[科普中國(guó)]-止漏環(huán)

簡(jiǎn)介

由于空化、泥沙磨損以及運(yùn)行中動(dòng)應(yīng)力的影響, 容易導(dǎo)致止漏環(huán)的損壞和開裂, 有的機(jī)組止漏環(huán)甚至出現(xiàn)脫開而刮傷相關(guān)部件的現(xiàn)象, 所以在電站現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)和更換( 轉(zhuǎn)動(dòng)或固定) 止漏環(huán)在所難免, 并且需要采取合理的工藝方案和措施保證止漏環(huán)的使用壽命, 確保在現(xiàn)場(chǎng)更換止漏環(huán)工作的順利進(jìn)行。因此, 有必要對(duì)止漏環(huán)的修補(bǔ)和更換工作進(jìn)行一些研究與分析, 并制訂出切實(shí)可行的工藝方案。

止漏環(huán)結(jié)構(gòu)的選擇與評(píng)價(jià)水輪機(jī)止漏環(huán)在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下分為轉(zhuǎn)動(dòng)止漏環(huán)和固定止漏環(huán)。轉(zhuǎn)動(dòng)止漏環(huán)包括上止漏環(huán)和下止漏環(huán), 固定止漏環(huán)包括底環(huán)止漏環(huán)和頂蓋止漏環(huán)。止漏環(huán)的更換就是指轉(zhuǎn)動(dòng)止漏環(huán)和固定止漏環(huán)的更換。止漏環(huán)的更換有兩種結(jié)構(gòu)方式: 一種是止漏環(huán)靠機(jī)械力頂壓與本體貼合焊接在一起, 該結(jié)構(gòu)方式焊接量相對(duì)較大, 焊接變形易導(dǎo)致本體加工尺寸的變化, 止漏環(huán)焊后需加工; 另一種是先將止漏環(huán)焊接成整體, 在保證一定的過盈量的情況下進(jìn)行熱套或冷套( 轉(zhuǎn)動(dòng)止漏環(huán)采用熱套、固定止漏環(huán)采用冷套), 并且固定止漏環(huán)在冷套后可不加工。綜合考慮, 雖然采用后者對(duì)止漏環(huán)自身拼縫的焊接變形控制要求很高, 但能使止漏環(huán)拉、壓應(yīng)力較為均勻, 故近年來一般采用后者。本文主要是介紹后者的結(jié)構(gòu)方式。1

止漏環(huán)更換需要解決的問題止漏環(huán)的更換主要面臨以下問題: 將止漏環(huán)加工成兩瓣運(yùn)往工地, 在電站現(xiàn)場(chǎng)對(duì)止漏環(huán)進(jìn)行拼焊, 焊后要保證過盈量在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi), 保證圓度且無局部死彎。以二灘、李家峽電廠為例, 止漏環(huán)板厚約40 mm, 直徑約600mm, 高度約300mm, 焊后過盈量保證在2.0-2.3mm 內(nèi)。因此, 必須考慮焊接收縮量, 控制周長(zhǎng)尺寸, 在止漏環(huán)裝配時(shí), 轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)尺寸應(yīng)符合: ，底環(huán)、頂蓋止漏環(huán)尺寸應(yīng)符合:

式中： ——止漏環(huán)廠內(nèi)加工后的外徑尺寸, ——止漏環(huán)裝配外徑尺寸, ——過盈量, ——焊接收縮量, ——止漏環(huán)厚度的平均值焊接收縮量是根據(jù)止漏環(huán)的厚度、高度測(cè)算以及長(zhǎng)期實(shí)際經(jīng)驗(yàn)積累的數(shù)據(jù)得出來的, 即周長(zhǎng)預(yù)留焊接收縮量為8-10mm。通過采用相應(yīng)的工藝, 焊后滿足設(shè)計(jì)過盈量要求。在實(shí)際操作中, 由于止漏環(huán)是精加工件,因此要求止漏環(huán)在拼焊后不加工或少量加工、不變形。但要達(dá)到焊接收縮量、過盈量等多項(xiàng)指標(biāo)要求這很困難, 同時(shí), 這也是止漏環(huán)更換過程中的難點(diǎn)和必須解決的問題。1

熱套止漏環(huán)及冷套止漏環(huán)工藝方案在考慮止漏環(huán)更換方案時(shí), 需本著簡(jiǎn)單易行和保證質(zhì)量的原則, 利用電廠現(xiàn)有條件進(jìn)行。首先應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)觀察止漏環(huán)損壞的情況, 然后決定對(duì)止漏環(huán)進(jìn)行修補(bǔ)還是更換。如果需對(duì)止漏環(huán)進(jìn)行修補(bǔ), 我們一般采取對(duì)止漏環(huán)進(jìn)行直接加工或補(bǔ)焊后再進(jìn)行加工的措施。若不能修復(fù), 則需進(jìn)行止漏環(huán)的更換。以轉(zhuǎn)輪上止漏環(huán)熱套和底環(huán)止漏環(huán)冷套為例, 對(duì)止漏環(huán)的更換一般分為下面幾個(gè)步驟:

