水轮机转轮叶片裂纹分析及处理
马庆增，阚伟民
(广东省电力试验研究所，广东广州510600)
摘要：水轮机转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全经济运行。通过对水轮机转轮叶片进行有限元计算分析，得出应力过于集中通常是叶片裂纹产生的主要原因，此外，叶片也存在设计、制造、运行方面的问题，为此，介绍了水轮机转轮叶片裂纹金属无损探伤的常用处理方法和一般工艺。
关键词：水轮机；转轮叶片；应力；有限元；裂纹
水轮机转轮叶片裂纹的频繁产生，对机组安全运行构成很大威胁，也给电厂带来极大的经济损失，因此，分析裂纹产生原因，并对易产生裂纹部位进行无损探伤检查，对及时处理缺陷，消除事故隐患是十分必要的。
1裂纹产生原因分析
1.1应力集中
采用有限元计算分析得出，转轮在水压力及离心力的作用下，大应力区主要分布在转轮叶片周边上，按第三强度理论计算的相当应力沿叶片周边的分布见图1。从图1可以看出，转轮叶片存在四个高应力区，他们的位置在叶片进水边正面(压力分布面)靠近上冠处；叶片出水边正面的中部；叶片出水边背面靠近上冠处；叶片与下环连接区内［1］。
1.2铸造缺陷及焊接缺陷
铸造气孔、铸造砂眼等在外部应力的作用下可能会成为裂纹源，造成裂纹的产生。由于转轮叶片与上冠、下环的厚度相差大，在冷却过程中易产生缩孔、疏松等。铸焊结构的转轮，若焊接工艺不当或焊工没有按照焊接工艺的要求进行焊接，在焊缝及热影响区也会出现裂纹(见图2)。
1.3原设计问题
转轮叶片与上冠、下环间的过渡R角设计较小，引起应力集中。
1.4运行上的原因
长期低负荷、超负荷或在震动区运行会使叶片在交变应力作用下产生裂纹或裂纹情况加剧。
2裂纹无损探伤检查
在大修时对转轮进行无损探伤检查，及时处理缺陷，消除事故隐患是十分必要的。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必须用无损探伤检查。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。裂纹易于产生的应力集中部位，如叶片进水边正面(压力分布面)靠近上冠处、叶片出水边正面的中部、叶片
出水边背面靠近上冠处、叶片与下环连接区等部位，由于透照布置比较困难，不能用射线透照法进行无损探伤。根据水轮机转轮叶片表面比较粗糙、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。
2.1超声波检测
超声波探伤方法对裂纹、未熔合等面积型缺陷的检出率较高，适宜检验较大厚度的工件，但是对于铸钢、奥氏体不锈钢材，由于粗大晶粒的晶界会反射声波，在屏幕上出现大量的“草状回波”，容易与缺陷波混淆，影响检测可靠性，限制了超声波探伤方法在铸钢制水轮机转子叶片上无损检测的应用。探测频率越高，杂波就越显著，为了减小晶界反射波的影响，我们采用了低频探头(2.5 MHz)对铸钢转子进行超声波探伤，发现反射信号以后再用高频探头(5 MHz)进行定量，实践证明这是可行的。铸钢件超声波探伤衰减很大，探伤时只有满足以下条件才能检测，则底波与林状回波至少应有30分贝差。
2.2渗透探伤
渗透探伤方法简单易行，显示直观，适合于大型和不规则工件的检查和现场检修检查。但是，渗透探伤方法是利用渗透能力强的彩色渗透液渗入到裂纹等缺陷的缝隙中，再利用吸附能力强的白色显像剂，将渗透液吸出来以显示缺陷的，因此，只能检查表面开口的缺陷。
2.3磁粉探伤
磁粉探伤方法是利用工件磁化后，在材料中的不连续部位(包括缺陷造成的不连续性和结构、形状、材质等原因造成的不连续性)，磁力线会发生畸变，部分磁力线有可能逸出材料表面形成漏磁场，这时在工件上撒上磁粉，漏磁场就会吸附磁粉，形成与缺陷形状相近的磁粉堆积，从而显示缺陷。因此，磁粉探伤适用于铁磁材料探伤，可以检出表面和近表面缺陷，但是有些部位由于难以磁化而无法探伤。
综上所述，为了保证水电机组的安全运行，考虑到各种探伤的优点和局限性，
水轮机转子应进行如下检验：
a) 对叶片清理后进行宏观检查；
b) 对可以磁化的部位进行磁粉探伤，不能磁化的部位进行渗透探伤，近来金属磁记忆和涡流探伤技术日渐成熟，也可以用来进行表面探伤；
c) 对叶片进水边正面(压力分布面)靠近上冠处、叶片出水边正面的中部、叶片出水边背面靠近上冠处、叶片与下环连接区等应力集中部位和表面发现缺陷的部位进行超声波探伤。检验中发现的裂纹等危险性缺陷应进行处理。
3裂纹处理
3.1阻止裂纹延伸
通常裂纹的两端尾部内应力接近材料的极限强度，在外力或热应力的影响下还会继续延伸。因此，必须在裂纹两端打止裂孔，孔径应不小于6 mm，裂纹清理过程中如发现纹路有新的的发展趋势应停止清理，再追加止裂孔，一般孔深应比裂纹深度大4～6 mm。
3.2裂纹清理及开坡口
裂纹铲除常用两种方法：风铲和炭弧气刨。风铲铲除裂纹所形成的坡口较规则，易于保证焊接质量，但劳动强度大，速度慢，铲头可根据裂纹深度的不同而选用，坡口要求规则平滑并用30%的硫酸或硝酸酒精清洗；炭弧气刨可对较深的裂纹进行多次吹割，这种方法操作简便，速度快，但坡口内往往有渗碳层，要用异型砂轮磨削。为了防止过热引起变形和裂纹扩展，炭弧气刨必须间断使用。
坡口的形式应遵守焊接工艺的一般要求，主要根据裂纹情况、部位和铲除及施焊方便而定。
裂纹清除后应进行着色探伤以确认裂纹是否全部清除干净。
3.3补焊工艺
叶片补焊可采用两种方法，一是同种材料热焊，这种方法工艺较复杂，要进行焊前预热和焊后热处理，焊接条件较恶劣，但是由于补焊焊缝的填充材料和被补焊母材基本一致，因此，在使用过程中出现问题的可能性较小；另一种是奥氏
体焊条进行冷焊。冷补焊工艺简单，生产周期短。冷补焊焊接过程中不发生相变，且焊缝的塑性较好。因此，该方案可不预热，简化了补焊工艺，避免了铸钢件受到大的热作用，从而减小了被焊件的应力和变形。奥氏体焊条冷焊工艺简单，但是补焊金属强度低于母材，且由于不预热冷焊，近缝区的冷却速度较大，不可避免在补焊的近缝区产生淬硬组织，给补焊接头的性能带来不利影响。
3.3.1冷焊工艺
裂纹确认清除干净、开坡口后，按下列顺序进行补焊：
