避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法
2023-06-20 16:08:36 1
避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法
【專利摘要】本發明公開了一種避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法，包括以下步驟：A.針對表面開口缺陷和內部缺陷在不同的動應力下的情況，繪製出最大允許當量缺陷尺寸與靜應力的關係曲線；B.根據應力水平，將轉輪葉片的出水邊劃分為幾個不同的區域；根據每個區域的最大靜應力和動應力，在步驟A的關係曲線中查出最大允許當量缺陷尺寸；C.對轉輪葉片出水邊的各個區域分別進行無損探傷，找出大於本區域最大允許當量缺陷尺寸的表面開口缺陷或內部缺陷，並進行修復。本發明根據斷裂力學和失效分析，結合目標轉輪的工作應力確定葉片關鍵區域允許缺陷的大小，有效地保證了關鍵區域的質量要求，可以避免混流式水輪機轉輪葉片在運行過程中出現裂紋。
【專利說明】避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水輪機【技術領域】，具體涉及一種避免混流式水輪機轉輪葉片因關鍵區域存在缺陷而在運行過程中出現裂紋的方法。
【背景技術】
[0002]國內外同行業中，目前對轉輪鑄件(包括上冠、下環、葉片)進行檢驗的標準主要按照水力機械鑄鋼件檢驗規範CCH70-3執行。該規範中提出一個「質量檢驗單(QS即QualitySheet)」的概念。在QS中將部件根據應力水平和重要性劃分為不同區域，針對不同區域，實施不同等級的無損檢驗措施。然而該規範對轉輪葉片的檢驗要求過松，特別是對轉輪葉片出水邊所在的關鍵區域甚至不要求進行超聲波檢驗(UT)。實踐表明，即便選擇該規範中較高要求等級驗收，仍然無法保證葉片的質量要求，檢驗合格的葉片在運行過程中仍然會出現裂紋。
[0003]為了保證轉輪葉片在運行過程中不會出現裂紋，轉輪葉片的關鍵區域可以允許有多大的缺陷，這仍是一個有待於解決的技術問題。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法，以克服現有技術存在的缺陷。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案:一種避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法，包括以下步驟:
[0006]A.分別以靜應力和當量缺陷尺寸為坐標軸，建立平面坐標系，針對表面開口缺陷和內部缺陷在不同的動應力下的情況，分別在所述平面坐標系中繪製出最大允許當量缺陷尺寸與靜應力的關係曲線；
[0007]B.根據應力水平，將所述轉輪葉片的出水邊劃分為幾個不同的區域；根據每個區域的最大靜應力和動應力，在步驟A的關係曲線中查出該區域表面開口缺陷的最大允許當量缺陷尺寸和內部缺陷的最大允許當量缺陷尺寸；
[0008]C.對轉輪葉片出水邊的各個區域分別進行無損探傷，找出大於本區域最大允許當量缺陷尺寸的表面開口缺陷或內部缺陷，並進行修復。
[0009]優選地，所述步驟C中無損探傷的手段為超聲波探傷、液態滲透探傷、射線探傷或磁粉探傷。
[0010]優選地，所述步驟C中對缺陷進行修復的方式是，對於單個缺陷，先將缺陷挖除，然後再進行補焊修復；對於大量密集缺陷，使用經無損檢驗合格的同材質鋼板替換葉片上相應部位的鑄件材料。
[0011]優選地，所述步驟B中，將所述轉輪葉片的出水邊劃分為三個不同的區域:分別為出水邊與轉輪上冠連接的上連接區、出水邊與轉輪下環連接的下連接區、以及位於上連接區和下連接區之間的中間區。[0012]進一步地，對所述上連接區和下連接區進行超聲波探傷；對中間區進行液態滲透探傷或磁粉探傷，如果液態滲透探傷或磁粉探傷顯示有密集缺陷，再對中間區進行超聲波探傷。
[0013]進一步地，所述上連接區和下連接區沿出水邊方向的長度為300mm，沿垂直於出水邊方向的寬度為100_，所述中間區沿垂直於出水邊方向的寬度為50_。
[0014]本發明的有益效果是，根據斷裂力學和失效分析，結合目標轉輪的工作應力確定葉片關鍵區域允許缺陷的大小，建立了當量缺陷尺寸與靜應力的關係曲線，考慮了動應力和缺陷類型的影響，從而使得到的允許當量缺陷尺寸更加合理；根據應力水平，對轉輪葉片出水邊又劃分成不同的區域，可以對不同區域適用不同的檢測手段和驗收標準，以滿足不同的區域的質量要求；本發明可以把所有可能造成裂紋的缺陷都找出來，並加以修復，以保證水輪機的可靠運轉。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細說明。
