РОССИЙСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ «ЕЭС РОССИИ»

Департамент научно-технической политики и развития

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕМОНТУ И РЕКОНСТРУКЦИИ КАМЕР РАБОЧИХ КОЛЕС ГИДРОАГРЕГАТОВ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ

РД 153-34.2*31.604-2002

ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» Санкт-Петербург 2004

РОССИЙСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ «ЕЭС РОССИИ» Департамент научно-технической политики и развития

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕМОНТУ И РЕКОНСТРУКЦИИ КАМЕР РАБОЧИХ КОЛЕС ГИДРОАГРЕГАТОВ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ

РД 153-34.2-31.604-2002

ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» Санкт-Петербург 2004

воздействия кавитационной и абразивной эрозии, а также коррозии металла на границе металл - бетон опорного конуса КРК, для выявления зон расслоения металла;

ультразвуковая дефектоскопия металла КРК для выявления трещин и других дефектов в металле и сварных швах;

ультразвуковая дефектоскопия бетона для оценки состояния штраб-ного и монолитного бетона опорного конуса КРК.

2.2. Оценка макро- и микросостояния металла облицовки КРК

Оценка состояния металла КРК включает: анализ документации по проводимым ранее ремонтам КРК; визуальное обследование рабочей поверхности КРК; простукивание КРК; гидроопробование КРК;

толщинометрию - измерение фактической толщины металла КРК; инструментальное обследование металла КРК для выявления скрытых дефектов.

2.2.1.    Анализ документации по предшествовавшим ремонтам КРК проводится с целью определения участков, подвергавшихся наплавке металла, заварке обнаруженных трещин, изменению толщины металла в процессе эксплуатации КРК.

2.2.2.    При визуальном обследовании обращают внимание на дефекты, образующиеся в результате кавитационной эрозии металла. Наличие трещин в металле определяют с помощью лупы 4 - 7-кратного увеличения или с помощью индикаторной жидкости (методом керосиновой пробы).

2.2.3.    Если КРК изготовлена из двух металлов (основного и наплавленного), то дефекты наплавки и ее сцепление с основным металлом определяют методом свободных колебаний (простукиванием).

2.2.4.    Гидроопробование (гидравлические испытания) облицовки КРК рекомендуется проводить перед началом ремонтно-восстановительных работ на облицовке КРК и после завершения сварочных работ.

Гидравлические испытания облицовки КРК предназначены: для выявления наличия сквозных трещин и свищей в металле тех участков облицовки, которые расположены в зоне заоблицовочных пустот и отслоений металла от штрабного бетона, обнаруженных при проведении предварительного обследования состояния КРК;

для проверки качества сварки после проведения ремонтно-восстановительных работ и контроля отсутствия дефектов, не зафиксированных при проведении обследования;

10

для выявления гидравлической связи между отдельными заоблицо-вочными пустотами, обнаруженными при проведении предварительного обследования, а также фильтрационных ходов и гидравлической связи пустот с конусом или коленом отсасывающей трубы гидроагрегата.

Гидравлические испытания облицовки КРК производятся путем подачи воды от насосной установки в заоблицовочные полости под давлением. Максимальное давление нагнетания воды определяется не-превышением деформации панели облицовки 0,5 мм. Контроль деформации панели осуществляется с помощью измерительных приборов, устанавливаемых в центре панели облицовки.

Порядок проведения гидравлических испытаний облицовки КРК, рекомендуемое оборудование и оснастка описаны в Приложении 1.

2.2.5. Инструментальное обследование металла КРК, в том числе и толщинометрию, выполняют квалифицированные специалисты, прошедшие соответствующую подготовку и оснащенные необходимыми приборами, имеющие соответствующие лицензии и свидетельства (сертификаты на приборы и оборудование). В настоящее время основными методами контроля металлических элементов КРК, находящихся в эксплуатации, являются ультразвуковые методы контроля (эхо-импульсный и зеркально-теневой). Применяемые ультразвуковые методы регламентируются ГОСТ 12503-75* [7].

Применение методов радиационной дефектоскопии в данных натурных условиях неэффективно.

Абразивный, коррозионный и механический износ металла КРК определяют эхо-импульсным методом с использованием серийно выпускаемых дефектоскопов или толщиномеров.

В табл. П 2.1 Приложения 2 представлены некоторые из находящихся в эксплуатации на ГЭС и в специализированных организациях и выпускаемые (по доступным ценам) дефектоскопы, а в табл. П 2.2 - толщиномеры.

Скрытые дефекты обнаруживают как эхо-импульсным, так и зеркально-теневым методами с использованием дефектоскопов.