a) 对补焊区域进行预热，预热温度为100～150 ℃，对挖补区域可采用局部加热，可用履带加热器进行加热，若无履带加热器，也可用乙炔焰在坡口处来回移动加热。
b) 用A307焊条进行补焊，每焊一层，用小风铲锤击一遍，以减少焊接残余应力，最后一层不锤击，若已裂穿，第一层也不要锤击。焊前焊条要经过200～300 ℃的温度烘焙1～2h。
c) 焊接采用小规范, 电流为100～110 A，电压为24～26 V，层间温度控制在150～200 ℃。
d) 焊后要用石棉盖好，缓冷处理。
e) 用砂轮机将焊接部位修平，再用无损探伤方法检查，确保无裂纹等缺陷存在。
f) 将补焊部位磨光，修磨时应注意，若补焊部位在转轮叶片与上冠、下环间的过渡R角部位，应将R角修整到符合设计要求，达到原叶片表面型线和表面光洁度，以免引起应力集中，再次开裂。
3.3.2热焊工艺
热焊时采用与叶片材料相同或接近的焊条，焊补部位的性能比异种钢焊接要好，但是工艺比较复杂，施焊条件恶劣，工艺如下：
a) 叶片预热温度150～200 ℃，以减少补焊区的应力集中及改善焊缝的金相组织。
b) 用与叶片材料相同或接近的焊条进行焊接，电流为130～140 A，电压为24～26 V，层间温度控制在150～200 ℃。每焊一层，用小风铲锤击一遍，以减少焊接残余应力，最后一层不锤击，若已裂穿，第一层也不要锤击，以改善焊接内应力。
c) 焊后缓冷至150～200 ℃，加热到600 ℃，保温2 h进行回火处理。
焊后的打磨处理和无损探伤检查与冷焊方法相同。
4结论及建议
近年来，水轮机转轮的叶片裂纹频繁发生，严重威胁水电厂的安全经济运行，有必要在机组大修时对应力集中等易于产生裂纹的部位进行无损探伤检查，对发现的缺陷及时处理，把事故消灭在萌芽状态，保证机组的安全经济运行。
热处理裂纹的修补方法 内容来源网络，由深圳机械展收集整理！ 一渗碳 （1）浓度过高：可将工件在中性介质中加热到正火温度，是碳在中性介质气氛中向内部扩散，减低表面浓度。 （2）浓度不够：可重新升温再渗。 （3）渗层脱碳：可重新进行一次短时渗碳 （4）淬火后硬度过低出现大量残余奥氏体：将工件进行高温回火，保温可延长，使残余奥氏体及马氏体转变为珠光体，随后在750——780低温淬火，此时合金元素和碳均不能完全溶解于奥氏体，淬火就可减少残余奥氏体含量。 二氮化 1.硬度不够的主要原因： （1）氮化温度过高或者一度过高 （2）第一阶段氮的分解率过高 （3）氮化时间过短，氮化层太薄 （4）炉罐新换，氮气没适度增加, 对于出现硬度低的不合格工件，可先给予退氮，然后重新氮化 2.深度浅，氮化层不足原因分析
（1）第二阶段氮化温度低，时间短 （2）工件氮化前未经调质处理 （3）氮分解率控制不当防止出现这一缺陷的主要措施是将工件的组织基体处理为索氏体，稳定分解率，足够保温时间。对于氮化出现以上问题的补救方法是在正常温度下重新氮化。 3.表面氧化 （1）出炉时温度过高 （2）冷却过程中有空气进入 4.氮化层脆性大甚至有裂纹 （1）氮分解率过低 （2）氮化温度低 （3）退氮气处理不当 （4）冷却速度过慢 （5）预先热处理造成脱碳或组织粗大 措施：适当提高氮的分解率和氮化温度，退氮要充分，降温过程中加大氮的流量，以加快冷却速度可避免以上缺陷。对于出现脆性的工件可将工件在500——520（保温3——5小时）进行退氮处理，或将在570——580（在氮的气氛中回火4——5小时），在630——650回火2小时左右均可。 5.工件变形大
水轮机转轮叶片裂纹分析及处理 马庆增，阚伟民 (广东省电力试验研究所，广东广州510600) 摘要：水轮机转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全经济运行。通过对水轮机转轮叶片进行有限元计算分析，得出应力过于集中通常是叶片裂纹产生的主要原因，此外，叶片也存在设计、制造、运行方面的问题，为此，介绍了水轮机转轮叶片裂纹金属无损探伤的常用处理方法和一般工艺。 关键词：水轮机；转轮叶片；应力；有限元；裂纹 水轮机转轮叶片裂纹的频繁产生，对机组安全运行构成很大威胁，也给电厂带来极大的经济损失，因此，分析裂纹产生原因，并对易产生裂纹部位进行无损探伤检查，对及时处理缺陷，消除事故隐患是十分必要的。 1裂纹产生原因分析 1.1应力集中 采用有限元计算分析得出，转轮在水压力及离心力的作用下，大应力区主要分布在转轮叶片周边上，按第三强度理论计算的相当应力沿叶片周边的分布见图1。从图1可以看出，转轮叶片存在四个高应力区，他们的位置在叶片进水边正面(压力分布面)靠近上冠处；叶片出水边正面的中部；叶片出水边背面靠近上冠处；叶片与下环连接区内［1］。 1.2铸造缺陷及焊接缺陷 铸造气孔、铸造砂眼等在外部应力的作用下可能会成为裂纹源，造成裂纹的产生。由于转轮叶片与上冠、下环的厚度相差大，在冷却过程中易产生缩孔、疏松等。铸焊结构的转轮，若焊接工艺不当或焊工没有按照焊接工艺的要求进行焊接，在焊缝及热影响区也会出现裂纹(见图2)。
1.3原设计问题 转轮叶片与上冠、下环间的过渡R角设计较小，引起应力集中。 1.4运行上的原因 长期低负荷、超负荷或在震动区运行会使叶片在交变应力作用下产生裂纹或裂纹情况加剧。 2裂纹无损探伤检查 在大修时对转轮进行无损探伤检查，及时处理缺陷，消除事故隐患是十分必要的。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必须用无损探伤检查。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。裂纹易于产生的应力集中部位，如叶片进水边正面(压力分布面)靠近上冠处、叶片出水边正面的中部、叶片
