转轮室新转轮室结构特点

新转轮室设计过程中完全取消轴向筋板，在综合考虑机组外配水环与转轮室法兰连接螺栓强度(提高螺栓强度等级) ，通过适当增加母材厚度，提高转轮室整体强度。采用新工艺和方法，减少结构焊缝，达到结构优化的目的。

(1) 新转轮上游装配法兰定位尺寸与原始转轮室上游装配法兰装配定位尺寸应相符。因新转轮连接法兰加厚，装配销钉与螺栓相应加长，直径、数量以及位置不变。对该连接法兰的螺栓、销钉的强度进行校核，保证连接件对各种极端和交变载荷工况下具有足够的抵抗力和结构的稳定性。

(2) 根据有限元模型计算，转轮室改造后其结构应力保证新转轮室在任何工况下局部结构及材料应力均小于材料屈服应力的85%以内，确保新转轮室的刚性。

(3) 为确保机组效率特性，新改造后的转轮室内过流断面几何尺寸及技术要求与原设计尺寸及技术要求相同。

(4) 新转轮室结构采取增加转轮室壁厚和同种材质整体制造，部分取消转轮室加强筋板和取消异种钢焊接的方法，达到增加转轮室的刚度，减小异种钢焊缝裂纹的目的。放弃原有薄壁结构保留变厚度结构及有限采用整体结构方法，新的结构形式应充分进行可行性论证、结构实验和使用分析。转轮室的结构应满足转轮室在各种工况下的技术要求和工作标准，在预期的载荷下结构稳定并有足够的安全裕量，其应力、应变和位移在允许的范围内，防止结构失效。

(5) 新转轮室按水平方向分上下两瓣设计，需综合考虑转轮及转轮室的吊装、检修要求，合理设置转轮室吊耳孔的位置和数量，保证起吊的安全平稳，下半部转轮室的三个支撑块位置不变，以保证下半部转轮室下移时支撑的稳定。

(6) 转轮室结构的尺寸数据应采用原图纸部分数据及原转轮室加工或现场实测数据，保证转轮室与机组的装配要求和标准，确保桨叶间隙、上下游同心度等装配尺寸的一致性和准确性。

(7) 新转轮室改造后增加了转轮室的整体重量，厂家负责计算和校核其对机组配水环和导水机构的影响，确保与原设备的配套和机组的安全运行。

(8) 转轮室上下分瓣组合面及与外配水环组合面采用法兰连接，连接螺栓应有足够的强度，并应有可靠的止漏措施，保证转轮室各组合面在各种工况下的安全运行和严密不漏。

(9) 转轮室与基础环之间应设有伸缩节，以保证转轮室热胀冷缩的伸展空间，其调节间隙控制在10mm内，伸缩节的结构应有足够的强度和刚度，足以抵抗转轮室的运行振动、摆度所导致的破坏作用，以保证伸缩节在各种工况下的安全稳定及严密不漏。

(10) 在转轮室扩散段的尾部方向设置不小于600mm进入孔。开设进人门的位置应与原机组进人门相同，并进行补强，应有可靠的防开裂措施。进人门形式与原转轮室进人门相同。进人门的内表面应与尾水管里衬内表面齐平，进人孔底框下部应有一个铜旋塞，用于检查进入门处是否有水。

(11) 转轮室应设有测量导叶后水压力的不锈钢测头4 个，沿圆周方向均布，测头位置应与模型试验时的测头位置相对应。

(12) 转轮室的结构应进行材料、结构力学分析和计算以及各种检测试验，其结构性能和质量指标应达到国家规定的标准要求，并提供相应的数据和报告。

(13) 新转轮室设计特点：

①转轮室采用整体模压成型工艺。转轮室与机组外配水环连接的喇叭口段、球面段、过渡段整体模压成型、无环向焊缝。过渡段与扩散段环向焊接成型，不允许加工焊缝，并光滑过度。

②转轮室环筋布置。在转轮室上布置3道环筋，分别位于球面段、过渡段、扩散段。

③转轮室设计与原外配水环法兰把合螺孔、销钉配合，以及与原尾水管伸缩节座环、压环配合，满足现场安装要求。

④转轮室材质。转轮室与原外配水环连接法兰、转轮室本体包括法兰、扩散段、合缝面法兰材料全部为OCr13Ni5Mn 不锈钢板。连接螺栓、销钉全部采用35CrMo 锻钢。转轮室3 道环筋为Q235 材质。

