避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的方法，包括以下步驟：A.針對(duì)表面開(kāi)口缺陷和內(nèi)部缺陷在不同的動(dòng)應(yīng)力下的情況，繪制出最大允許當(dāng)量缺陷尺寸與靜應(yīng)力的關(guān)系曲線；B.根據(jù)應(yīng)力水平，將轉(zhuǎn)輪葉片的出水邊劃分為幾個(gè)不同的區(qū)域；根據(jù)每個(gè)區(qū)域的最大靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力，在步驟A的關(guān)系曲線中查出最大允許當(dāng)量缺陷尺寸；C.對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片出水邊的各個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行無(wú)損探傷，找出大于本區(qū)域最大允許當(dāng)量缺陷尺寸的表面開(kāi)口缺陷或內(nèi)部缺陷，并進(jìn)行修復(fù)。本發(fā)明根據(jù)斷裂力學(xué)和失效分析，結(jié)合目標(biāo)轉(zhuǎn)輪的工作應(yīng)力確定葉片關(guān)鍵區(qū)域允許缺陷的大小，有效地保證了關(guān)鍵區(qū)域的質(zhì)量要求，可以避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)裂紋。
【專利說(shuō)明】避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水輪機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片因關(guān)鍵區(qū)域存在缺陷而在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)裂紋的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)外同行業(yè)中，目前對(duì)轉(zhuǎn)輪鑄件(包括上冠、下環(huán)、葉片)進(jìn)行檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)主要按照水力機(jī)械鑄鋼件檢驗(yàn)規(guī)范CCH70-3執(zhí)行。該規(guī)范中提出一個(gè)“質(zhì)量檢驗(yàn)單(QS即QualitySheet)”的概念。在QS中將部件根據(jù)應(yīng)力水平和重要性劃分為不同區(qū)域，針對(duì)不同區(qū)域，實(shí)施不同等級(jí)的無(wú)損檢驗(yàn)措施。然而該規(guī)范對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片的檢驗(yàn)要求過(guò)松，特別是對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片出水邊所在的關(guān)鍵區(qū)域甚至不要求進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)(UT)。實(shí)踐表明，即便選擇該規(guī)范中較高要求等級(jí)驗(yàn)收，仍然無(wú)法保證葉片的質(zhì)量要求，檢驗(yàn)合格的葉片在運(yùn)行過(guò)程中仍然會(huì)出現(xiàn)裂紋。
[0003]為了保證轉(zhuǎn)輪葉片在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)裂紋，轉(zhuǎn)輪葉片的關(guān)鍵區(qū)域可以允許有多大的缺陷，這仍是一個(gè)有待于解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的方法，包括以下步驟:
[0006]A.分別以靜應(yīng)力和當(dāng)量缺陷尺寸為坐標(biāo)軸，建立平面坐標(biāo)系，針對(duì)表面開(kāi)口缺陷和內(nèi)部缺陷在不同的動(dòng)應(yīng)力下的情況，分別在所述平面坐標(biāo)系中繪制出最大允許當(dāng)量缺陷尺寸與靜應(yīng)力的關(guān)系曲線；
[0007]B.根據(jù)應(yīng)力水平，將所述轉(zhuǎn)輪葉片的出水邊劃分為幾個(gè)不同的區(qū)域；根據(jù)每個(gè)區(qū)域的最大靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力，在步驟A的關(guān)系曲線中查出該區(qū)域表面開(kāi)口缺陷的最大允許當(dāng)量缺陷尺寸和內(nèi)部缺陷的最大允許當(dāng)量缺陷尺寸；