[0016]圖1是混流式水輪機轉輪葉片的示意圖。
[0017]圖2是根據本發明所建立的最大允許當量缺陷尺寸與靜應力的幾條關係曲線示例。
【具體實施方式】
[0018]混流式水輪機的轉輪葉片裝配在轉輪的上冠和下環之間，轉輪葉片的形狀如圖1所示，它由四條曲線邊所圍成，分別是出水邊1、上冠連接邊2、進水邊3和下環連接邊4，轉輪葉片將通過上冠連接邊2與上冠相連接，將通過下環連接邊4與下環相連接。
[0019]實踐證明，在轉輪葉片的運行過程中，裂紋最容易發生在出水邊附近。因此，轉輪葉片出水邊需要做為質量保證的關鍵區域。本發明根據應力水平的不同，進一步將所述轉輪葉片的出水邊劃分為幾個不同的區域，按不同的標準進行質量控制。
[0020]因此，首先要解決的問題是確定不同區域的應力水平，以及確定在此應力水平下不會導致裂紋產生的最大允許當量缺陷尺寸。然後利用無損探傷的手段對各區域進行探傷，如果發現超過允許當量缺陷尺寸的缺陷，則進行修復，以達到避免轉輪葉片在運行過程中出現裂紋的目的。
[0021]對於混流式水輪機轉輪葉片的分析計算，包括以下步驟:
[0022]1、確定混流式水輪機轉輪葉片各區域的靜態應力值σ:通過有限元計算分析得到轉輪葉片各區域的應力分布；
[0023]2、決定動態應力的幅值Λ σ:g卩Λ o=2k.σ ;k為幅度係數，對於中低水頭混流式轉輪，k 一般取值10% ;對於中高水頭混流式轉輪，k 一般取值20%。一般大於200m的為中高水頭，低於200米的為中低水頭。
[0024]3、確定轉輪材料:保證轉輪葉片各區域靜態應力最大值不超過《GB/T15468-2006水輪機基本技術條件》中規定材料的許用最大應力(屈服極限的1/5)。轉輪材料確定後，材料的疲勞極限門檻值Λ Kth也就確定了。
[0025]4、計算動態應力與允許缺陷尺寸的關係:根據經典斷裂力學的公式:
【權利要求】
1.一種避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法，其特徵是，包括以下步驟: A.分別以靜應力和當量缺陷尺寸為坐標軸，建立平面坐標系，針對表面開口缺陷和內部缺陷在不同的動應力下的情況，分別在所述平面坐標系中繪製出最大允許當量缺陷尺寸與靜應力的關係曲線； B.根據應力水平，將所述轉輪葉片的出水邊劃分為幾個不同的區域；根據每個區域的最大靜應力和動應力，在步驟A的關係曲線中查出該區域表面開口缺陷的最大允許當量缺陷尺寸和內部缺陷的最大允許當量缺陷尺寸； C.對轉輪葉片出水邊的各個區域分別進行無損探傷，找出大於本區域最大允許當量缺陷尺寸的表面開口缺陷或內部缺陷，並進行修復。
2.根據權利要求1所述的避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法，其特徵是，所述步驟C中無損探傷的手段為超聲波探傷、液態滲透探傷、射線探傷或磁粉探傷。
3.根據權利要求1所述的避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法，其特徵是，所述步驟C中對缺陷進行修復的方式是，對於單個缺陷，先將缺陷挖除，然後再進行補焊修復；對於大量密集缺陷,使用經無損檢驗合格的同材質鋼板替換葉片上相應部位的鑄件材料。
4.根據權利要求1所述的避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法，其特徵是，所述步驟B中，將所述轉輪葉片的出水邊劃分為三個不同的區域:分別為出水邊與轉輪上冠連接的上連接區、出水邊與轉輪下環連接的下連接區、以及位於上連接區和下連接區之間的中間區。
5.根據權利要求4所述的避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法，其特徵是，對所述上連接區和下連接區進行超聲波探傷；對中間區進行液態滲透探傷或磁粉探傷，如果液態滲透探傷或磁粉探傷顯示有密集缺陷，再對中間區進行超聲波探傷。
6.根據權利要求4所述的避免混流式水輪機轉輪葉片出現裂紋的方法，其特徵是，所述上連接區和下連接區沿出水邊方向的長度為300mm，沿垂直於出水邊方向的寬度為100mm,所述中間區沿垂直於出水邊方向的寬度為50_。
【文檔編號】G01N33/00GK103706996SQ201210378872
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年10月8日 優先權日:2012年10月8日
【發明者】王憲平, 朱毓平, 朱炳賢, 陳露貴, 古乾晟, 黃鶴明, 汪雲福, 劉國紅, 張志清, 李強, 翟鵬飛 申請人:上海福伊特水電設備有限公司