[发明专利]避免混流式水轮机转轮叶片出现裂纹的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水轮机技术领域，具体涉及一种避免混流式水轮机转轮叶片因关键区域存在缺陷而在运行过程中出现裂纹的方法。

背景技术

国内外同行业中，目前对转轮铸件（包括上冠、下环、叶片）进行检验的标准主要按照水力机械铸钢件检验规范CCH70-3执行。该规范中提出一个“质量检验单（QS即Quality Sheet）”的概念。在QS中将部件根据应力水平和重要性划分为不同区域，针对不同区域，实施不同等级的无损检验措施。然而该规范对转轮叶片的检验要求过松，特别是对转轮叶片出水边所在的关键区域甚至不要求进行超声波检验（UT）。实践表明，即便选择该规范中较高要求等级验收，仍然无法保证叶片的质量要求，检验合格的叶片在运行过程中仍然会出现裂纹。

为了保证转轮叶片在运行过程中不会出现裂纹，转轮叶片的关键区域可以允许有多大的缺陷，这仍是一个有待于解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种避免混流式水轮机转轮叶片出现裂纹的方法，以克服现有技术存在的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种避免混流式水轮机转轮叶片出现裂纹的方法，包括以下步骤：

A.分别以静应力和当量缺陷尺寸为坐标轴，建立平面坐标系，针对表面开口缺陷和内部缺陷在不同的动应力下的情况，分别在所述平面坐标系中绘制出最大允许当量缺陷尺寸与静应力的关系曲线；

B.根据应力水平，将所述转轮叶片的出水边划分为几个不同的区域；根据每个区域的最大静应力和动应力，在步骤A的关系曲线中查出该区域表面开口缺陷的最大允许当量缺陷尺寸和内部缺陷的最大允许当量缺陷尺寸；

C.对转轮叶片出水边的各个区域分别进行无损探伤，找出大于本区域最大允许当量缺陷尺寸的表面开口缺陷或内部缺陷，并进行修复。

优选地，所述步骤C中无损探伤的手段为超声波探伤、液态渗透探伤、射线探伤或磁粉探伤。

优选地，所述步骤C中对缺陷进行修复的方式是，对于单个缺陷，先将缺陷挖除，然后再进行补焊修复；对于大量密集缺陷，使用经无损检验合格的同材质钢板替换叶片上相应部位的铸件材料。

优选地，所述步骤B中，将所述转轮叶片的出水边划分为三个不同的区域：分别为出水边与转轮上冠连接的上连接区、出水边与转轮下环连接的下连接区、以及位于上连接区和下连接区之间的中间区。

进一步地，对所述上连接区和下连接区进行超声波探伤；对中间区进行液态渗透探伤或磁粉探伤，如果液态渗透探伤或磁粉探伤显示有密集缺陷，再对中间区进行超声波探伤。

进一步地，所述上连接区和下连接区沿出水边方向的长度为300mm，沿垂直于出水边方向的宽度为100mm，所述中间区沿垂直于出水边方向的宽度为50mm。

本发明的有益效果是，根据断裂力学和失效分析，结合目标转轮的工作应力确定叶片关键区域允许缺陷的大小，建立了当量缺陷尺寸与静应力的关系曲线，考虑了动应力和缺陷类型的影响，从而使得到的允许当量缺陷尺寸更加合理；根据应力水平，对转轮叶片出水边又划分成不同的区域，可以对不同区域适用不同的检测手段和验收标准，以满足不同的区域的质量要求；本发明可以把所有可能造成裂纹的缺陷都找出来，并加以修复，以保证水轮机的可靠运转。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1是混流式水轮机转轮叶片的示意图。

图2是根据本发明所建立的最大允许当量缺陷尺寸与静应力的几条关系曲线示例。

具体实施方式

混流式水轮机的转轮叶片装配在转轮的上冠和下环之间，转轮叶片的形状如图1所示，它由四条曲线边所围成，分别是出水边1、上冠连接边2、进水边3和下环连接边4，转轮叶片将通过上冠连接边2与上冠相连接，将通过下环连接边4与下环相连接。

实践证明，在转轮叶片的运行过程中，裂纹最容易发生在出水边附近。因此，转轮叶片出水边需要做为质量保证的关键区域。本发明根据应力水平的不同，进一步将所述转轮叶片的出水边划分为几个不同的区域，按不同的标准进行质量控制。

因此，首先要解决的问题是确定不同区域的应力水平，以及确定在此应力水平下不会导致裂纹产生的最大允许当量缺陷尺寸。然后利用无损探伤的手段对各区域进行探伤，如果发现超过允许当量缺陷尺寸的缺陷，则进行修复，以达到避免转轮叶片在运行过程中出现裂纹的目的。

对于混流式水轮机转轮叶片的分析计算，包括以下步骤：