热处理变形与裂纹 工件热处理后常产生变形和开裂，其结果不是报废，也要花大量工时进行修整。 工件变形和开裂是由于在冷、热加工中产生的应力所引起的。当应力超过弹性极限时，工件产生变形；应力大于强度极限时，工件产生裂纹。 热处理中热应力和组织应力是怎样产生的只有不断认识这个问题，才能采用各种工艺方法来减小和近控制这两种应力。 在加热和冷却时，由于工件热胀冷缩而产生的热应力和组织转变产生的组织应力是造成变形和开裂的主要原因，而原材料缺陷、工件结构形状等因素也促使裂纹的产生和发展。 后面主要叙述热处理操作中的变形和开裂产生原因及一般防止方法，也讨论原材料质量、结构形状等对变形和开裂的影响。 一、钢的缺陷类型 1、缩孔：钢锭和铸件在最后凝固过程中，由于体积的收缩，得不到钢液填充，心部形 成管状、喇叭状或分散的孔洞，称为缩孔。缩孔将显著降低钢的机械性能。 2、气泡：钢锭在凝固过程中会析出大量的气体，有一部分残留在处于塑性状态的金属 中，形成了气孔，称为气泡。这种内壁光滑的孔洞，在轧制过程中沿轧制方向延伸，在钢材横截面的酸浸试样上则是圆形的，也叫针孔和小孔眼。气泡将影响钢的机械 性能，减小金属的截面，在热处理中有扩大纹的倾向。 3、疏松：钢锭和铸件在凝固过程中，因部分的液体最后凝固和放出气体，形成许多细 小孔隙而造成钢的一种不致密现象，称为疏松。疏松将降低钢的机械性能，影响机 械加工的光洁度。 4、偏析：钢中由于某些因素的影响，而形成的化学成份不均匀现象，称为偏析。如碳 化物偏析是钢在凝固过程中，合金元素分别与碳元素结合，形成了碳化物。碳化物 （共晶碳化物）是一种非常坚硬的脆性物质，它的颗粒大小和形状不同，以网状、 带状或堆集不均匀地分布于钢的基体中。根据碳化物颗粒大小、分布情况、几何形 状、数量多少将它分为八级。一级的颗粒最小，分布最均匀且无方向性。二级其次，八级最差。碳化物偏析严重将显著降低钢的机械性能。这种又常常出现于铸造状态 的合金具钢和高速钢中。对热处理工艺影响很大，如果有大块碳化物堆集或严重带 状分布，聚集处含碳量较高，当较高温度淬火时，工件容易因过热而产生裂纹。但 为了避免产生裂纹，而降低淬火温度，结果又会使硬度和红硬性降低。碳化物偏析 严重将直接影响产品质量，降低使用寿命或过早报废。 5、非金属夹杂物：钢在冶炼、浇铸和冷凝等过程中，渗杂有不溶解的非金属元素的化 合物，如氧化物、氮化物、硫化物和硅酸盐等、总称为非金属夹杂物。钢中非金属 夹杂物存在将破坏基体金属的连续性，影响钢的机械性能、物理性能、化学性能及 工艺性能。在热处理操作中降低塑性和强度而且夹杂物处易形成裂纹。在使用过程 中也容易造成局部应力集中，降低工件使用寿命。夹杂物的存在还降低钢的耐腐蚀 性能。 6、白点：钢经热加工后，在纵向断口上，发现有细小的裂纹，其形状为圆形或椭圆形 的，呈银亮晶状斑点。在横向热酸宏观试样上呈细长的发裂，显微观察裂缝穿过晶 粒，裂缝附近不发现塑性变形，裂缝处无氧化与脱碳现象。这种缺陷称为白点。白 点将显著降低横向塑性与韧性，在热处理中易形成开裂。 7、氧化与脱碳：钢铁在空气或氧化物气氛中加热时，表面形成一层松脆的氧化皮，称
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 红石电站水轮机转轮叶片裂纹的分析及处理(正式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-3394-86 红石电站水轮机转轮叶片裂纹的分 析及处理(正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 1机组参数 白山发电厂位于吉林省桦甸市境内,是“一厂两坝三站”的大型水力发电厂,也是东北电网中最大的水电厂,在电网中担负调峰、调频和事故备用。该厂总装机容量1700ＭＷ,其中白山右岸电站900ＭＷ(3×300ＭＷ),白山左岸电站600ＭＷ(2×300ＭＷ),红石电站200ＭＷ(4×50ＭＷ)。红石电站发电机组为立轴半伞式,水轮机转轮叶片材质是ＺＧｏＣｒ13Ｎｉ4Ｍｏ,型号为ＺＤ190-ＬＨ-600。其参数为:最高水头256ｍ;最低水头228ｍ;额定转速1071ｒ/ｍｉｎ;额定功率5155ＭＷ;设计水头233ｍ;设计流量251ｍ3/ｓ;飞逸转速240ｒ/ｍｉｎ;吸出高度-4ｍ;最高效率91%;叶片安放角8°;叶片数5;水轮机转速上升率50%;蜗壳
热处理淬火十种裂纹分析与措施 2007-4-16 1、纵向裂纹 裂纹呈轴向，形状细而长。当模具完全淬透即无心淬火时，心部转变为比容最大的淬火马氏体,产生切向拉应力，模具钢的含碳量愈高，产生的切向拉应力愈大，当拉应力大于该钢强度极限时导致纵向裂纹形成。以下因素又加剧了纵向裂纹的产生： (1)钢中含有较多S、P、***、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质，钢锭轧制时沿轧制方向呈纵向严重偏析分布，易产生应力集中形成纵向淬火裂纹，或原材料轧制后快冷形成的纵向裂纹未加工掉保留在产品中导致最终淬火裂纹扩大形成纵向裂纹； (2)模具尺寸在钢的淬裂敏感尺寸范围内(碳工具钢淬裂危险尺寸为8-15mm，中低合金钢危险尺寸为25-40mm)或选择的淬火冷却介质大大超过该钢的临界淬火冷却速度时均易形成纵向裂纹。 预防措施： (1)严格原材料入库检查，对有害杂质含量超标钢材不投产； (2)尽量选用真空冶炼，炉外精炼或电渣重熔模具钢材； (3)改进热处理工艺，采用真空加热、保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热及分级淬火、等温淬火； (4)变无心淬火为有心淬火即不完全淬透，获得强韧性高的下贝氏体组织等措施，大幅度降低拉应力，能有效避免模具纵向开裂和淬火畸变。 2、横向裂纹 裂纹特征是垂直于轴向。未淬透模具，在淬硬区与未淬硬区过渡部分存在大的拉应力峰值，大型模具快速冷却时易形成大的拉应力峰值，因形成的轴向应力大于切向应力，导致产生横向裂纹。锻造模块中S、P．***，Bi，Pb，Sn，As等低熔点有害杂质的横向偏析或模块存在横向显微裂纹，淬火后经扩展形成横向裂纹。 预防措施： (1)模块应合理锻造，原材料长度与直径之比即锻造比最好选在2—3之间，锻造采用双十字形变向锻造，经五镦五拔多火锻造，使钢中碳化物和杂质呈细、小，匀分布于钢基体，锻造纤维组织围绕型腔无定向分布，大幅度提高模块横向力学性能，减少和消除应力源； (2)选择理想的冷却速度和冷却介质：在钢的Ms点以上快冷，大于该钢临界淬火冷却速度，钢中过冷奥氏体产生的应力为热应力，
