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摘要：如今，冲击式水轮机遍布世界各处，然而随着转轮使用时间的延长，转轮因各种原因导致各个部位出现不同程度的磨损破坏，直接影响转轮的出力与电站运行的稳定性，处理不当则很容易造成巨大的经济、人生安全损失。但由于新转轮制作费用高昂而且周期较长，为了更好地平衡高昂的设计、制造费用与电站实际使用的需求，降低经济损失，维修转轮始终是电站首推的方案。然而冲击式转轮的工况十分恶劣，迫使工厂在维修时必须严格控制每一工序，严控转轮的质量，因此厂家在维修转轮时，制定快捷、可靠，的冲击式转轮维修工艺具有重大的意义。
关键词：冲击式转轮；损坏原因；修复工艺
当今时代，冲击式转轮发电站在发电设施中占着很大一部分，其中冲击式转轮的工作环境最为恶劣，转轮在高压、重复、潮湿的环境下长期高速旋转，导致水斗出现各种程度的破坏，甚至断斗，发生各种危险事故。在转轮破坏的各种情况中，水斗各种磨损最为常见而且无法避免，唯一便捷、可靠、经济的方法就是加强对转轮进行维护，定期对水斗进修维修。
在冲击式转轮的维修过程中，最容易产生的质量问题有二，其一是维修后型线不合理，导致重新使用时极其容易产生磨损或导致机组工作不稳定，维修没有达到预计的经济使用效益，失去维修意义。其二是水斗维修后产生潜在应力、或有残留裂纹，导致转轮不胜高强度的工作负荷，产生断斗危险。断斗在高速飞出时容易拍打在喷嘴或其他危险部件上，造成二次破坏，而且机组会瞬时失去平衡，严重则会直接报废转轮、破坏发电机组，造成巨大的经济、人生安全事故。因维修产生应力，导致运行时发生断斗的损失在国内已有多例，因此冲击式转轮维修必须严格控制水斗的残留应力、对转轮的各个部位必须进行严格的无损探伤检测，排查各种缺陷裂纹。为了确保维修质量，在此我们对冲击式转轮的磨损破坏维修工艺作一简单介绍探讨。
冲击式转轮的磨损维护按型线构造是否与原来型线是否一致，分为水斗型线重建和水斗型线改造两种。当转轮的水力型线设计较合理，不需作改动时，我们采用水斗型线重建，此时，维修后水斗的型线与水斗磨损前的型线一致。而水力型线改造主要是对水斗按照优化后的设计进行重新建造，重新建造后的水力型线与磨损前的型线不同，但更加合理，转轮使用寿命更长。值得一提的是型线重建与型线改造的工艺过程是相同的。
维修工艺过程：
1.转轮维修前，首先需要对转轮进行维修前的状态检验，包括水斗磨损量、修补量的检验以及安装尺寸、安装位置的检验，以便对转轮的维修内容作出初步的评定，合理编排后续的维修工艺。
2.转轮外观检验完成后，需要对水斗内部的磨损部位进行初步打磨，使需要修补的区域表面光滑平整，为后续的探伤、补焊进行准备。
3.磨损区、需要修补的部位进行打磨后，需要对整个转轮进行NDT探伤，特别是水斗部位进行MT探伤，以确认转轮无潜在的缺陷，避免修补后重新返工修补之前的缺陷，提高维修效率，提高经济效益。
4.转轮焊接修补：
转轮焊接修补应由高技术水平的焊工执行，在焊接前需在补焊区明确画出具体的补焊区、补焊方式、补焊量。焊工按此要求进行补焊，以减少焊接缺陷、焊接变形和最大限度减少焊接应力。
在焊接水斗内侧时，需要在水斗的两外侧进行焊接（如图1所示）。该水斗外侧焊接可在后续的水斗内侧焊接时，起到焊接反变形的作用，而且外侧的焊接可加强水斗的强度，以最大限度减少水斗的变形，保证水斗质量。
此外，在焊接水斗时，由于在焊接厚度检验、水斗加工、打磨基准为水斗两侧边缘基准面，因此在焊接前期绝不可以破坏该基准面（如图2所示）。
水斗外侧加强焊完成后，可对水斗内部进行焊接，在对水斗内部进行补焊时，一般先对切水刃进行补焊，再对水斗的底部进行圆形轨迹补焊，最后才对水斗内侧面进行补焊（如图3所示），在补焊时起弧、收弧点尽量避免在水斗中部出现，以尽量减少焊接缺陷。焊接过程中使用定制的卡板对焊接量进行测量，以确认补焊量是否满足要求。
在水斗焊接前，必须对焊接区域进行预热，焊接过程中必须同时对水斗根部附近进行火焰加热，以减少焊接热影响对水斗根部产生的应力集中，产生附带的热应力缺陷。在整个转轮的维修过程中，水斗根部区无轮任何时候都不能焊接，此区域为禁焊区（如图2所示），任何焊接都会破坏水斗材料的晶体成分，产生不可消除的热应力。若该点控制不严则后续容易产生断斗危险。
