水轮机导水机构抗磨板修复工艺

水轮机导水机构抗磨板修复工艺

赵亚康贾海军梁啸李崇威

（南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司广东广州511400）

摘要：文章分析了调峰调频发电公司下属某蓄能电厂水轮机导水机构顶盖上抗磨板和底环下抗磨板补焊打磨修复的基本工艺流程，针对性的介绍了在抗磨板修复过程中奥氏体焊材下Cr13型马氏体不锈钢焊接工艺的相关技术规范和补焊打磨后质量验收标准。通过一种抗磨板打磨专用装置的实例，描述了一种精度高、通用性强、省时以及易操作的抗磨板打磨专用装置，并指出该装置的推广价值。

关键词：导水机构；抗磨板；奥氏体焊材下Cr13型马氏体不锈钢焊接工艺

引言

某抽水蓄能电站I期水泵水轮机由法国Neyrpic公司制造，由转轮、导水机构、座环、蜗壳、尾水管、主轴、主轴密封以及水导轴承组成的。其中导水机构过流表面存在活动导叶与顶盖上抗磨板和底环下抗磨板表面磨损刮伤情况，且在摩擦以及空蚀的作用下不断加剧，严重影响机组的正常运行。抗磨板因体积大、拆卸困难和安装要求极高，若整体运回制造厂重新加工，工期无法控制且影响检修进度，因此一般采用补焊和打磨修复工艺对磨损刮伤区域进行检修。本文将从奥氏体焊材下Cr13型马氏体不锈钢焊接方法相关技术规范和使用抗磨板打磨专用装置打磨修复工艺以及抗磨板修复前和运行一段时间后机组运行参数变化等几个方面分别进行介绍。

1导水机构结构

某抽水蓄能电站I期导水机构有关的部件包括顶盖、底环、导叶、接力器、控制环以及联接导叶与控制环的连接头、连板、拐臂等。底环也是形成流道的组成部件之一，固定迷宫环、抗磨板也分别安装于底环的内圈和外圈，由于受到运输条件以及检修条件的限制，底环分四瓣制造，现场拼装。

2奥氏体焊材下Cr13型马氏体不锈钢焊接工艺相关技术规范

2.1母材和焊接工艺参数选择

某抽水蓄能电站I期导水机构顶盖上抗磨板和底环下抗磨板材质为Z10C13马氏体不锈钢，该钢种为Cr13型马氏体不锈钢，焊接性较差，易出现氢致裂纹等缺陷，因焊后验收对变形控制要求高，无法采取进行焊后热处理除氢，因此选用奥氏体焊材进行补焊修复，可不需焊前预热及焊后热处理。采用奥氏体焊材即使有较大的熔合比，过渡区仍能保持与熔敷金属相近的微观组织，有较好的抗裂性能及塑性、韧性。

2.2焊接方式选择

为控制变形，选用小规范的钨极氩弧焊，根据凹坑的深浅，焊接时选用直径2.5或1.6mm的焊丝。为避免焊层过厚加大打磨量及减少焊接线能量，焊接时采取大摇摆焊接方法，焊层尽可能的薄，焊道与焊道之间减少搭接量。

为减少抗磨板变形量，以及焊接时热输入不均衡可能影响顶盖整体构件的平整度，采用对称焊接顺序，由4名焊工对不超过焊丝直径大小，层间温度不高于150℃，控制焊接热输入。

2.3焊接过程监测

百分表检测变形量：焊接过程中需采用红外线温度计监控焊接层间温度，待温度降至100℃再施焊。在施焊的部位分别安装两个百分表，施焊时监测人员应监控百分表的变化，当变形量大于0.03mm时须密切关注并提醒焊工注意，适当调整焊接部位，大于0.10mm时需马上停工检查。

焊缝质量监测：不锈钢焊接时，只要焊接参数匹配，气体保护得当，将能呈现出银白色或者金黄色焊缝。

3打磨修复工艺

3.1抗磨板专用打磨装置的对比与特点

接下来将简要介绍一种针对原有打磨技术（传统人工手持角向磨光机+磨光片进行粗磨，然后角向磨光机+抛光片精细打磨）的缺点与不足，提供一套精度高、通用性强、省时以及易操作的抗磨板打磨专用装置。本套装置分别为可调式平面研磨旋转臂（以下简称机械臂），顶盖上抗磨板机械臂固定支撑装置（以下简称第一机械臂固定支撑装置）和底环下抗磨板机械臂固定支撑装置（以下简称第二机械臂固定支撑装置）。

