水轮机蜗壳延伸段漏水分析与处理

贾树坡

摘 要：对某水电厂机组蜗壳延伸段漏水现象及原因进行深入分析，通过对蜗壳焊缝进行磁粉检测、着色探伤检测，采用内窥镜对顶盖平压管、顶盖取水管内部检查，找到蜗壳延伸段漏水的原因并采取了应对措施，对水轮发电机组的永久性管路安装提出了敷设建议。

关键词：水轮机蜗壳；渗漏；机坑里衬；弹性层

1 概述

在水轮机蜗壳外部与混泥土间设置有弹性层，由于各种原因导致部分水体渗入弹性层，该水流大部分会随着蜗壳鼻端排水管顺利排出，但部分会沿着蜗壳延伸段向水轮机来水方向流动，最后渗出墙体，渗漏量较小时主要影响设备工作环境，造成墙面污染，影响美观，当渗漏水量大时将增加厂房渗漏水总量，使渗漏排水系统工作负担加大，直接影响厂用电和设备维护成本，严重时将危及机组和厂房安全。为查找某水电厂机组蜗壳延伸段漏水原因并找出解决措施，技术人员采用多种探测、检测手段深入排查，找到了问题根源，针对漏水原因采取一系列补救措施，彻底解决了问题并对水轮发电机组敷设的暗管材质、敷设方式提出了建议。

2 现象简介

某水电厂2007年底投产，至2012年底发现水轮机蜗壳延伸段存在渗水现象，起初表现为蜗壳延伸段与混泥土结合处出现渗水，墙体明显潮湿，一周后地面开始有积水，但渗漏处未见呈喷射状水流。在观察中发现渗漏量呈增长趋势，3个月后漏水量明显增大，墙体出现明显漏水，呈喷射状，停机时漏水量减少，开机时漏水量变大，汛期库水浑浊时渗漏水亦呈浑浊状态，枯水季节水库较清，渗漏水量也呈清澈状态。为不影响设备运行环境，水工技术人员沿着蜗壳延伸段墙体开槽引水，集中引流，观察2个月，漏水量基本趋于稳定，此时测得漏水量达200L/h。种种迹象不得不让人担心蜗壳焊缝质量出现问题，运行中的机组安全性遭到了严重威胁，查找渗漏原因并尽快消除迫在眉睫。

3 漏水原因的分析

某水电厂采用HLA696-LJ-345混流式水轮机组，额定水头102m，最大水头117m，最小水头75m，额定流量103.6m3/s。金属蜗壳，包角345°，弯肘型尾水管，在水轮机顶盖处设置有6根顶盖减压排水管，沿圆周方向对称布置，各管道出口汇总至DN300的排水总管，排水总管出口设置三通阀，利用三通阀可以实现顶盖排水供机组冷却设备使用或者直接排至尾水管的功能，管道为普通钢管，管道壁厚6mm，敷设方式为暗管敷设，其他6根支管在顶盖上方存在1.2m明管段。

为查明漏水原因，2014年检修期间委托技术服务公司对该水轮机尾水管、蜗壳等部位进行了全面检测，其中对蜗壳壁厚进行超声波检测，测试部位厚度值均匀，对蜗壳鼻端、蜗壳上下蝶形边焊缝及其他关键焊缝采用了磁粉探伤检测、渗透检测，焊缝未见裂痕，除局部防腐涂层脱落外其余未见异常，对尾水管里衬进行渗透检测及厚度检验，检测区域内测点厚度值均匀，未发现异常，结果证明蜗壳焊缝良好，不存在漏水可能，由此排除了因为蜗壳焊缝裂纹导致漏水的原因，技术人员不得不将排查重点转向埋设在蜗壳上方的管路。查阅设计图纸后发现6根顶盖减压排水管进入汇流总管前有法兰连接，可拆卸，于是检修人员将顶盖减压排水管明管段全部拆卸，技术检测人员采用内窥镜对管道壁进行检测，该探测设备探头可深入管道内3m，通过检查发现其中3根顶盖减压排水管暗管段存在腐蚀现象，最大腐蚀面积约8*12mm，该处管壁已完全脱落，水流直接冲刷混泥土，受损位置距离水车室基坑里衬300-450mm间。通过查找图纸资料发现：（1）6根顶盖减压排水管自顶盖顶部垂直方向而出，穿过水轮机机坑里衬，经过厚厚的混泥土到达尾水管。（2）机坑里衬焊接于蜗壳上镗口，与钢筋混泥土浇筑严密。（3）蜗壳及其延伸段上半圆表面铺设了一层弹性垫层。主要目的是人为增大蜗壳与混凝土之间的缝隙，使内水压力先由蜗壳独自承担，当管内水压力达到一定值后，蜗壳产生膨胀压缩垫层，再由垫层将一定的压力传递到外包钢筋混凝土中，尽可能改善蜗壳周围混凝土的应力状态，提高其抗裂安全度。

