水电站水轮机转轮渗透探伤的应用研究

江东平

摘 要：水电站水轮机转轮质量的好坏关乎水电站机组的运行状态，对水电站水轮机转轮进行渗透探伤检测能有效检测水电站水轮机转轮质量状况。本文针对水电站水轮机转轮渗透探伤的应用进行研究。首先详细介绍了水轮机结构，渗透探伤器材选择及标准，渗透探伤工艺操作步骤。然后将经过多台转轮的在役检测，得到渗透探伤检测结果。通过将得到的渗透探伤结果与相应实例验证水电站水轮机转轮渗透探伤的必要性。及时对水轮机进行渗透探伤检查将有助于水电站机组正常运行。

关键词：水电站;水轮机转轮;渗透探伤

中图分类号：TG115.28 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）14-0097-03

0 引言

水电站水轮机的转轮犹如水轮机的心脏，其质量好坏对机组的运行影响很大[1]。当机组进水口的闸门开启具有高度落差的水形成的重力势能，推动转轮叶片的旋转。旋转的速度达到负荷高速旋转时，会产生巨大的离心力，转轮叶片局部位置会产生真空状态、长久形成气蚀。加之机组运转产生的扭矩力和冲水带入硬物的冲击，往往会对转轮的叶片、或叶片与上冠、叶片与下环的连接部产生应力释放或撞击力损伤。为了保持机组正常运行处于良好状态，电站在机组停运检修期，对转轮要求作探伤检查。目前存在的探伤检查方法有超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤等。魏同锋等[2]以彭水电站混流式水轮机转轮为研究对象介绍了焊缝的超声波探伤方法。邓伟勇等[3]以三峡左岸水轮机转轮为研究对象并结合其焊接结构特点，从无损检刻专业技术角度解析了超声波对转轮质量控制的必要性、合理性及可操作性。宋艷忠[4]介绍大型水电站水轮机转轮的渗透探伤方法和工作中的注意事项、探伤的时机、缺陷的种类及处理方法。殷莉影等[5]根据多台转轮探伤的实践经验，介绍了大型水轮机转轮上冠堆焊层的渗透探伤。本文根据水轮机转轮材料特性和工件旋转体的结构及悬空作业状态，选取适合检测的方法—渗透探伤进行研究。

1 水轮机结构

水电站水轮机转轮的结构一般由一个上冠、15（或13）个叶片、和一个下环组成。均为铸钢件，材质为;ZG06Cr13 Ni4MO。转轮直径10.6米、高度5米、总重量为450吨。由于体积庞大、检修时一般不会拆卸，在原有状态干燥情况下，进行检测。被检部位的表面粗糙度，过流面Ra值不大于3.2μm，其它部位Ra值不大于6.3μm，表面状态非常光滑。

2 渗透探伤器材选择及标准

渗透探伤方法操作简单、成本较低，检测灵敏度能得到保证。且操作时（空间）具有较大的灵活性。而进行渗透探伤时，其器材的选择关乎其检测质量，具体选择方法如下：

（1）选用美柯达DPT—5型系列渗透探伤剂;

（2）镀铬试块（B型）;

（3）5倍放大镜;

（4）检测场所照明灯具;

（5）裂纹测深仪;

（6）记录用数码照相机。

转轮的渗透探伤标准要求在15℃～50℃范围内进行，由于环境温度发生变化时，工件的温度达不到15℃，这时必须用试块做对比实验，确定渗透探伤过程中的渗透时间和显像时间。由于转轮处于发电厂房的底层，环境温度较为均衡、一般在20℃左右，能满足标准要求。

渗透探伤的评定标准：焊缝的评定标准为ASME标准第八卷附录八;上冠、叶片、下环的本体评定标准CCH70—3《水力机械铸钢件检验规范》中PT70—3《着色探伤技术条件》，验收等级为2级合格。

3 渗透探伤工艺操作步骤

（1）表面准备：清理掉落在工作面上的杂物、附着污物、及灰尘;

（2）预清洗：从上往下的顺序、用清洗剂喷涂，清洗后，检测面上残留的溶剂必须干燥，且保证施加渗透剂时不被污染;

（3）施加渗透剂：采用喷涂方法、从上冠—焊缝—叶片、叶片—焊缝—下环的顺序、进行喷涂。并保持渗透湿润状态10-15min;

（4）去除多余的渗透剂：用干燥、洁净不脱毛的布依次擦拭，直到大部分多余渗透剂被去除后，再用蘸有清洗剂的干净不脱毛的布或纸进行擦拭，直至被检测面上多余的渗透剂全部擦净;

（5）干燥处理：自然干燥5～10min;

（6）施加显像剂：使用喷涂方法、喷涂前显像剂要充分摇匀，喷涂时喷嘴离被检测面距离为300mm左右，喷涂方向与被检测面夹角为30-40度，显像剂喷施要薄而均匀;

（7）显示痕迹的观察：检测区域要有很好的照明，最小光强度不得低于500lx，施加显像剂7min后开始观察显示痕迹的变化，和对缺陷的评定;

（8）对显示痕迹进行测量、标注、照像记录;

（9）后处理：为了防止腐蚀被检测工件表面、应及时清除显像剂。以及探伤后遗留的残物废料，做到工完场清。

4 渗透探伤检测结果及相应实例

经过多台转轮的在役检测，所发现的主要缺陷痕迹显示检测结果如下：

（1）气蚀缺陷痕迹显示：发生在叶片出水边与下环的结合处产生气蚀凹陷，面积一般10×15mm左右、深2～3mm左右者居多，其它面积大者占比较少，形态无规则，如图1和图2所示;

（2）撞击凹坑缺陷痕迹显示：发生在叶片与下环的结合部凹坑大小形状规则不一，如图3和图4所示;

（3）条状缺陷痕迹显示：多发生在叶片与上冠及叶片与下环焊道上及熔合区、长度10～15mm左右，深1～2mm左右者居多，其它条状大者占比较少，且形状各异，如图5和图6所示;

（4）裂纹缺陷痕迹显示：发生在叶片与下环连接焊缝出水边端角处，裂纹长短不等，浅者5～8mm，深者本体两面裂纹贯穿，如图7和图8所示;

（5）叶片锈蚀缺陷痕迹显示：多发生在叶片本体表面，有的呈群状，有的面积较大，如图9所示。

5 结语

根据多台转轮探伤的实践经验，本文通过介绍水轮机结构，渗透探伤器材选择及标准，渗透探伤工艺操作步骤，以及经过多台转轮的在役检测，发现水轮机转轮的多种缺陷都需要及时地进行打磨或返修补焊处理，并再次按原渗透探伤工艺进行复检，从而使得所得结果符合标准要求。综上所述，在水轮机运行过程中需要及时对水轮机进行渗透探伤检查，才能保持机组正常运行处于良好状态。

参考文献

[1] 何自勇，邓伟勇.水泵水轮机转轮焊缝超声波探伤工艺研究[J].东方电机，2010，38（03）：37-40.

[2] 魏同锋，孟庆源.彭水电站混流式水轮机转轮焊缝的超声波探伤[J].无损探伤，2010，34（04）：43-45.

[3] 邓伟勇，吴天茂，王麟.三峡转轮焊接过程热态超声波探伤及表面质量控制[J].东方电机，2007（03）：10-13.

[4] 宋艳忠.大型水电站水轮机转轮的渗透探伤[J].无损探伤，2010，34（02）：29-30+34.

[5] 殷莉影，徐力，宋艳忠.大型水轮机转轮上冠堆焊层的渗透探伤[J].焊接，2005（04）：39.