水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及解决措施应尧 摘要：要想保证水利工程安全，应对可以影响其安全的因素进行分析。在水利 工程中水轮机的使用时间过长或是其它不利情况会导致其出现裂缝，从而阻碍水 轮机组的正常运行，甚至会导致安全事故的出现，给水利工程带来一定的经济损失。所以要想有效的解决水轮机裂缝问题应找出其中的原因并制定出防治裂缝的 方案，在此基础上提升水轮机转轮的工作效率与使用寿命。 关键词：水轮机；转轮叶片裂纹；产生原因；解决措施 1叶片裂纹产生原因 1.1受力分析 转浆式水轮机与混流式水轮机有一定的区别，混流式水轮机在进行叶片固定时，主要是由上冠与下环来进行固定的，所以没有办法根据水流与相关工作情况 进行调节，这样就需要做好工作流程运行设计工作，如果设计工作出现问题会出 现破坏、无撞击进口以及反向出口条件不佳的情况，会改变水流的方向与水流量，最终使水轮机叶片尾处以及微端水管内部会产生移动旋涡，移动旋涡轮流会出现 交变力，交变力的产生会对水轮机的叶片产生冲击并出现共振效应，强烈的振动 最终会造成叶片裂纹。 1.2工作超负荷 由于水电站工作强度相对较大，所以很多工作人员为了提升水轮机的工作效率，常常会超出工作范围，时间长了转轮机的承受时间会超出其本身的承载力， 这也给叶片带来一定的损伤，并导致安全隐患。在对水轮机进行设计时应对其所 处环境进行深刻的了解，由于地域不同水流情况也有所区别，叶片也会在水的应 力下产生变化，当叶片的最大受力点处于出水口与下环间的连接位置时，其受力 相对较弱，在压力长期作用下会导致叶片出现开裂的情况。由于水轮机在使用过 程中难免会因操作流程不符合标准而产生问题与损伤，焊接位置由于受到水流的 长期冲击会产生轻微的变形与气缝。在水轮机生产制作的过程中会因为一些操作 不精准而导致叶片受损，工作操作强度过高会导致叶片出现裂纹，再加之各部分 零件在连接时不精准，叶片会因水流冲击引起滑动，长时间后会因为其不稳定而 产生裂纹。 2解决水轮机转轮叶片裂缝的措施 2.1保证选型的准确性 水电站在选择水轮机型号时应与实际情况相结合，同时将导致叶片裂缝的原 因进行深入的分析，同时对吸出高度、额定转速以及额定处理等相关参数进行计算，在此基础上合理的选择机型。选择正确的机型可以有效的提升其使用寿命并 可以确保其运营的稳定性。此外，当在水压的作用下叶片所产生的振动频率与涡 列间产生共振，这样也会超出叶片的负荷导致裂纹。 2.2对设计进行进一步的优化 相关的设计单位在进行设计时，首先应对水轮机的整体运行效率进行综合性 的考虑；其次，应对压力没动现象进行考虑；第三，在保证水轮机刚度符合要求 的基础上对静强度要求进考量，以此来避免共振的产生；第四，可以适当的增加 叶片的厚度与叶片上冠与下环的焊接弧度，并尽可能的避免应力的集中，同时， 还应有效的避免共振区的出现，以此来避免叶片裂缝情况的发生。 2.3有效的控制水轮机的制造质量 在完成转轮组装后还应根据相关要求完成焊接工作，焊接工作结束后应对焊
天荒坪抽水蓄能电站 水泵水轮机特点 华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司游光华 浙江安吉313302 摘要天荒坪抽水蓄能电站的水泵水轮机组由挪威KVAERNER公司提供，是我国较早从国外引进的大型可逆式机组，自首台机组投产至今已有7年多。本文总结分析了水泵水轮机7年多的运行中出现了一些问题，以供参考借鉴。 主题词天荒坪抽水蓄能水泵水轮机性能“S”形特性不稳定轴向水推力抬机导叶关闭规律 天荒坪抽水蓄能电站安装有6台300MW水泵水轮机组，为单级、立轴、混流可逆式，额定净水头为526米，运行毛水头（扬程）为526米~610.2米，水轮机安装高程为225米，淹没深度为-70米，是目前国内已投产运行的水头和变幅最大的单级可逆式机组，在国际上也较罕见，为使其达到满意的效率和良好的运行稳定性，设计难度大，没有现成的经验可供借鉴。水泵水轮机的参数如下： 水轮机工况：水泵工况：额定容量：306MW 333MW 最大轴出力（入力）：338MW 333MW 额定流量：67.7m3/s 58.80m3/s（最大） 43.00m3/s（最小） 额定转速：500RPM 500RPM 旋向（俯视）：顺时针逆时针 转轮水轮机进口直径：4030mm 转轮水轮机出口直径：2045mm
最大瞬态飞逸转速：720 r/min 最大稳态飞逸转速：680 r/min 水泵水轮机及其辅助设备由挪威GE 公司提供。水泵水轮机大修拆卸方式采用中拆方式。首台机组于1998年9月30日投入运行，2000年12月25日所有机组投产，投产以来运行情况表明，机组性能良好，效率较高，但也出现了一些问题，在技术人员的努力下，通过采取措施，相关问题已得到了较好的解决。 1水泵水轮机的性能和结构特点 1.1效率 按照合同规定，水泵水轮机的效率按照模型试验来验收，合同要求水轮机工况的最高效率≥92.20％，加权平均效率≥90.41％，水泵工况最高效率≥ 91.70％，加权平均效率≥ 91.52％。根据模型试验报告，水轮机工况的模型最优效率为90.61%，折算为原型其整个运行范围内的最优效率为92.28%，加权平均效率为90.317%，而水泵工况下模型最优效率为89.84%，折算原型最优效率为92.17%，加权平均效率为92.01%，除水轮机工况加权平均效率略低于保证值0.083％外，其余均达到合同要求。为了检验真机效率，我们于2001年5月在5号机组上进行了部分水头（扬程）的热力法效率试验，测得水轮机工况下在试验平均净水头566.23 m时，机组出力为210~304.06 MW,水轮机最高效率为92.11％，相应机组出力272.00 MW；水泵工况试验平均净扬程为542.09 m，水泵平均效率为88.99％。从上述结果可以看出，水轮机工况的最高效率已接近模型推算值，水泵工况效率偏