水力脈動(dòng)使轉(zhuǎn)輪上止漏環(huán)脫空部位產(chǎn)生形變止漏環(huán)更換工藝止漏環(huán)更換流程如右圖所示

( l) 刨開止漏環(huán)與轉(zhuǎn)輪或底環(huán)本體之間的環(huán)焊縫, 盡可能地不損傷轉(zhuǎn)輪或底環(huán)本體( 底環(huán)止漏環(huán)還需刨開特殊圓頭徑向把合螺栓并拆除把合螺栓) ; 逐段拆下原止漏環(huán), 不得損傷本體; 打磨本體, 清理時(shí)用砂輪磨除其表面氧化層及氣刨飛濺物, 使之全部露出金屬光澤。

( 2 ) 轉(zhuǎn)輪加工專用設(shè)備的組裝、調(diào)整及試運(yùn)轉(zhuǎn)。

( 3 ) 對(duì)于分瓣轉(zhuǎn)輪, 由于是在工地裝焊成整體的, 可能存在一定的圓度偏差和錯(cuò)口故需要在套止漏環(huán)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)輪本體套止漏環(huán)圓面進(jìn)行加工, 而底環(huán)、頂蓋則無需先加工再套。加工完畢后用二尺測(cè)量轉(zhuǎn)輪上環(huán)本體直徑, 而底環(huán)內(nèi)環(huán)面直徑則直接用7T 尺測(cè)量

( 4 ) 對(duì)轉(zhuǎn)輪或底環(huán)止漏環(huán)進(jìn)行調(diào)整、拼焊。

( 5) 轉(zhuǎn)輪上止漏環(huán)熱套、封焊清掃轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)表面, 在止漏環(huán)外表面均勻掛設(shè)加熱片加熱止漏環(huán), 加熱過程中測(cè)量止漏環(huán)內(nèi)徑。當(dāng)膨脹量合乎要求時(shí), 就可進(jìn)行鑲套, 加熱片斷電, 取下加熱片, 檢查止漏環(huán)與轉(zhuǎn)輪上環(huán)間無異物, 下落止漏環(huán)在轉(zhuǎn)輪上環(huán)上就位, 待止漏環(huán)冷卻達(dá)到室溫后測(cè)量檢查止漏與轉(zhuǎn)輪上環(huán)之間的間隙打磨的方法將止漏環(huán)上環(huán)縫開出適當(dāng)?shù)摹癠” 形槽, 用氫弧焊封焊。

( 6 ) 底環(huán)止漏環(huán)冷套、封焊清掃止漏環(huán)外表面及底環(huán)內(nèi)環(huán)面, 將止漏環(huán)吊到冷凍箱內(nèi), 用干冰完全覆蓋進(jìn)行冷凍。測(cè)量止漏環(huán)外徑, 當(dāng)收縮量達(dá)到要求時(shí)吊出止漏環(huán), 立即進(jìn)行鑲套, 待止漏環(huán)溫度上升達(dá)到室溫后, 測(cè)量檢查止漏環(huán)與底環(huán)本體之間的間隙以及止漏環(huán)下端面與底環(huán)下部臺(tái)肩之間的間隙。用打磨的方法將止漏環(huán)上環(huán)縫開出適當(dāng)?shù)摹癠” 形槽, 用氫弧焊封焊。

( 7 ) 止漏環(huán)車削加工加工止漏環(huán)內(nèi)或外圓面, 如無加工條件, 底環(huán)、頂蓋止漏環(huán)內(nèi)圓可不加工。1

止漏環(huán)焊后應(yīng)避免的幾種情況止漏環(huán)焊后應(yīng)避免以下幾種情況:

( l) 止漏環(huán)焊后外徑偏大或偏小止漏環(huán)焊后外徑偏大時(shí), 只有重新拼焊。

( 2 ) 止漏環(huán)焊后出現(xiàn)“ 死彎” 現(xiàn)象此現(xiàn)象如下圖所示, 是止漏環(huán)在施焊過程中, 內(nèi)外焊縫每道焊量或焊接規(guī)范掌握不恰當(dāng)造成的。如果“ 死彎” 比較小, 可采用打磨修形。

( 3 ) 止漏環(huán)焊后上下平面不平, 發(fā)生“ 扭曲” 現(xiàn)象。這是止漏環(huán)在施焊過程中, 內(nèi)外焊縫每(道焊量或焊接規(guī)范掌握不一致造成。發(fā)生“ 扭曲” 時(shí), 止漏環(huán)內(nèi)外側(cè)刨開合理寬、深度的槽, 采用焊接修形。