⑤转轮室厚度。上游侧法兰为60mm。上游侧喇叭口段为60mm。球面段为60mm。过渡段为60mm。扩散段为40mm 。2100433B

根据裂纹产生原因分析，必须进行转轮室的结构加强改造，才能达到控制和消除裂纹的产生。如引言所述的两种方法，若采用第二种方式，装设数量较多的轴向及环向筋板，致使转轮室整体重量增加过大，需要加大安装基础螺纹孔孔径，对基础部件的安全稳定运行提出更高的要求，因电厂已投产多年，安装基础部件无法更改，无法满足; 采用第一种方式，适当加厚转轮室的材质，改变转轮室本体强度，取消轴向筋板，将转轮室弹性变形控制在合理范围之内，减小转轮室运行过程中的应力集中，相比第二种方式，增加的重量在可控范围内，在不改变安装基础部件的情况下，通过计算论证可以达到要求，从而控制裂纹的产生，同时又不影响基础安装部件的稳定运行，所以应采用第一种方式对转轮室进行彻底更新换型。

转轮室裂纹产生有以下原因：

(1) 凌津滩导水机构轴向长仅有1.955m，而转轮室的轴向长则有4.235m，当时日立公司的设计只考虑了转轮的安装方便，而忽略其他方面的影响，转轮室过长带来的问题就是同种厚度的情况下，转轮室的刚度降低。由于转轮室长度是机组总体设计时确定的，后期改造无法对此项进行改进。

(2) 转轮室为悬臂结构，是水能转换成机械能的关键部件，转轮室的振动不可避免。转轮出水边的水流经过转轮室过渡段后急速变化，流速急速降低，水能进一步得到回收利用，但悬臂结构的转轮室扩散段受到约束降低。

(3) 转轮室结构设计强度不足，用材单薄，导致转轮室运行振动值变大。凌津滩灯泡型机组转轮直径6 900mm，转轮室重仅40t，转轮室全球段厚度为45mm，过度段厚度为30mm，尾部扩散段为25mm，同比国内同类型机组转轮室用钢量不足，这是导致机组转轮室刚性不足的主要原因。机组运行时已测到的最大振动值大于600um(过渡段) ，与国内同类型机组相比振动值偏大300um。

(4) 转轮室焊缝质量存在隐患。转轮室焊前坡口仅22.5°采用气体保护焊，焊枪焊丝不能深入到焊接的位置，导致焊接时焊不到位，焊后坡口局部形成空腔，且焊缝易存在气孔、未熔合、夹渣、啃边等缺陷，降低了转轮室焊缝的强度。虽然厂家曾多次对转轮室进行过改进、修补，但消缺性质的返修，不可能刨开所有焊缝重新进行处理。这些焊缝缺陷随机组振动等原因不断转变成细小裂纹，在某一特定条件下这些细小裂纹可能发生劣化变为贯穿性裂纹。

(5) 焊缝异种材质焊接。转轮室球形段的材料为OCr18Ni9，其他段材料均为Q235。异种材质焊接易产生焊缝内部化学成分不均匀、金属组织的不均匀、机械性能的不均匀、应力场分布不均匀，导致焊缝应力集中和焊接缺陷。

(6) 转轮室制造时受当时技术条件限制，哈尔滨电机厂的加工能力有限，无法加工4.235m长的分辨面，故经与日本日立公司协商并得到日立公司的批准后，将转轮室改成两段结构，转轮室分段带来的问题较多，第一增加了转轮室的连接面，加大了转轮室漏水的几率。第二增加了转轮室的焊缝数量，加大了转轮室的开裂几率。第三转轮室分段后带来异种钢焊接问题。第四转轮室分段结构不合理，转轮室扩散段厚度仅为25mm，分段法兰厚度则有40mm，钢板厚度相差大，转轮室在长期振动、疲劳及交变应力的作用下，焊缝开裂 。

转轮直径6900mm，转轮室重40t，转轮室的上游侧通过法兰与外配水环连接形成悬臂结构，转轮室的下游侧为伸缩节。转轮室由收缩段、球面段、过度段、扩散段组成，且各段板厚不一致。水轮机导水机构外配水环轴向长为1.955m，转轮室轴向长为4.255 m。