在本打磨装置中，直磨机运动调节机构安装在卡板上，运动调节机构包括上下调节机构和左右调节机构，其中左右调节机构固定安装在卡板，上下调节机构设置在左右调节机构上，直磨机设置在上下调节机构上，直磨机通过上下调节机构调节其上下运动，左右调节机构调节其上的上下调节机构进行左右运动，从而带动上下调节机构上的直磨机进行左右运动。

在本打磨装置中，通过第一锁紧机构和第二锁紧机构可以保证直磨机在打磨过程中位置固定在卡板上，保证打磨的精度。卡板上安装有钢板尺和杠杆百分表，通过钢板尺可以精确的调整其上直磨机的位置，同时通过杠杆百分表可以获知卡板的水平情况，若卡板没有在水平位置，则对卡板进行调整，直至杠杆百分表指针在0.05mm范围内。

对比传统方法，专用的打磨装置具有以下特点：其一平面打磨精度高，由于直磨机采用平面碗装磨头，与平面打磨接触面为平面，避免出现传统打磨点线接触产生的凹凸沟槽。可以将精度从传统0.20mm提高至0.05mm。其二提高工作效率，机械臂模仿人手臂关节结构采用由销钉连接的两节短臂，从而实现机械臂伸展收缩功能，使得机械臂安装在一个导叶孔位时，可以伸展打磨至左右相邻的两块抗磨板区域，加上其比较高的精度控制，可以有限避免返工现象出现，提高工作效率。其三易操作，使用专用的支撑装置代替手持，可以大大节省人力；装置固定后，只需上下、左右移动机械臂即可完成打磨操作。

3.2补焊打磨修复后质量验收标准

（1）平整度检查采用水平尺与塞尺进行，细磨的平整度要求为－0.20~0mm，并分网格区域进行记录；（2）导叶套筒安装孔修补面的倒角与周边尽量保持一致，过渡圆滑，使用轴径专用卡板进行复核；（3）粗磨后如发现有缺陷、未补完全、补焊边缘咬边处，采用钨极氩弧焊进行补焊，同一部位反复补焊-打磨不宜超过2次；（4）打磨完成后对焊缝表面PT检测，不得有线形缺陷显示或显示直径超过2mm的圆形缺陷；（5）表面粗糙度为3.2μm。测量并记录检修前后顶盖抗磨板与顶盖把合面间隙和底环抗磨板把合面间隙。测量并记录检修前后顶盖上抗磨板与底环下抗磨板间隙。

3.3关于某蓄能A厂抗磨板补焊打磨修复后机组参数变化的情况说明

底环回装后，测量顶盖抗磨板与底环抗磨板距离发现检修后比检修前减小0.20mm。运行一段时间后，从导叶上下端面间隙可知，距离重新回至检修前状态。分析原因有二：①顶盖底环抗磨板因补焊打磨修复引起变形，运行一段时间后，因水力因素影响，变形恢复。②底环紧固螺栓检修后重新预紧，运行一段时间后，因水力因素影响，螺栓被重新拉长。

4结语

本文介绍的奥氏体焊材下Cr13型马氏体不锈钢焊接工艺和补焊打磨修复后质量验收标准适用于调峰调频有限发电公司下属蓄能电厂及常规水电厂抗磨板打磨修复工作。本文介绍的抗磨板专用打磨装置已取得实用新型专利授权。在某蓄能水电厂大修期间使用效果良好，值得在建电厂检修期间抗磨板补焊打磨修复过程中使用推广。

参考文献：

[1]毛允娴.奥氏体焊材下1Cr13型马氏体不锈钢焊接方法研究调峰调频技，2015（1）：21-25.

[2]李林.天荒坪电站导叶抗磨板磨损处理[J].云南水力发电，2007，（1）：94-96.

[3]齐春华，陈宇，苏立伟.1Cr13型（马氏体）不锈钢的焊接[J].水利科技与经济2006，（6）：404-405.

[4]孙波.水轮机导叶控制环抗磨板磨损原因分析及改进[J].华中电力，2010.06：72-74.

[5]梅祖彦.抽水蓄能发电技术[M].北京：机械工业出版社，2000.