На достоверность и точность результатов при проведении контроля металлической облицовки КРК большое влияние оказывают:

качество подготовки поверхности, через которую будут вводиться ультразвуковые волны;

правильный выбор контактной жидкости для обеспечения надежного контакта между ультразвуковым преобразователем и металлом КРК;

правильный выбор частоты вводимых ультразвуковых волн (и соответственно частоты преобразователей) и типа преобразователей (прямой совмещенный, прямой раздельно-совмещенный, наклонный); правильная настройка чувствительности приборов.

11

Качество подготовки поверхности ввода ультразвуковых сигналов должно обеспечить максимальное прохождение сигналов. Для этого поверхность освобождают от неплотно прилегающих наслоений (ржавчина, отстающее защитное покрытие) и сглаживают неровности для обеспечения стабильного акустического контакта.

Подготовку поверхности проводят вручную (шабером, металлической щеткой, наждачной бумагой) или механическим способом (шлифовальной машиной), добиваясь, чтобы параметр шероховатости поверхности по высоте неровностей R_т был не более 50 мкм.

Правильно подобранная контактная жидкость частично компенсирует потери чувствительности при прохождении ультразвукового сигнала через неровности (шероховатости) поверхности.

Контактная жидкость должна обладать хорошей смачиваемостью по отношению к металлу КРК, оптимальной вязкостью (1275 10*² м²/с и более) и однородностью (образование воздушных пузырьков недопустимо).

При дефектоскопии и толщинометрии металла КРК возможно применение жидкого машинного масла, однако для корродированного металла и металла с наплавкой лучшие результаты дают масла с повышенной вязкостью (солидол, литол).

В зависимости от типа и состояния КРК проводят выбор ультразвуковых преобразователей и соответствующих частот ультразвуковых волн.

Так, для толщинометрии металла КРК, состоящего из литых обечаек с толщиной основного металла более 50 мм, или толстостенных сварных КРК с корродированной донной поверхностью, а также КРК с наплавленным слоем металла (биметаллических) частота ультразвуковых волн должна быть не более 2,5 МГц (2,5; 1,8; 1,25).

Для сварных КРК с толщиной металла до 40 мм, относительно гладкой поверхностью и отсутствием ржавчины следует использовать преобразователи ультразвуковых волн на частоту 5 МГц (10 МГц), которые дают более точный результат, а при дефектоскопии позволяют выявить более мелкие дефекты.

Донная (обращенная к штрабному бетону) поверхность металла КРК из обычной углеродистой стали, как правило, сильно корродирована, что ослабляет отраженный сигнал. Величина ослабления нестабильна, поэтому рекомендуется настройку чувствительности проводить непосредственно на КРК.

При толщинометрии металла с использованием дефектоскопа следует применять прямые раздельно-совмещенные преобразователи, при дефектоскопии возможно использование как прямых, так и наклонных преобразователей.

12

Контроль сварных соединений КРК следует проводить в соответствии с ГОСТ 14782-86 [8]. Для этого используются дефектоскопы, указанные в табл. П 2.1 Приложения 2.

Все обнаруженные дефекты и участки с пониженной, относительно проектной, толщиной металла КРК заносятся в журнал состояния КРК и отмечаются на формуляре состояния.

2.3. Оценка состояния штрабного и монолитного бетона опорного конуса КРК

Основным методом оценки состояния бетона опорного конуса КРК является ультразвуковой метод неразрушающего контроля с использованием способа сквозного прозвучивания. Работы по ультразвуковому обследованию бетона КРК проводятся специализированными организациями.

2.3.1.    Бетон опорного конуса КРК состоит из двух различных бетонов: монолитного бетона опорного конуса (ОК) и штрабного бетона заливки шахты КРК. При этом в бетоне ОК могут быть дефекты трех видов:

нарушения сплошности штрабного бетона (зоны пористого бетона, каверны и т.д.);

нарушение контакта штрабного бетона с монолитным бетоном ОК;

нарушение сплошности монолитного бетона ОК.

Для спиральных камер с металлической облицовкой дополнительно возможно нарушение контакта металла спиральной камеры с бетоном.

2.3.2.    Оценка состояния бетонов и контактных поверхностей металл - бетон, пгграбной - монолитный бетон проводится неразрушающим ультразвуковым методом по способу сквозного прозвучивания различных участков конструкции. Разметка трасс прозвучивания (расположение на конструкции преобразователей ультразвукового сигнала - излучателя и приемника) проводится геометрическим путем по чертежам опорного конуса с привязкой к характерным элементам, например, к осям лопаток направляющего аппарата. Расположение контрольных точек выбирается так, чтобы трассы не попадали на ребра жесткости обечайки. Поскольку базы измерения имеют значительную длину, геометрической ошибкой фактического расположения преобразователей относительно расчетного следует пренебречь. По этой же причине не учитывается влияние металла пересекаемого ультразвуковым сигналом по трассе, например, металла обечайки.