一：锻造裂纹与热处理裂纹形态 一：锻造裂纹一般在高温时形成，锻造变形时由于裂纹扩大并接触空气，故在100X或500X 的显微镜下观察，可见到裂纹内充有氧化皮，且两侧是脱碳的，组织为铁素体，其形态特征是裂纹比较粗壮且一般经多条形式存在，无明细尖端，比较圆纯，无明细的方向性，除以上典型形态外，有时会出现有些锻造裂纹比较细。裂纹周围不是全脱碳而是半脱碳。 淬火加热过程中产生的裂纹与锻造加热过程形成的裂纹在性质和形态上有明显的差别。对结构钢而言，热处理温度一般较锻造温度要低得多，即使是高速钢、高合金钢其加热保温时间则远远小于锻造温度。由于热处理加热温度偏高，保温时间过长或快速加热，均会在加热过程中产生早期开裂。产生沿着较粗大晶粒边界分布的裂纹；裂纹两侧略有脱碳组织，零件加热速度过快，也会产生早期开裂，这种裂纹两侧无明显脱碳，但裂纹内及其尾部充有氧化皮。有时因高温仪器失灵，温度非常高，致使零件的组织极粗大，其裂纹沿粗大晶粒边界分布。 结构钢常见的缺陷： 1 锻造缺陷 （1）过热、过烧：主要特征是晶粒粗大，有明显的魏氏组织。出现过烧说明加热温度高、断口晶粒粗大，凹凸不平，无金属光泽，晶界周围有氧化脱碳现象。 （2）锻造裂纹：常产生于组织粗大，应力集中处或合金元素偏析处，裂纹内部常充满氧化皮。锻造温度高，或者终端温度低，都容易产生裂纹。还有一种裂纹是锻造后喷水冷却后形成的。 （3）折叠：冲孔、切料、刀板磨损、锻造粗糙等原因造成了表面缺陷，在后续锻造时，将表面氧化皮等缺陷卷入锻件本体内而形成折缝。在显微镜上观察时，可发现折叠周围有明显脱碳。 2 热处理缺陷 （1）淬裂：其特点是刚健挺直，呈穿晶分布，起始点较宽，尾部细长曲折。此种裂纹多产生于马氏体转变之后，故裂纹周围的显微组织与其它区域无明显区别，也无脱碳现象。（2）过热：显微组织粗大，如果是轻度过热，可采用二次淬火来挽救。 （3）过烧：除晶粒粗大外，部分晶粒已趋于熔化，晶界极粗。 （4）软点：显微组织有块状或网状屈氏体和未溶铁素体等。加热不足，保温时间不够，冷却不均匀都会产生软点。 二：锻造裂纹与热处理裂纹产生原因 锻造裂纹：钢在锻造过程中，由于钢材存在表面及内部缺陷，如发纹、砂眼、裂纹、夹杂物、皮下气泡、缩孔、白点和夹层等，都可能成为锻打开裂的原因。另外，由于锻打工艺不良或操作不当，如过热、过烧或终锻温度太低，锻后冷却速度过快等，也会造成锻件开裂。 热处理裂纹：淬火裂纹是宏观裂纹，主要由宏观应力引起。在实际生产过程中，钢制工件常由于结构设计不合理，钢材选择不当、淬火温度控制不正确、淬火冷速不合适等因素，一方面增大淬火内应力，会使已形成的淬火显微裂纹扩展，形成宏观的淬火裂纹，另一方面，由于增大了显微裂纹的敏感度，增加了显微裂纹的数量，降低了钢材的脆断抗力Sk,从而增大淬火裂纹的形成可能性。 影响淬裂的因素很多，这里仅将生产中常碰到的几种情况作一介绍： 1.原材料已有缺陷而导致的淬裂：
水轮机转轮叶片的制造 2007年06月22日星期五10:05 雕塑曲面体混流式叶片的多轴联动数控加工编程技术摘要：转轮叶片是水轮机能量转换的关键部件，也是最难加工的零件，目前多轴联动数控加工是解决该类大型雕塑曲面零件最有效的加工方法。多轴联动数控加工编程则是实现其高精度和高效率加工的最重要环节。本文介绍混流式水轮机叶片五轴联动数控加工大型雕塑曲面编程中涉及到转轮叶片三维造型、刀位轨迹计算、切削仿真、机床运动碰撞仿真、后置变换等关键技术。通过对这些技术的链接和研究，开发实现了大型叶片的多轴联动加工。 关键词：数控编程 引言 水轮机是水力发电的原动机，水轮机转轮叶片的制造，转轮的优劣，对水电站机组的安全、可靠性、经济性运行有着巨大的影响。水轮机转轮叶片是非常复杂的雕塑面体。在大中型机组制造工艺上，长期以来采用的“砂型铸造———砂轮铲磨——立体样板检测—的制造工艺，不能有效地保证叶片型面的准确性和制造质量。目前采用五轴联动数控加工技术是当今机械加工中的尖端高技术。大型复杂曲面零件的数控加工编程则是实现其数字化制造的最重要的技术基础，其数控编程技术是一个数字化仿真评价及优化过程。其关键技术包括：复杂形状零件的三维造型及定位，五轴联动刀位轨迹规划和计算，加工雕塑曲面体的刀轴控制技术，切削仿真及干涉检验，以及后处理技术等。大型复杂曲面的多轴联动数控编程技术使雕塑曲面体转轮叶片的多轴数控加工成为可能，这将大大推动我国水轮机行业的发展和进步，为我国水电设备制造业向着先进制造技术发展奠定基础。 " 大型混流式水轮机叶片的多轴数控加工编程过程大型复杂曲面零件的五轴联动数控编程比普通零件编程要复杂得多，针对混流式叶片体积大并且型面曲率变化大的特点，通过分析加工要求进行工艺设计，确定加工方案，选择合适的机床、刀具、夹具，确定合理的走刀路线及切削用量等；建立叶片的几何模型、计算加工过程中的刀具相对于叶片的运动轨迹，然后进行叶片的切削仿真以及机床的运动仿真，反复修改加工参数、刀具参数和刀轴控制方案，直到仿真结果确无干涉碰撞发生，则按照机床数控系统可接受的程序格式进行后处理，生成叶片加工程序。其具体编程过程如图-所示。 图-大型混流式叶片的五轴联动数控加工编程流程!"! 混流式水轮机叶片的三维几何建模混流式叶片这一复杂雕塑曲面体由正面、背面、与上冠相接的带状回转面、与下环相接的带状回转面，大可编写一个.*/0程序读入这些三维坐标点，然后采用双三次多补片曲面片通过自由形式特征的通过曲线的方法进行曲面造型，如 %图1所示。叶片的毛坯形状可从设计数据点进行偏置计算处理，或者从三维测量得到的点云集方式确定对叶片的各个曲面分别进行"234$曲面造型，并缝合成实体。 叶片加工工艺规划： 加工方案和加工参数的选择决定着数控加工的效率和质量。我们根据要加工叶片的结构和特点可选择大型龙门移动式五坐标数控铣镗床，根据三点定位原理经大量的研究分析，决定在加工背面是采用通用的带球形的可调支撑，配以叶片焊接的定位销对叶片定位，在叶片上焊接必要的工艺块，采用一些通用的拉紧装置来装夹。加工正面时，采用在加工背面时配合铣出的和背面型面完全一致的胎具，将叶片背面放入胎具，利用焊接的工艺块进行调整找正，仍然采用通用的拉压装置进行装夹。由于叶片由多张曲面组合而成，为了解决加工过程中的碰撞问题，我们采用沿流线走刀，对于叶片的正背面进行分区域加工，根据曲面各处曲率的不同采用不同直径的刀具、不同的刀轴控制方式来加工。对每个面一般分多次粗铣和一次精铣。在机床与工件和夹具不碰撞和不干涉情况下，尽量采用大直径曲面面铣刀，以提高加工效率。叶片正背面我们选用刀具直径!-56曲面面铣刀粗铣、!-16曲面面铣刀精铣，