關(guān)于止漏環(huán)的兩種情況脫落機(jī)組上部止漏環(huán)脫落并卡死現(xiàn)象在常規(guī)混流式機(jī)組中并不常見， 但其后果卻非常嚴(yán)重。很多機(jī)組的隱患并不會(huì)直接表現(xiàn)于機(jī)組的外部表象上， 而需要通過相關(guān)數(shù)據(jù)來判斷， 如運(yùn)行過程中機(jī)組的振動(dòng)及擺度， 異響及異味等， 這些需要運(yùn)行與檢修人員仔細(xì)檢查并作甄別后才能得知故障所在。經(jīng)過討論分析后認(rèn)為， 造成上部止漏環(huán)嚴(yán)重脫落并卡死的原因可能有以下幾點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)的影響。是否當(dāng)時(shí)的熱套設(shè)計(jì)間隙過大？ 關(guān)于熱套的間隙與相關(guān)技術(shù)措施， 在相關(guān)部件設(shè)計(jì)交付制造前都經(jīng)過嚴(yán)密的計(jì)算與論證， 從理論上來說， 這種可能性比較小。

（2）制造的影響。轉(zhuǎn)動(dòng)部分止漏環(huán)焊縫脫落，或在熱套后因間隙過大而墊了材料， 埋下隱患。這種可能性暫時(shí)不能排除， 如果在制造加工過程中， 由于工藝與技術(shù)的限制， 導(dǎo)致實(shí)際加工部件未能完全達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)要求的規(guī)范， 這是有可能的， 但因上部止漏環(huán)脫落嚴(yán)重， 進(jìn)行相應(yīng)的鑒定變得困難。

（3）運(yùn)行環(huán)境的影響。水力不平衡導(dǎo)致機(jī)組震動(dòng)加大， 或是機(jī)組的導(dǎo)軸承由于基礎(chǔ)螺栓或鎖定螺栓松動(dòng)致使機(jī)組的導(dǎo)軸承間隙發(fā)生較大變化，所以在機(jī)組運(yùn)行中， 止漏環(huán)局部發(fā)生碰撞而導(dǎo)致發(fā)熱， 引起了迷宮環(huán)的膨脹脫落。

（4）綜合因素的影響。由于設(shè)計(jì)、制造偏差及運(yùn)行環(huán)境變化的綜合因素影響， 導(dǎo)致了機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生嚴(yán)重的止漏環(huán)脫落事件， 這也是最有可能的一種原因。

改進(jìn)及實(shí)施方案

上部固定止漏環(huán)與頂蓋解體后, 將頂蓋與轉(zhuǎn)輪一起運(yùn)回制造廠加工, 卡死在轉(zhuǎn)輪上的上部止漏環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)部分全部車除。上部止漏環(huán)固定部分取出后重新加工， 與頂蓋連接并進(jìn)行補(bǔ)焊[ 2 ]， 轉(zhuǎn)輪的上部轉(zhuǎn)動(dòng)止漏環(huán)需進(jìn)行重新加工并整圓熱套。為保證其熱套的可靠性，避免此類事件再次發(fā)生，對(duì)上部止漏環(huán)進(jìn)行了局部點(diǎn)焊處理， 并進(jìn)行了相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量， 實(shí)測(cè)單邊間隙為1.2 mm， 符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

后續(xù)采取的改進(jìn)防范措施

（1）對(duì)上、下、水導(dǎo)瓦重新修刮并按盤車數(shù)據(jù)按技術(shù)要求重新調(diào)整。

（2）對(duì)水導(dǎo)軸承的基礎(chǔ)螺栓進(jìn)行了打膠堅(jiān)固防松處理?？杀ＷC水導(dǎo)瓦間隙不會(huì)因?yàn)榛A(chǔ)的原因發(fā)生超過規(guī)范的變化。

（3）建議運(yùn)行人員在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對(duì)機(jī)組振動(dòng)及擺度重點(diǎn)監(jiān)視。一旦有異常情況發(fā)生， 立即停機(jī)檢查。

經(jīng)過處理后， 上部止漏環(huán)已修復(fù)并安裝復(fù)位。通過一段時(shí)間的運(yùn)行， 機(jī)組運(yùn)行過程中的各部瓦溫（見表一）及振動(dòng)擺度值（見表二）均在正常范圍內(nèi)， 證明此重大缺陷已消除。2

變形轉(zhuǎn)輪上止漏環(huán)發(fā)生形變?cè)蚍治觯?img src="https://img-xml.kepuchina.cn/images/newsWire/zgHhF3KdpB2N9HKOsFQAumhzIwo4lj136F4z.jpg" alt="" />

對(duì)轉(zhuǎn)輪上止漏環(huán)進(jìn)行了金相試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)劃痕處金相組織發(fā)生變化和細(xì)小裂紋（如右圖 所示），裂紋方向與劃痕方向呈垂直分布，經(jīng)打磨處理后，細(xì)小裂紋消除，組織趨于正常。分析認(rèn)為轉(zhuǎn)輪上止漏環(huán)發(fā)生凸出形變是止漏環(huán)碰撞產(chǎn)生形變和壓力脈動(dòng)產(chǎn)生形變的疊加。3