结合资料及漏水现象分析，一方面由于管道受损点正处于距离机坑里衬向混泥土内300-450mm段，经过长期冲刷和腐蚀后管道壁破损，在压力作用下水流沿着受损管道向来水方向渗漏，遇到机坑里衬后顺着机坑里衬流向蜗壳，由于蜗壳及蜗壳延伸段弹性层的存在，水流将继续沿着弹性层的间隙流动，最终漏出墙体，形成蜗壳延伸段渗漏。另一方面由于顶盖减压排水管是排出顶盖与转轮间有限腔体的压力水，以达到减少水轮机轴向水推力的作用，当机组处于停机状态时水轮机导叶全关，水源被阻隔，导叶微小的漏水量在顶盖减压排水管处的水压力甚小，不足以直接穿过蜗壳弹性层，当机组开机后水轮机导叶打开，高达1.17MPa的水压经过上止漏环，途径顶盖和顶盖减压排水管，在压力的作用下水流从管道破损口沿着机坑里衬、蜗壳、蜗壳延伸段漏出，最终形成了喷射状漏水，这一点正好与机组开启时漏水量大，停机时漏水量小的现象相吻合，证明漏点已找到。为彻底消除漏点，技术人员可谓绞尽脑汁，因为受损管道为暗管，掩埋深度1.4m，且该部位空间狭小，管路交错复杂，更换受损管道已然不可行，唯一的办法只有设法修复破损管道。首先，为掌握受损管路壁厚状况，技术人员通过超声波测壁厚的方法检测了可触及管段的壁厚，测量结果表明除已存在破损的部位外其他壁厚接近于5mm，仍然能承受一定压力。通过分析，最终决定按以下步骤处理：（1）对原管道内部烘干、除锈，使其露出金属表面。（2）重新截取长度460mm，管道壁厚与设计一致、外径与原管路内径相匹配的钢管，其外部除锈露出金属表面。（3）在原管道内壁及新截取管段外壁均涂抹TS2111金属修补剂，待金属修补剂初步凝固但未硬化前把新截取的管段套入原管道内，双层管道间的间隙继续使用金属修补剂压入填实，通过24小时观察钢管结合紧密后对管道回装并对蜗壳充水未发现渗漏，开机后蜗壳延伸段墙体无渗水，通过1年运行观察，该现象未再现，缺陷消除。

4 漏水的防范措施

为确保机组在运行过程中的安全性，应当从以下方面严加控制与预防：（1）良好的结构设计、安装工艺设计能够使设备更好地工作，提高其工作的可靠性。（2）施工过程中严格控制水轮机埋入部件的浇筑工艺，保证蜗壳和混泥土间无空穴。（3）做好蜗壳和水轮机辅助管道内壁防腐措施。（4）定期对蜗壳内部检查、对焊缝检测十分必要，大修或者必要时应对对蜗壳焊缝做更全面的检测，做到及时发现缺陷，尽早处理。（5）蜗壳安装过程中应当按照安装标准执行，焊缝进行严格的技术检测，焊接过程中严格遵循焊接工艺，在焊接部位不得出现明显凹凸现象，否则将增大管道过流时在凹凸处冲刷和气蚀的现象，从而加速过流部位的损坏。（6）建议采用不锈钢管，其抗气蚀和冲刷能力强，有利于延长管道寿命。

承压管道、水轮机预埋件的安全与否直接关乎水力发电厂的安全问题，倘若不从设计源头抓起、不从安装质量抓起，那么必定会给安全运行工作带来极大的安全隐患，俄罗斯萨扬舒申斯克水电站事故足以见证水电站引水系统失控的严重后果，所以必须从设计源头抓起，在运行过程中加强巡检，在缺陷排查过程中必须对照设备图纸资料加以分析，在检修过程中通过各种技术手段对蜗壳进行检测，及时发现缺陷并给予消除。