CN102284826B

CN102284826B - 贯流式水轮机转轮室空蚀修复工艺

Info

Publication number: CN102284826B
Application number: CN 201110226869
Authority: CN
Inventors: 吴伟华
Original assignee: Toshiba Hydro Power Hangzhou Co Ltd
Current assignee: Toshiba Hydro Power Hangzhou Co Ltd
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: CN102284826A

Abstract

本发明公开了一种贯流式水轮机转轮室空蚀的现场修复工艺，属于水电站机电技术领域。它包括(1)预清理：对转轮室内壁空蚀部位表面进行清理；(2)组焊：依空蚀分布区组装焊接支撑件，加固转轮室内壁待焊部位；(3)底焊：对空蚀较严重的沟槽逐一用氩弧焊进行填补；(4)堆焊；在步骤3)基础上，对空蚀带进行堆焊；(5)后处理：焊接部位冷却后，拆除步骤2)中的支撑件；(6)打磨抛光：对焊接修复表面打磨抛光。本发明的修复工艺修复质量可靠，变形小，修复后运行寿命长，适合大面积修补的贯流式水轮机转轮室的空蚀修复。

Description

贯流式水轮机转轮室空蚀修复工艺

技术领域

本发明公开了一种修复工艺，具体涉及一种贯流式水轮机转轮室空蚀的现场修复工艺，属于水电站机电技术领域。

背景技术

在水轮机流道内，水流在低压区空化形成的空泡在高压区突然溃破，使局部区域的压力骤增。若水流中不断形成、长大的空泡在转轮室内壁面频频溃灭，壁面将会遭受巨大压力的反复冲击，从而引起材料的疲劳破损甚至表面剥蚀，此即为转轮室的空蚀。

贯流式水轮发电机组经多年运行后，转轮室产生的空蚀现象，将直接导致转轮叶片外缘与转轮室的间隙不断增大，从而降低水轮机的运行效率，影响机组的稳定运行。为避免空蚀带来的危害，需要更换新的转轮室或对其进行修复，由于换新转轮室的成本太高，通常采用的方法是对转轮室的空蚀部分进行修复。

目前，常用的转轮室空蚀修复方法有不锈钢材料补焊和胶粘材料修复两种。

《水电站机电技术》2005年4月第28卷第2期，“转轮及转轮室空蚀的处理”一文，披露了采用不锈钢材料补焊对转轮室空蚀面进行修复的工艺；《水电站机电技术》2008年4月第31卷第2期，文章“胶粘材料修补贯流式水轮机转轮室空蚀损坏面”，披露了采用粘胶材料进行空蚀损坏面修复的方法。

上述两种现有的修复方法一定程度上存在着不足。由于施焊电弧高温会引起焊接变形，严重影响转轮室的工作质量，因此，采用不锈钢材料进行补焊的方法不适用于转轮室大面积的空蚀修复，且该方法也没有采取相应变形控制措施。采用粘胶材料修补的工艺，由于粘胶材料的胶接强度不如金属材料，在水流冲击下容易剥离、脱落，修复后水轮机运行寿命有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种修复质量可靠，变形小，修复后运行寿命长，适合大面积修补的贯流式水轮机转轮室空蚀修复工艺。

为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案：一种贯流式水轮机转轮室空蚀修复工艺，其特征在于包括以下步骤：

1)预清理：对转轮室内壁空蚀部位表面进行清理，包括除锈、去污等；

2)组装焊接支撑：依空蚀分布区组装焊接支撑件，加固转轮室内壁待焊部位；

3)打底焊：对空蚀较严重的沟槽逐一用氩弧焊进行填补；

4)堆焊；在步骤3)基础上，对空蚀带进行堆焊；

5)后处理：焊接部位冷却后，拆除步骤2)中的支撑件；

6)打磨抛光：对焊接修复表面打磨抛光。

所述步骤1)中使用金刚砂对空蚀部位表面进行除锈，使用乙醇、丙酮或汽油对空蚀部位表面去污。

所述步骤4)中的堆焊采用CO₂气体保护堆焊，堆焊时绕转轮室中心轴对称施焊，且堆焊焊道沿转轮室内壁面间隔均布。

其中，每焊完一道，即对该焊缝采用风铲敲打，风管吹风进行快速冷却。

所述步骤5)中通常使用砂轮机对支撑件进行拆除。

相比现有技术方案，本发明的转轮室空蚀现场修复工艺适合于转轮室大面积空蚀的修复，通过合理安排焊接区域和焊接工序，并在施焊过程中采取一定措施，如风铲敲打、风管冷却、对称施焊等，以分散和减少焊接时的热摄入，消除焊接产生的应力会集，保持转轮室整体均匀受热，从而较好地控制焊接变形，使修复质量更加可靠。同时，采用该工艺修复后的转轮室强度好，修补面不易剥除、脱落，机组运行寿命得到延长。