为便于水轮机检修，转轮室按上、下两瓣设计。水轮机转轮检修时，将转轮室上半部分吊出，下半部分降低约500mm后形成检修平台。在转轮室外圈的收缩段、球面段、过度段、扩散段的中间位置分别设置3道环向筋板。轴向按8等分布置筋板，形成笼状结构以提高转轮室强度。将该环向加强筋板后移至焊缝处，并改过度段与扩散段为法兰(简称转轮室分段法兰) 连接。待转轮室组装完成后，对转轮室分段法兰的内接合缝采用了封水焊道的焊接工艺，该工艺在确保转轮室分段法兰的密封性能的同时具有一定柔性特点。

转轮室在运行中，出现渗漏、焊缝开裂等现象，机组转轮室焊缝内部均存在不同程度的超标缺陷，存在严重安全隐患，威胁电厂安全稳定运行。与国内其他同类型电厂转轮室结构特点进行比较分析，借鉴其转轮室裂纹处理经验，主要有两个方向：一是彻底加强转轮室本体结构强度，取消多余的轴向拉筋，适当设置环向筋板；二是通过设置比较多的轴向和环向筋板，来辅助增强转轮室结构强度。结合电厂机组实际安装特点(原有设备条件限制) ，第一种方式切实可行 。

埋入部件基础环

基础环是混流式水轮机的埋设部件，预埋在混凝土中。其作用如下：

(1)基础环是连接座环和尾水管进口直锥段的基础部件。

(2)形成了混流式水轮机的转轮室，转轮的下环在其内转动，可能承受转轮室传来的水力振动，因而要求与混凝土结合牢固。

(3)基础环是底环安装的基础部件，底环通过螺栓与基础环把合。

(4)基础环是布置混流式转轮下静止漏环的基础。

(5)基础环下法兰面也是安装和拆卸水轮机时落放转轮的基础，它与转轮下环底面之间有一定的间隙，作为安装时放置斜楔、调整转轮水平之用。

基础环通常与座环直接连接，或者与座环作成一个整体。大中型机组的基础环一般采用钢板焊接而成，其上部法兰面与座环下环用螺栓把紧，其下法兰直接与尾水管进口锥管里衬焊接；对于中小型水轮机，若运输允许，可将基础环和座环作成一整体。

埋入部件转轮室

水轮机转轮室，主要是指转轮在其内转动的圆周空间。轴流式水轮机转轮室是水轮机过流通道的一部分，其上部与底环连接(起部分支承作用)，其下部与尾水管的锥管段连接。其作用相当于上述混流式基础环作用的“(2)”、“(3)”，但不与座环连接，对座环无支承作用。

转轮室的外形和选用的转轮型号有关。一般在叶片水平中心线以上为圆柱形，在中心线以下为球形，其形状和叶片外缘相吻合，以保证叶片转动时转轮仍具有最小的间隙。但也有采用全球形转轮室的，如三门峡水电站1号机改造后即是如此，叶片在各工况下均有最小的间隙，进一步减小了水流漏损，但不足的是在检修时需拆卸上半部转轮室。

转轮室的结构和转轮的大小、工作水头有关。小型机组一般采用碳素钢铸造结构，大中型机组一般采用焊接结构。由于大型机组的转轮室尺寸较大，多采用钢板卷焊而成，一般可分为上、下环二部分(或上、中、下环三部分)，每一环分几瓣，用法兰及螺栓把合。转轮室的内壁在叶片出口处常产生严重的磨蚀，通常采取的抗磨蚀措施是在转轮室内壁铺焊不锈钢板或堆焊不锈钢保护层。

运行时由于水流的压力脉动，在转轮室上作用有很大的周期性荷载，为加强转轮室的刚度和改善它与混凝土的结合，在其四周布有环向和竖向的加强筋，并用千斤顶和拉杆把转轮室牢固地固定在二期混凝土中。千斤顶在安装转轮室时还起调整中心的作用。

另外，转轮室一般设有进入孔，以便于进入转轮室检查叶片和修复叶片外缘。

当要处理的有机废气进入转轮 240℃扇形的吸附区域时，废气中的有机污染分子被转轮内的吸附剂吸收，沿着旋转方向，第一吸附区旋转到第八吸附区时，该区域的转轮因吸收了一定量的污染有机分子而趋向饱和；随着转轮的转动，该区域经过渡区后进脱附区进行热风脱附处理。脱附的过程，热风同时对吸附材料进行加热。当转到冷却区时，主要对吸附材料进行冷却处理，使吸附材料恢复吸附功能。整个转轮饶着中心轴旋转，在脱吸附的气体流向始终保持不变情况下，实现脱吸附区域的不间断连续工作。