混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施 混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施 水轮机转轮，尤其是中、高比速混流式水轮机转轮中的裂纹现象，在世界各地普遍存在。国外的例子有埃及的阿斯旺高坝、美国的大古力700 MW机，俄罗斯的布拉茨克等。国内有岩滩、李家峡、小浪底、五强溪、二滩等大型水电站，在投运后水轮机转轮都不同程度的出现了裂纹。转轮裂纹严重影响电站的安全运行和经济效益，引起人们的极大关注。 1转轮裂纹的产生原因 转轮为什么会产生裂纹，人们对此做过许多研究，不时地提出一些假设。笔者把转轮裂纹分为规律性裂纹和非规律性裂纹两类。规律性裂纹是指不同叶片上的裂纹具有大体一致的规律，所有叶片都开裂，裂纹的部位和走向也大致相同。非规律性裂纹或者只在个别叶片上发生，或者不同叶片上裂纹的部位、走向和其他特征各不相同。其产生的一般原因分述如下。 1.1规律性裂纹 失效分析结果表明-绝大多数规律性裂纹是疲劳裂纹，断口呈现明显的贝壳纹。叶片疲劳来源于作用其上的交变载荷，而交变载荷又由转轮的水力自激振动引发，这可能是卡门涡列、水力弹性振动或水压力脉动所诱发。 1.1.1卡门涡列 (1)黄坛口水电站1958年投运的4台HL310-LJ-230水轮机，运行不久转轮叶片出水边根部即发生总计67条裂纹。后来查明，在某些水头下，当机组出力在5～8 MW时，叶片出水边卡门涡列频率与叶片自振频率耦合而引起共振，动应力急剧增加，使叶片疲劳开裂。采取修整叶片出水边厚度和形状，提高卡门涡列频率，避开了共振，转轮安全运行多年，再没有发生问题。(2)小浪底水电站水头范围68～141 m,额定出力306 MW。水轮机转轮上冠和下环为13.5不锈钢铸件，叶片由13.5不锈钢热模压后数控加工，再用309 L奥氏体不锈钢焊丝焊成整体。由于是异种钢焊接，转轮焊后不进行消除应力处理。为适应电站水头变幅大和多泥沙的运行条件，水轮机供应商采取了低比转速，小的出口直径(D 2／D 1＝0.88),较大的导叶相对高度(b 0／D 1＝ 0.236),肥大的叶片头部，较厚的叶片出水边(δ=38 mm),喷涂碳化钨和设置筒形阀等技术措施。结果在机组停机过程中，当导叶全关后，由于叶片出水边太厚，转轮中再循环水流所感生的卡门涡与叶片一、二阶弯曲自振频率耦合发生共振，引起巨大动应力并伴生异常声响。在机组大负荷工况下，叶片后的卡门涡列与叶片高阶(五阶)自振频率耦合而引发水轮机固定部件的振动和噪音，
第四章水轮机选择 §4.1 水轮机的标准系列 由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。 一、反击式水轮机的系列型谱 表4—1、4—2、4—3、4—4中给出了轴流式、混流式水轮机转轮的参数。 1)、水轮机的使用型号规定一律采用统一的比转速代号。 2)、每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 二、水斗式水轮机转轮参数 表4—5，系列型谱尚未形成 三、水轮机转轮尺寸系列表（表4—6） 四、水轮发电机标准同步转速（表4—7） 五、水轮机系列应用范围图 为纵座标绘制某一系列水轮机应用范围。 以H为横座标，N 单 1、根据H r、N r→范围→D1，n。 2、水轮机吸出高度的确定H s：根据h s~H的关系曲线确定。 由H r→h s，H s＝h s－▽／900
§4.2水轮机的选择 一、水轮机选择的意义、原则、内容 1、意义 水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。 2、原则 (1)、充分考虑电站特点（水文水能、电力系统技术条件，电站总体布置)。 (2)、有利于降低电站投资、运行费、缩短工期，提前发电 (3)、提高水电站总效率，多发电 (4)、便于管理、检修、维护，运行安全可靠，设备经久耐用 (5)、优先考虑套用机组 3、内容 (1)、确定机组台数及单机容量 (2)、选择水轮机型式（型号） (3)、确定水轮机转轮直径D1、n、H s、Z a；Z0、d0 (4)、绘制水轮机运转特性曲线
水轮机转轮叶片数控加工初探 近些年来，随着我国科学技术的不断进步，社会经济的持续发展，我国在机械加工等方面的技术水平也有了质的飞跃。而在对水轮机加工工艺方面，通过对技术的不断研究与探索，目前也有了新的进展。文章通过对中小型水轮机转轮叶片的三维集合造型、曲面拟合以及数控加工工艺方法进行了较为详细的分析与描述，并提出了相应的加工与保障方法，希望能够为相关从业人员提供参考。 标签：水轮机转轮叶片；几何造型；数控加工；探讨 1 概述 在水轮机中重要的一个部件就是水轮机转轮叶片，它是不可忽略的一部分，它在加工制造上相对比困难大，这是由于其翼型是比较复杂的空间曲面组合而成的。这就给其加工上带来了一定挑战。在以往的加工工作中，通常使用铸件人工对照样板来进行铲磨，虽然这样的方式较为传统，具有很多优点但其缺憾之处也是不可忽视的。比如，这种传统的加工方法耗费的劳动力较大，所需劳动强度过高，并且其工作环境无法得到保障，导致效率低下。这也给产品的质量带来了一定风险，无法得到保障。叶片的质量有着十分重要的影响，其关系到整个机组振动，空蚀，水利效率等等。其中手工铲磨是数控加工中首先要解决的问题，从这方面进行提高能够将产品质量有效提高。 2 叶片的几何造型 引进美国公司的PersonalDesigner Revision 6.0和Personai Machinist Revision5.0是一个图形自动编程系统，具有良好的用户开发界面，它能用nurbs （非均匀有理B样条）方法，提供精确单一的几何模型，以及统一的曲面与实体的数据结构。可以利用nurbs方法来表示二次曲线、曲面，并且利用这种方法进行的描述可以调节参数，运用起来非常的灵活方便，对控制曲线曲面的形状非常有用。 3 叶片的装夹与定位 3.1 叶片装夹的工装 叶片的定位与装夹是数控加工中的重要环节，在具体的加工工作中还需注意几个坐标系的位置，要保证机床坐标系、工件坐标系以及编程坐标系的重合度。当三者重合后，对于叶片的加工才能更加精准，否则想要加工出全部叶片则会有些困难。可利用成型胎具和点定位装夹方法并根据叶片与胎具的对应面，可编制出胎具上曲面的加工程序以及叶片曲面的加工程序，在同一坐标系下完成。为了能够更好地确保在装夹后叶片在坐标系的统一，可按照胎具曲面加工程序加工好胎具，并设置好机床的对刀位。毛坯在成型面上比较容易产生过定位，而对于这个情况的改进则需要先对胎具进行一定的修改，并确定方法。可利用局部型面点
