现混流式水轮机转轮存在的问题，并积极采取维修措施。在进行焊接补焊时，应严格按照操作规范，采取正确的焊接工艺进行，从而提高焊接质量，确保混流式水轮机的正常、安全运行。
关键词：混流式水轮机；裂纹原因；措施
随着我国经济的不断发展，资源消耗的速度也在不断的加快，水电站的发展越来越普及，成为了社会主义建设中不可或缺的重要组成。转轮是抽水蓄能电站混流式水轮机中的核心部件，在实际的运行过程中，由于机组发电和抽水工况频繁正转和反转，运行工况复杂，混流式水轮机转轮作为混流式水轮机重要受力结构部件，该区域在机组运行中容易发生裂纹，近些年混流式水轮机转轮出现多起裂纹问题，使机组被迫停役。转轮裂纹的出现，不仅为机组的安全稳定运行带来了极大的威胁，为抽蓄电站的正常经营带来了经济损失和社会损失，所以要想确保水电站安全稳定运行，必须通过无损检测技术对混流式水轮机转轮定期探伤，及时发现并有效处理转轮裂纹问题。采取有效的预防控制措施，确保机组运行安全性和稳定性。
一、概述
转轮是各种类型水轮机正常运行不可缺少的核心部件，其主要功能就是将水能转换为机械能。而且转轮也在一定程度上直接决定着水轮机的过流能力强弱、水力效率高低、运转工况的稳定与否以及汽蚀性能是否良好的关键因素。在实际操作中，转轮的各个部分设计和制造必须要充分满足水力设计的型线要求，必须要具有高强度且具备较强的抗汽蚀的能力以及耐磨损的性能。根据水轮机转轮所转换水流能量的形式不同，可以将水轮机分为反击式和冲击式水轮机两大类。将水流的位能、压能和动能转换成固体机械能的水轮机称为反击式水轮机。根据转轮区域水流运动方向的特征，反击式水轮机又可分为轴流式水轮机、混流式水轮机、斜流式水轮机以及贯流式水轮机。其中混流式水轮机由于水头型号和流量大小的不同，其配备的转轮形状也存在区别。一般而言，水头越高的话转轮的叶片高度就要适当减小且长度要相应增加，水流的流动在转轮中越加趋于幅向流动。随着水头高度的降低，转轮的叶片长度要相应变短且高度要逐渐增加，如此水流流动的方向就越来越趋于轴流方向。然而，不论是什么形状的转轮一般都是由转轮上冠、转轮下环、转轮叶片、上下止漏装置以及泄水锥和减压装置组成。
二、混流式水轮机裂缝问题产生的原因
1、裂纹。混流式水轮机转轮裂缝问题是比较常见的问题之一，通过对以往裂缝问题的分析可以发现当混流式水轮机经过一段时间的使用后转轮都会出现不同程度的损坏，出现裂缝现象，转轮出现裂缝的主要部位在叶片与轮毂之间位置，还包括焊接位置根部受力位置、焊接缝与母材交接位置等。若混流式水轮机出现裂缝会给整体设备的运行带来隐患，同时也会给水电站带来损失。
2、铸造焊接不足。混流式水轮机转轮在运行时，如果将外部力量施加到设备上，会出现铸造气孔、砂眼等问题，最终导致转轮出现裂缝现象。此外，当转轮叶片受到冷空气影响时缩孔会出现松动现象，这样会给转轮叶片上冠与下环的厚度带来影响。混流式水轮机在铸造的过程中，假如焊接人员没有按照焊接工艺流程、标准进行焊接作业，或是焊接技术专业性较差，都会导致混流式水轮机出现裂缝，或是在受到温度影响后出现裂缝。
3、混流式水轮机转轮运行过程中负荷过大或过小。
混流式水轮机转轮在运行时假如转轮运行时间过长，会导致转轮出现负荷过大或过小的情况，最终导致转轮叶片出现受力不均匀的情况，最终导致裂缝问题。
4、混流式水轮机转轮受力过于集中。混流式水轮机转轮叶片主要受力区域集中在叶片周围区域，会受到压力、离心力的影响。其中叶片正面中间位置、叶片进水位置正面上部区域、叶片出水背面与上部连接的部位以及叶片与下部连接位置都是转轮受力的主要区域。当混流式水轮机转轮运行过程中以上区域受力出现问题都会导致受力过于集中的情况，最终出现裂缝。
三、混流式水轮机转轮裂缝问题解决措施
混流式水轮机作为反击式水轮机的一种类型，其应用水头的范围极其广泛，从 20m － 700m 的水头均可使用。这种水轮机的进水部件是具有钢板里衬的蜗壳，座环支柱也称为固定导叶并在转轮四周布置导水机构导叶，座环支柱具有两个非常坚固的上环和下环且这两个环和蜗壳焊接在一起。导叶轴颈利用衬套支撑在底环以及固定在顶盖的套筒之上，衬套一般选用钢材质或者是尼龙材质。导叶开度通过导水机构的两个接力器进行改变，此外还可以通过控制环连接的推拉杆传动来实现。
1、焊接作业前做好准备工作。第一，标记焊接维修区域。焊接作业人员可以使用 PT 探伤结果标记出焊接维修区域，确保标记区域的准确性与清晰性，重点标记出裂缝开端。在对出现裂缝的位置、大小等具体情况进行确认后选择维修方式。第二，止裂孔设置并对裂缝进行清除。设置止裂孔的主要目的是控制裂缝扩大，然后做好裂缝清除工作，在进行裂缝清除工作时可以使用碳弧气刨或砂轮机打磨方式。可以先使用碳弧气刨采用间断处理方式对缺陷进行处理，然后再使用砂轮机打磨渗碳层，在完全展现出金属光泽或使用 PT 进行监测，最终将裂缝清除。第三，焊接接口制作。在进行裂缝处理前可以先制作出焊接坡口，以此来保证焊接作业可以顺利开展。可以将焊接坡口的坡度设置在45°左右，在设置焊接坡口前应打磨好渗碳层，保证其清洁度。第四，在正式进行焊接作业前，可以使用丙酮对焊接位置的杂质进行彻底清理。
2、焊接维护修复。第一，做好焊接前预热工作。在正式焊接前应采用有效的方式对母材进行预热，预热时应避免出现温度陡然增高的情况，均匀受热，以保证温度可以达到 110℃，在达到这个温度后表示预热完成，然后才可以实施焊接修护工作。但是在此应注意的是应控制母材温度，保证其在控制范围内。当完成焊接维护后还应控制温度，做好保温工作。第二，合理的选择焊接材料。在选择焊接材料时应与转轮材料进行结合。选好焊接材料后还应做好烘干工作并将其放置到 110℃的保温箱中，为后期使用提供便利。第三，选择焊接方式。在焊接时通常会采用旋转直流电焊接设备，此种方式可以有效的控制焊接过程中的飞溅现象并可以确保焊接过程的稳定性。在具体焊接过程中可以将焊条与电源正极进行连接，再将转轮与电源负极进行连接，严格控制焊层厚度，通常＜3 毫米，避免出现热裂缝。第四，控制焊接过程。在焊接作业时操作人员通常会采用多道焊接方式，并严格的按照焊接流程、工艺规范进行焊接作业，以此来保证焊接质量。具体焊接作业时操作人员还可以应用短弧焊接方式，以此来避免弧坑现象。此外，在处理穿透性裂缝时可以采用双面焊接方式，应注意的是，焊接过程中操作人员应处理好焊层、焊渣，以此来控制焊接质量。
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