[0008]C.對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片出水邊的各個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行無(wú)損探傷，找出大于本區(qū)域最大允許當(dāng)量缺陷尺寸的表面開(kāi)口缺陷或內(nèi)部缺陷，并進(jìn)行修復(fù)。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟C中無(wú)損探傷的手段為超聲波探傷、液態(tài)滲透探傷、射線探傷或磁粉探傷。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟C中對(duì)缺陷進(jìn)行修復(fù)的方式是，對(duì)于單個(gè)缺陷，先將缺陷挖除，然后再進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)；對(duì)于大量密集缺陷，使用經(jīng)無(wú)損檢驗(yàn)合格的同材質(zhì)鋼板替換葉片上相應(yīng)部位的鑄件材料。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟B中，將所述轉(zhuǎn)輪葉片的出水邊劃分為三個(gè)不同的區(qū)域:分別為出水邊與轉(zhuǎn)輪上冠連接的上連接區(qū)、出水邊與轉(zhuǎn)輪下環(huán)連接的下連接區(qū)、以及位于上連接區(qū)和下連接區(qū)之間的中間區(qū)。[0012]進(jìn)一步地，對(duì)所述上連接區(qū)和下連接區(qū)進(jìn)行超聲波探傷；對(duì)中間區(qū)進(jìn)行液態(tài)滲透探傷或磁粉探傷，如果液態(tài)滲透探傷或磁粉探傷顯示有密集缺陷，再對(duì)中間區(qū)進(jìn)行超聲波探傷。
[0013]進(jìn)一步地，所述上連接區(qū)和下連接區(qū)沿出水邊方向的長(zhǎng)度為300mm，沿垂直于出水邊方向的寬度為100_，所述中間區(qū)沿垂直于出水邊方向的寬度為50_。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，根據(jù)斷裂力學(xué)和失效分析，結(jié)合目標(biāo)轉(zhuǎn)輪的工作應(yīng)力確定葉片關(guān)鍵區(qū)域允許缺陷的大小，建立了當(dāng)量缺陷尺寸與靜應(yīng)力的關(guān)系曲線，考慮了動(dòng)應(yīng)力和缺陷類型的影響，從而使得到的允許當(dāng)量缺陷尺寸更加合理；根據(jù)應(yīng)力水平，對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片出水邊又劃分成不同的區(qū)域，可以對(duì)不同區(qū)域適用不同的檢測(cè)手段和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，以滿足不同的區(qū)域的質(zhì)量要求；本發(fā)明可以把所有可能造成裂紋的缺陷都找出來(lái)，并加以修復(fù)，以保證水輪機(jī)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]圖1是混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的示意圖。
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明所建立的最大允許當(dāng)量缺陷尺寸與靜應(yīng)力的幾條關(guān)系曲線示例。
【具體實(shí)施方式】
[0018]混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪葉片裝配在轉(zhuǎn)輪的上冠和下環(huán)之間，轉(zhuǎn)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(jìn)水邊3和下環(huán)連接邊4，轉(zhuǎn)輪葉片將通過(guò)上冠連接邊2與上冠相連接，將通過(guò)下環(huán)連接邊4與下環(huán)相連接。
[0019]實(shí)踐證明，在轉(zhuǎn)輪葉片的運(yùn)行過(guò)程中，裂紋最容易發(fā)生在出水邊附近。因此，轉(zhuǎn)輪葉片出水邊需要做為質(zhì)量保證的關(guān)鍵區(qū)域。本發(fā)明根據(jù)應(yīng)力水平的不同，進(jìn)一步將所述轉(zhuǎn)輪葉片的出水邊劃分為幾個(gè)不同的區(qū)域，按不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制。
[0020]因此，首先要解決的問(wèn)題是確定不同區(qū)域的應(yīng)力水平，以及確定在此應(yīng)力水平下不會(huì)導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的最大允許當(dāng)量缺陷尺寸。然后利用無(wú)損探傷的手段對(duì)各區(qū)域進(jìn)行探傷，如果發(fā)現(xiàn)超過(guò)允許當(dāng)量缺陷尺寸的缺陷，則進(jìn)行修復(fù)，以達(dá)到避免轉(zhuǎn)輪葉片在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)裂紋的目的。
[0021]對(duì)于混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的分析計(jì)算，包括以下步驟:
[0022]1、確定混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片各區(qū)域的靜態(tài)應(yīng)力值σ:通過(guò)有限元計(jì)算分析得到轉(zhuǎn)輪葉片各區(qū)域的應(yīng)力分布；
[0023]2、決定動(dòng)態(tài)應(yīng)力的幅值Λ σ:g卩Λ o=2k.σ ;k為幅度系數(shù)，對(duì)于中低水頭混流式轉(zhuǎn)輪，k 一般取值10% ;對(duì)于中高水頭混流式轉(zhuǎn)輪，k 一般取值20%。一般大于200m的為中高水頭，低于200米的為中低水頭。
[0024]3、確定轉(zhuǎn)輪材料:保證轉(zhuǎn)輪葉片各區(qū)域靜態(tài)應(yīng)力最大值不超過(guò)《GB/T15468-2006水輪機(jī)基本技術(shù)條件》中規(guī)定材料的許用最大應(yīng)力(屈服極限的1/5)。轉(zhuǎn)輪材料確定后，材料的疲勞極限門檻值Λ Kth也就確定了。
[0025]4、計(jì)算動(dòng)態(tài)應(yīng)力與允許缺陷尺寸的關(guān)系:根據(jù)經(jīng)典斷裂力學(xué)的公式:
【權(quán)利要求】
1.一種避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的方法，其特征是，包括以下步驟: A.分別以靜應(yīng)力和當(dāng)量缺陷尺寸為坐標(biāo)軸，建立平面坐標(biāo)系，針對(duì)表面開(kāi)口缺陷和內(nèi)部缺陷在不同的動(dòng)應(yīng)力下的情況，分別在所述平面坐標(biāo)系中繪制出最大允許當(dāng)量缺陷尺寸與靜應(yīng)力的關(guān)系曲線； B.根據(jù)應(yīng)力水平，將所述轉(zhuǎn)輪葉片的出水邊劃分為幾個(gè)不同的區(qū)域；根據(jù)每個(gè)區(qū)域的最大靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力，在步驟A的關(guān)系曲線中查出該區(qū)域表面開(kāi)口缺陷的最大允許當(dāng)量缺陷尺寸和內(nèi)部缺陷的最大允許當(dāng)量缺陷尺寸； C.對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片出水邊的各個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行無(wú)損探傷，找出大于本區(qū)域最大允許當(dāng)量缺陷尺寸的表面開(kāi)口缺陷或內(nèi)部缺陷，并進(jìn)行修復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的方法，其特征是，所述步驟C中無(wú)損探傷的手段為超聲波探傷、液態(tài)滲透探傷、射線探傷或磁粉探傷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的方法，其特征是，所述步驟C中對(duì)缺陷進(jìn)行修復(fù)的方式是，對(duì)于單個(gè)缺陷，先將缺陷挖除，然后再進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)；對(duì)于大量密集缺陷,使用經(jīng)無(wú)損檢驗(yàn)合格的同材質(zhì)鋼板替換葉片上相應(yīng)部位的鑄件材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的方法，其特征是，所述步驟B中，將所述轉(zhuǎn)輪葉片的出水邊劃分為三個(gè)不同的區(qū)域:分別為出水邊與轉(zhuǎn)輪上冠連接的上連接區(qū)、出水邊與轉(zhuǎn)輪下環(huán)連接的下連接區(qū)、以及位于上連接區(qū)和下連接區(qū)之間的中間區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的方法，其特征是，對(duì)所述上連接區(qū)和下連接區(qū)進(jìn)行超聲波探傷；對(duì)中間區(qū)進(jìn)行液態(tài)滲透探傷或磁粉探傷，如果液態(tài)滲透探傷或磁粉探傷顯示有密集缺陷，再對(duì)中間區(qū)進(jìn)行超聲波探傷。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的避免混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋的方法，其特征是，所述上連接區(qū)和下連接區(qū)沿出水邊方向的長(zhǎng)度為300mm，沿垂直于出水邊方向的寬度為100mm,所述中間區(qū)沿垂直于出水邊方向的寬度為50_。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK103706996SQ201210378872
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月8日
【發(fā)明者】王憲平, 朱毓平, 朱炳賢, 陳露貴, 古乾晟, 黃鶴明, 汪云福, 劉國(guó)紅, 張志清, 李強(qiáng), 翟鵬飛 申請(qǐng)人:上海福伊特水電設(shè)備有限公司