第一章 1.水轮机调节的任务 根据负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率输出，以维持机组转速（频率）在规定范围内，或按某一预定的规律变化． 2.为什么要对水轮机进行调节？通过什么途径进行调节？ 电网负荷一直在变化，负荷的变化导致频率的变化，要维持频率在一定范围内，必须对机组进行调整。利用调速器调整机组转速。 3.水轮机调节的特点 1．水轮机调速器必须具备有足够大的调节功 2．液压元件的调节滞后易产生过调节，不利于调节系统的稳定 3．水击的反调效应恶化调节系统品质,限制了接力器的开关操作速度 4．有些水轮机调速器还具有双重调节机构，从而增加了调速器结构的复杂性 5．具有越来越多的自动操作和自动控制功能 4.什么是水轮机调节系统，什么是水轮机控制系统，二者有什么区别？ 水轮机调节系统是由水轮机控制系统和被控制系统组成的闭环控制系统； 水轮机控制系统是用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定参量的偏差，并将它们按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统．一般指由水轮机调速器与油压装置所构成的系统。 5.什么是水轮机调速器，调速器的典型系统结构有哪些？ 由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称． 调速器通常由测量、综合、放大、执行和反馈等元件组成。 6.调速器有哪几种分类方法？具体是怎么分的？ 1. 按工作容量分： 特小型调速器，小型调速器，中型调速器，大、巨型调速器 2. 按供油方式分： 1）通流式调速器 2）压力油罐式调速器，压力油罐式调速器又分为组合式和分离式 3. 按调节机构数目分： 单调节调速器，双重调节调速器 4.按元件结构不同分： 机械液压型和电气液压型，电气液压型又分为模拟型电气液压调速器和微机型电气液压调速
水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 （2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷
1、反应电能质量指标：电压和频率。 2、水轮机调节：在电力系统中，为了使水轮发电机组的供电频率稳定在某一规定的范围内而进行的调节。 3、水轮机调节系统由调节对象和调速器组成。调节对象有引水系统、水轮机、发电机和电力系统。。 4、Kf 越大，或者δf 越小，或者转速死区越小，离心摆的灵敏度越高。 5、系统越稳定:TW 越小、TA 越大、en 越大、TD 越大、bp 越大 6、Tw 大则应增加bt 以减小水击。，Ta 小则应增加bt 以减小转速变化值。 7、水轮机调节的途径：改变导叶开度或喷针行程，方法是利用调速器按负荷变化引起的机组转速或频率的偏差调整水轮机导叶或喷针开度使水轮机动力距和发电机阻力距及时回复平衡从而使转速和频率保持在规定范围内。 8、水轮机调节的特点：自动调节系统、一个复杂非线性控制系统、有较长引水管道开启或关闭导叶时压水管道产生水击、随电力系统容量的扩大和自动化水平的提高对水轮机调速器的稳定性，速度性，准确性要求高。 9、调速系统的组成：被控对象，测量元件，液压放大元件，反馈控制元件。 10、引导阀的作用：把转动套的位移量的变化变转变为压力油的流量的变化，去控制辅助接力器活塞的运动。 11、硬反馈又称调差机构或永态转差机构，输出信号与输入信号成比例的反馈称为硬反馈或比例反馈。用于实现机组有差调节，以保证并网运行的机组合理地分配负荷。 12、软反馈又称缓冲装置或暂态转差机构或校正元件，只在调节过程中存在，调节过程结束后，反馈位移自动消失，这种反馈称为软反馈或暂态反馈。作用是提高调节系统的稳定性和改善调节系统的品质。 13、硬反馈的作用：实现机组有差调节保证并网运行的机组合理非配负荷。 14、硬反馈的组成：反馈椎体、反馈框架、螺母、螺杆、转轴、传动杆件。 15、软反馈的作用：提高调节系统的稳定性，改善调节系统的品质。 16、缓冲装置的组成：壳体，主动活塞组件，从动活塞组件，针塞组件，弹簧盒组件。 17、 18、调差机构的作用：用于改变机组静特性斜率，确定并列运行机组之间负荷的分配，防止负荷在并列运行机组之间来回窜动。 19、调差机构的组成：螺母，螺杆，反馈框架，转轴 20、转速调整机构的作用：当机组单机运行时用于改变机组转速，当机组并列于无穷大电网运行时用于改变机组所带的负荷。 21、转速调整机构的组成：手轮、螺杆、螺母。 22、调节系统的静特性：统节系统处于平衡状态时机组转速与发电机出力之间的关系。 23、调节规律的输出信号接力器位移y 与输入信号转速x 之间的关系称为调节规律。PI ：比 例积分型S K K S G I P PI /)(+=，PID 比例积分微分型s K s K K s G D I P PID ++=/)( 24、 bp 与调节系统的构造有关，与机组特性和运行水头无关。 ep 与两者都有关。 25、调速器的典型环节：比例环节、积分环节、理想微分环节、实际微分环节、惯性环节。 26、按元件结构不同分为：手动、电动、机械液压型、电气液压型、微机调速器； 27、按容量分为：特小型、中小型、大型调速器； 28、按执行机构不同分为：单调节（混流，轴流定浆式）、双调节调速器（轴流转浆，贯流转浆，冲击式）； 29、按调节规律：PI 型，PID 型 30、按所有油压装置和主接力器设置情况分为：整体式和分离式。 31、离心摆工作原理:当离心摆在额定转速时，如果转速增加则离心力增大，重块外张使转动套升高；反之则转动套下降，这样，离心摆转速的变化就以转动套位置的高低反映出来 32、离心摆的作用：将机组转速偏差信号按比例装换成装套的位移信号，传递给引导阀。 33、离心摆静特性：离心摆静态方程式表示在稳定工况时，离心摆的转速几乎与转动套行程之间的对应关系。 34、离心摆的输出量转动套位移与输入量转速偏差时成比例的。
