某抽水蓄能电站安装两台立轴、混流、可逆式水泵水轮机。电站总装机容量100MW,单机容量50MW,年设计发电量1.82亿kWh。水泵水轮机一发电电动机组作为机组核心部件的转轮,在2009年B级检修过程中,发现1号机转轮存在空蚀现象,后经延伸检查,发现转轮叶片与下环角焊缝存在不同程度的断续裂纹,且两台机情况类似。转轮材质为ASTMA743CA-6NM,出口直径2482mm(水轮机),3320mm(泵),高度1308mm,最大外径3360mm,总重13.3t。
二、转轮裂纹检测
为进一步探明裂纹内部情况,分析裂纹形成原因,多次请有关单位对转轮裂纹进行跟踪检测。2012年裂纹检测情况:两台机转轮叶片与下环角焊缝上均存在不同程度的裂纹。其中裂纹在角焊缝上的分布区域最短为413mm,位于1号转轮6号叶片;最长为723mm,位于1号转轮3号叶片和2号转轮3、7号叶片,特别是2号转轮6号叶片根部下环体内存在连续的8个铸造孔洞,且在其表面呈现出与之对应的8个梯格状裂纹。
三、转轮裂纹原因分析
1.设计原因
《模型验收试验报告》指出:电站在装置净吸人高度下,水泵工况是处于有空泡状态下运行的,对防止空化破坏是不利因素,要求制造厂从材质和转轮制造工艺中加以弥补。肯富来水泵厂提出采取的补救措施为:在转轮出水边(水泵工况)增加了3mm后的堆焊层(Cavitec),堆焊层范围:从距出水边(水轮机工况)100mm开始沿角焊缝方向向里延伸600mm,向下环体上延伸60mm,向叶片方向延伸540mm的三角区域。
2.制造原因
在转轮增加堆焊层时,焊材和母材熔合面以及转轮叶片与下环角焊缝内存在诸多焊接缺陷,削弱了角焊缝的承载能力。
3.运行原因
因机组在水泵工况下,大流量运行时处于有空泡状态下,即转轮水泵工况的进口边正压面承受高频动载荷的频繁作用,导致材料产生疲劳,从而出现空蚀;堆焊层与母材在焊接过程中熔合不好,在高频动载荷作用下产生疲劳。
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