1.首次补焊完成后，需要使用高精度3D扫描设备对所有补焊区进行扫描，扫描数据与所需要的3D模型进行匹配，确认所有细节区域均已按要求补焊完成。若不使用3D扫描设备进行测数检验，部分缺焊区域不能及时被发现，造成焊接返工。
2.确认所有部位均已补焊及格后，转轮进行去应力退火处理，在热处理过程中，为确保热处理效果，必须一个转轮一炉，而且转轮必须垫起放置于热处理炉中中央，并在转轮的各个重要部位至少分布3个以上的热电偶，以便实时监控热处理效果。
3.零件热处理后，首先将转轮放置于五轴加工设备上进行加工。
由于水斗的程序较复杂，而且转轮的修补工程巨大，加工略有错误将导致前工尽弃，引来巨大的返修工程，甚至报废转轮。为避免出现此类错误，在加工第一水斗后需要立即对已加工完的区域进行3D测数检验，以确认所加工的水斗符合技术要求。测数检验确认加工质量后，方可继续剩余的水斗加工。
由于冲击式转轮结构较紧凑、复杂，需要先把水斗外侧按型线进行加工，然后再加工水斗内部，而且单边需要预留0.5mm以上的打磨精抛余量。在加工水斗内侧时，因空间极度有限，需要分几段程序，分几把刀具来加工不同的区域。再者由于水斗根部属于应力极其敏感区域，该区域不需加工，所以刀具在根部需要呈现一逐步退刀路径，以最大限度减少水斗根部的破坏。
4.水斗加工完成后，需要再次对所有转轮进行3D检验，确认所有水斗均符合要求，此时水斗表面已平整，才可对水斗进行探伤检测，对所发现的缺陷进行去除、补焊、打磨恢复至加工时的轮廓线，然后对整个水斗进行打磨抛光处理，达到需要的表面粗糙度，并同时使用检验卡板对型线进行实时检验。确保型线及其他相关尺寸符合质量要求。
5.确保转轮型线达到要求而且探伤及格后，需要对转轮进行一次完整的无损探伤，此次探伤消除转轮的所有隐藏缺陷，特别是水斗根部的缺陷必须严格控制。严重的裂纹等缺陷用肉眼和放大镜外观检查即可发现，但较细小的缺陷和内部的缺陷用无损探伤检查。常用的无损检测方法有以下几种：磁粉探伤、渗透探伤、超声波探伤、金属磁记忆、射线检测等。裂纹集中的部位，由于透照布置比较困难，不能用射线透照法进行无损探伤。根据轮机叶片表面比较粗糙、结构复杂和厚度变化大的特点，一般应采用渗透、磁粉、超声波和金属磁记忆的方法进行无损检测。
6.由于转轮在重新修补后，转轮处于关于回转中心的非平衡状态，需要按照ISO1940平衡技术规范对转轮进行平衡测试，以消除转轮的大部分不平衡量，确保机组在运行时的平稳性，延长机组寿命。但是对于此类巨型的机械部件的平衡有较多限制因素，其工装、平衡导轨都是专门定制部件，精度刚度相当高。其中最方便的平衡方式是往转轮的轻点逐渐添加一定重量的磁铁，然后根据所添加的磁铁重量使用三维软件进行模拟，确认所需去除量后逐步按模拟结果进行打磨直至不平衡量达到相关的技术要求。
7.平衡测试结束后，需要对打磨区进行一次MT/PT探伤，以确保打磨区无缺陷。此后对转轮进行其他尺寸复检，包括卡板检验检验（部分卡板如图4所示）。冲击式转轮的卡板种类繁多复杂，主要分为定位点卡板、切水刃卡板、水斗内部型线卡板、水斗外侧型线卡板。卡板检验及格、其他尺寸检验及格后转轮修复工作已完成，可将转轮送还电站进行安装使用。
图4
卡板检验、无损探伤和3D扫描检验始终贯穿整个维修过程。而且转轮的起吊必须采用可靠的吊具，不可采用链条式的吊带直接捆绑工件，以免破坏转轮表面。在转轮空中翻转过程中，必须综合使用各种柔性吊具。这是由于此类巨型重物在翻转过程中有各种不可预知的因素，刚性吊具极其容易破坏转轮。为了确保转轮不被破坏，在转运运输过程中必须采用木箱包装，而且包装必须牢固地固定转轮，
此为冲击式转轮修复的大致工艺流程，其中每一步都是精密相关，前后有十分紧密的连接关系。该工艺路线已成为国际冲击式转轮普通修复的通用流程。当然随着技术的发展，冲击式修复转轮的修复技术也日新月异，如采用自动化重新修建水斗等技术已得到国外部分厂家的实验应用，相信不久将来国内即可引入该技术。
参考文献
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