常见淬火裂纹有以下10种类型 模具钢热处理中，淬火是常见工序。然而，因种种原因，有时难免会产生淬火裂纹，致使前功尽弃。分析裂纹产生原因，进而采取相应预防措施，具有显著的技术经济效益。常见淬火裂纹有以下10种类型。 1纵向裂纹裂纹呈轴向，形状细而长。当模具完全淬透即无心淬火时，心部转变为比容最大的淬火马氏体，产生切向拉应力，模具钢的含碳量愈高，产生的切向拉应力愈大，当拉应力大于该钢强度极限时导致纵向裂纹形成。以下因素又加剧了纵向裂纹的产生：(1)钢中含有较多S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质，钢锭轧制时沿轧制方向呈纵向严重偏析分布，易产生应力集中形成纵向淬火裂纹或原材料轧制后快冷形成的纵向裂纹未加工掉保留在产品中导致最终淬火裂纹扩大形成纵向裂纹；(2)模具尺寸在钢的淬裂敏感尺寸范围内(碳工具钢淬裂危险尺寸为8-15mm，中低合金钢危险尺寸25-40mm)或选择的淬火冷却介质大大超过该钢的临界淬火冷却速度时均易形成纵向裂纹。预防措施：(1)严格原材料入库检查，对有害杂质含量超标钢材不投产；(2)尽量选用真空冶炼、炉外精炼或电渣重熔模具钢材；(3)改进热处理工艺，采用真空加工热、保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热及分析淬火、等温淬火；(4)变无心淬火为有心淬火即不完全淬透，获得强韧性高的下贝氏体组织等措施，大幅度降低拉应力，能有效避免模具纵向开裂和淬火畸变。 2横向裂纹 裂纹特征是垂直于轴向。未淬透模具，在淬硬区与未淬硬区过渡部分存在大的拉应力峰值，大型模具快速冷却时易形成大的拉应力峰值，因形成的轴向应力大于切向应力，导致产生横向裂纹。锻造模块中S、P、Sb、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质的横向偏析或模块存在横向显微裂纹，淬火后经扩展形成横向裂纹。 预防措施：(1)模块应合理锻造，原材料长度与直径之比即锻造比最好选在2-3之间，锻造之间双十字形变向锻造，经五镦五拔多火锻造，使钢中碳化物和杂质呈细、小、匀分布于钢基体，锻造纤维组织围绕型腔无定向分布，大幅度提高模块横向力学性能，减少和消除应力源；(2)选择理想的冷却速度和冷却介质：在钢的Ms点以上快冷，大于该钢临界淬火冷却速度，钢中过冷奥氏体产生的应力为热应力，表层为压应力，内层为张应力，相互抵消，有效防止热应力裂纹形成，在钢的Ms-Mf之间缓冷，大幅度降低形成淬火马氏体时的组织应力。当钢中热应力与相应应力总和为正(张应力)时，则易淬裂，为负时，则不易淬裂。充分利用热应力，降低相变应力，控制应力总和为负，能有效避免横向淬火裂纹发生。CL-1有机淬火介质是较理想淬火剂，同时可减少和避免淬火模具畸变，还可控制硬化层合理分布。调正CL-1淬火剂不同浓度配比，可得到不同冷却速度，获得所需硬化层分布，满足不同模具钢需求。 3弧状裂纹 常发生在模具棱角、凸台、刀纹、尖角、直角、缺口、孔穴、凹模接线飞边等形状突变处。这是因为，淬火时棱角处产生的应力是平滑表面平均应力的10倍。另外，(1)钢中含碳(C)
一．名词解释 1.水轮机调节:在自动调节装置（调速器）控制下的水轮发电机组，按照预定的功能、性能 和程序完成电能生产的调节及控制过程。 2.水轮机调节系统：用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定参量的偏差， 并将它们按照一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统。 3.水轮机调节系统的静特性：指调节系统处于稳定平衡状态时的机组转速与出力之间的变 化关系。 4.机组惯性时间常数:是指机组在额定转速时的动量矩与额定转矩之比。 5水流惯性时间常数:是指在额定工况下，表征过水管道中水流惯性的特征时间常数。 6接力器的最短关闭时间:接力器以匀速由全开到全关位置所用时间。 7调节保证计算：在设计阶段就应计算出上述过渡过程中最大转速上升值及最大压力上升值.工程上把这种计算称为调节保证计算. 8闭环开机： 9调节时间：Tp是指从阶跃扰动发生时刻开始到调节系统进入新的平衡状态为止所经历的时间. 二．思考题 1.水轮机调节的方法：根据负荷变化引起的机组转速或者频率的偏差，利用调速器调整水 轮机导叶或喷针的开度，使水轮机动力矩和发电机阻力矩及时恢复平衡，从而确保转速或者频率在规定的的范围内。 2.调差率e值与什么因素有关 3.水轮机调节系统与其他原动机调节系统相比，有什么特点：1）受河流自然条件的限制， 其单位工作介质的能量较小。2）由于工作介质不同，水流的运动惯性较汽流的较大，长引水管道的水电机组水流惯性尤为明显。3）某些水轮机具有双重调节机构，增加了水轮机调速器的复杂性。4）水电机组在电力系统中承担着调频、调峰和事故备用等任务，随着电力系统容量及结构复杂程度的不断增加，水电机组在电力系统中的作用更加明显。 4.利用开度限制机构的作用 5.水轮机调速器的分类方式有哪几种:1)按元件结构分为机械液压和电气液压，其中，电气 液压又分为模拟电气液压和数字电气液压2）按系统结构分为辅助接力器型、中间接力器型和调节型3）按照控制策略分为PI（比例+积分）调节型，PID（比例+积分+微分）调节型和智能控制型4）按执行机构数目分为单调节调速器和双调节调速器5）按工作容量分为大型、中型、小型、特小型。 6.什么是危机调速器所采用的数字测频方法计数法 7.调差机构的主要作用 8.机组并网运行时，若b=0，电液调速器如何调整负荷 9.目前水轮机调速器按其结构框图的特点可分为哪几种 10.水轮机微机调速器有哪几种工作状态停机状态空载状态发电状态调相状态 11.水轮机微机调速器和模拟电液调速器系统结构的主要区别 12.在根据水轮发电机组的运动方程推到甩负荷过渡过程中最大转速上升的估算公式时，采 用了哪几种假定 13.微机调速器的调节模式有哪几种1）频率调节模式（转速调节模式）（FM）2）开度调节