为进一步说明该现场修复工艺的效果，现列举实例如下：

国内某水电站，修复前水轮机转轮室空蚀严重，采用本发明的修复工艺进行大面积不锈钢堆焊处理，并在机组重新投运3900多个小时后，对修复的空蚀区域进行了三次检查，均未发现裂纹及空蚀延伸等不利现象，修复牢度好，机组运行平稳可靠。

附图说明

图1是转轮室空蚀区域分布示意图；

图2是组焊安装支撑杆的位置示意图；

图3是空蚀区域堆焊顺序及焊道分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图1～3对本发明贯流式水轮机转轮室空蚀现场修复工艺的一种实施方式做详细说明：

如图1所示，较早的电站对转轮室的要求较低，转轮室球面段1采用碳钢材料，耐磨性很差，喉管段2采用不锈钢材料，有较好的耐磨性。随着机组运行时间的增加，浆叶活动区域(即球面段)的空蚀将慢慢加重。图中，A为空蚀分布区，其中，空蚀最严重的部分为转轮中心线附近的B区域。

对该转轮室空蚀区域的现场修复，步骤如下：

第一、预清理。先清理转轮室内壁空蚀部位表面的铁锈、泥沙、油污等脏污，使用金刚砂对空蚀部位表面锈蚀的氧化层，再使用丙酮对除锈后的空蚀表面去污。

第二、组装焊接支撑。转轮室为薄壁件，为防止后续焊接时受热及敲打产生变形，在焊接前根据空蚀分布区组装焊接支撑件，以加固转轮室内壁待焊部位。组焊的支撑杆3的位置如图2所示。

第三、打底焊。在空蚀严重的B区域，存在较深的沟槽，采用焊丝钨极氩弧焊(TIG)的焊接方式进行填补，其中，焊接电流为90～180A，焊丝型号为直径Φ2.4mm的不锈钢ER309L。补焊时，每次只焊一道，待焊接处完全冷却后再进行第二道焊接。

第四、堆焊。如图3所示，首先划分焊道，堆焊焊道4沿转轮室内壁面圆周均匀分布，相邻焊道间隔为200mm，然后再划分区域确定焊接顺序，本实施例中，根据现场空蚀状况，划分为①～⑥六层。

对大面积空蚀区域A采用CO2气体保护堆焊进行修复，堆焊具体工艺如下：

焊接方式：CO2气体保护焊

焊机数量：2台

焊丝：E309LΦ1.2mm

焊接电流：190～200A

焊接电压：25～30V

最大焊道宽度：15mm

焊接顺序：①～⑥

堆焊时，绕转轮室中心轴沿圆周对称施焊，同时按照①～⑥层的顺序依次进行。严格按照每次只焊一道进行，每焊完一道，及时用风铲对焊缝进行敲打，同时用风管吹风，使焊接部位迅速冷却，以分散和减小焊接时的热摄入，消除焊接产生的应力会集现象，同时保持整体均匀受热，从而较好地控制焊接变形，使转轮室变形较小，满足其正常运行的要求。

同时，在施焊过程中使用百分表全程监测焊接的变形情况，根据该变形情况可及时调整堆焊步调，以减少变形。

第五、堆焊完成，待焊接部位冷却后，使用砂轮机拆除步骤二中的组装焊接在转轮室内壁的支撑件。

第六、对焊接修复表面打磨抛光处理。

可以理解的是，上述实施方式仅是本发明较有代表性的例子。虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种变化。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种贯流式水轮机转轮室空蚀修复工艺，其特征在于包括以下步骤：

1）预清理：对转轮室内壁空蚀部位表面进行清理；

2）组焊：依空蚀分布区组装焊接支撑件，加固转轮室内壁待焊部位；

3）底焊：对空蚀较严重的沟槽逐一用氩弧焊进行填补；

4）堆焊；在步骤3）基础上，对空蚀带进行堆焊；

5）后处理：焊接部位冷却后，拆除步骤2）中的支撑件；

6）打磨抛光：对焊接修复表面打磨抛光；

其中步骤4）堆焊，首先划分焊道，堆焊焊道沿转轮室内壁面圆周均匀分布，相邻焊道间隔为200mm，然后再划分区域确定焊接顺序，根据现场空蚀状况，划分为① ~ ⑥六层；堆焊时，绕转轮室中心轴沿圆周对称施焊，同时按照① ~ ⑥层的顺序依次进行；严格按照每次只焊一道进行，每焊完一道，及时用风铲对焊缝进行敲打，同时用风管吹风，使焊接部位迅速冷却。

2.如权利要求1所述的贯流式水轮机转轮室空蚀修复工艺，其特征在于：所述步骤1）中使用金刚砂进行对空蚀部位表面除锈。

3.如权利要求1所述的贯流式水轮机转轮室空蚀修复工艺，其特征在于：所述步骤1）中使用乙醇、丙酮或汽油对空蚀部位表面去污。

4.如权利要求1所述的贯流式水轮机转轮室空蚀修复工艺，其特征在于：所述步骤4）中的堆焊为CO₂气体保护堆焊。