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混流式水轮机转轮裂纹原因和分析
水轮机转轮,尤其是中、高比转速混流式水轮机转轮中的裂纹现象,在世界各地普遍存在。国外例子有埃及的阿斯旺高坝、美国的大古力800MW机,俄罗斯的布拉茨克等,国内有岩滩、李家峡、小浪底、五强溪、二滩等大型水电站,在投运后水轮机转轮都不同程度的出现了裂纹。转轮裂纹严重影响电站的安全运行和经济效益,引起人们的极大关注。
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产生裂纹的原因
但是为什么会产生裂纹呢?通过人们的许多研究,提出了一些假设,主要分为规律性
裂纹和非规律性裂纹。规律性裂纹主要是指叶片上的裂纹具有大体一直的规律,几乎所有叶片都有,裂纹的部位和走向也大体一致。非规律性主要是指裂纹只要集中在个别的叶片上,部位和走向也基本不一样。主要产生裂纹的原因主要有以下原因:
11规律性裂纹
失效分析结果表明:绝大多数规律性裂纹是疲劳裂纹,端口呈现明显的贝纹。叶片疲劳来源于作用其上的交变载荷,而交变载荷又由转轮的水力自激振动引发,这坑呢个是卡门涡列、水力弹性振动或者水压脉动所诱发。
12非规律性裂纹
非规律性裂纹有的呈网状龟裂纹,有的呈脆性断口,也有的呈疲劳贝壳纹。这类裂纹多数由材料不良或制造质量缺陷造成。
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裂纹的处理
1裂纹处理的关键是找出产生裂纹的根本原因,对症下药。非规律性的裂纹一般比较好分析。难的是规律性裂纹,究竟是哪些原因起主导作用。最有力的手段就是破坏部位的动应力测试。从应力频谱中分解出构成动应力主要分量的频率和幅值,进而跟踪查出相应的水力激振源。2裂纹的焊补工艺非常重要。埃及阿斯旺高坝工程
f的12台混流式水轮机转轮曾发生过严重裂纹。原美国阿里斯查摩公司为其更换了其中6台。法国电力公司采用合理的焊补工艺、焊接材料,在有经验的工程师指导下,由优秀焊工操作成功地修复了其他6台。很显然,两者处理效果相当而后者成本大为降低,焊补工艺的重要性由此可见一斑。3转轮裂纹,尤其是高应力区的裂纹,一经发现就应尽可能早的焊补处理。高应力区的裂纹多
小浪底水轮机转轮叶片裂纹
数由高疲劳引起,这种裂纹的形成有萌生期和发展期两个阶段。发展期的扩展速度取决于材料在水下的裂纹扩展速率和裂纹尖端的应力状态,一般是比较快的。
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预防措施
31水力设计
针对具体水电站的运行特点,选择和优化水轮机参数、设计并经模型试验验证一个水力稳定性最佳的转轮是预防裂纹的重要环节。
32选材
大型混流式水轮机的上冠、下环、叶片均r
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