Учитывая наличие значительной фоновой акустической помехи, создаваемой соседними работающими агрегатами, рекомендуется про-

13

водить измерения в периоды их эксплуатационной остановки или с подключением к приемному каналу полосового фильтра, повышающего соотношение сигнал/шум в диапазоне рабочих частот преобразователей.

Для обеспечения надежного акустического контакта ультразвуковых преобразователей с металлом и бетоном поверхность должна быть очищена от отложений и неровностей.

Информационным параметром, характеризующим состояние материала, служит локальное изменение скорости ультразвукового сигнала относительно среднего значения для данного массива.

2.3.3.    Скорость распространения ультразвука в монолитном бетоне ОК определяется при прозвучивании фрагмента ОК, в котором трасса ультразвукового сигнала пересекает только данный материал, например, из ниши отъемных сегментов в спиральную камеру. Условно считается, что полученная скорость характерна для всего массива монолитного бетона.

Пример схемы прозвучивания системы КРК - ОК приводится в Приложении 4.

2.3.4.    Скорость распространения ультразвука в штрабном бетоне определяется при прозвучивании фрагмента ОК, в котором трасса ультразвукового сигнала пересекает только данный материал, например, из ниши отъемных сегментов в КРК или на нижнее кольцо направляющего аппарата НА (согласно п. 2.3.2 при такой значительной базе прозвучивания влиянием металла КРК или НА следует пренебречь).

2.3.5.    Оценка прочности бетона опорного конуса КРК проводится на основании анализа скорости ультразвукового сигнала, полученной при прохождении им всего комплекса материалов (металла обечайки, штрабно-го и монолитного бетонов) на трассе КРК - ОК в зонах плотного прилегания металлической обечайки к штрабному бетону (определяется методом свободных колебаний согласно п. 1.2.1).

Оценка монолитности комбинированного материала ОК - КРК проводится по условному коэффициенту дефектности Р:

j.jQ-gc,

(С_б-С_в)С_д ’

где С_б - скорость прохождения ультразвукового сигнала в бездефектном комбинированном бетоне; С_д - скорость прохождения ультразвукового сигнала в комбинированном бетоне на участках с дефектом (нарушения монолитности материалов, расслоение бетонов), геометрические размеры которого соизмеримыми с длиной волны ультразвукового сигнала (для рекомендуемых преобразователей с частотой 25 КГц и минимальной

14

скоростью 3800 м/с - длина волны около 15 см); С_в - скорость прохождения ультразвукового сигнала в воде.

Коэффициент дефектности меняется от 0 (для бездефектного бетона) до 1 (дефектность бетона настолько высока, что сигнал не проходит).

При отсутствии прохождения сигнала считается, что трасса сигнала пересекла участок значительного по площади расслоения бетонов или скопления большого количества дефектов (трещин, полостей, пористого бетона) с размерами 0,6 - 0,8 м.

2.3.6. При ультразвуковом контроле состояния бетона рекомендуется применять аппаратуру, обладающую значительной мощностью и имеющую встроенную или подсоединяемую осцилографическую систему визуализации принятого сигнала. Выбор такой аппаратуры ограничен. Рекомендуется использовать приборы в комплекте с преобразователями 25 - 60 КГц, приведенные в табл. П2.3 Приложения 2.

Информация о методах и аппаратуре, принципиально применяемых в дефектоскопии металла, бетона и контактах металл - бетон, но не используемых в настоящее время в инструментальных обследованиях эксплуатируемых КРК, приведена в Приложении 3.

3. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА (РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА) ПРОИЗВОДСТВА РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

3.1. Оценка состояния КРК по результатам обследования

На основании комплексного обследования оценивается фактическое состояние КРК, при необходимости выполняются расчеты надежности ее работы в эксплуатационном режиме, принимается решение о необходимости проведения ремонтных работ и о целесообразности реализации того или иного конструктивного решения; определяются виды, очередность, объем и технология проведения ремонтно-восстановительных работ.

По результатам предварительного (визуального) обследования КРК, ее гидроопробования и толщинометрии ее облицовки производится выявление поврежденных фрагментов металлической облицовки КРК, подлежащих ремонту или замене, отслоений металлической облицовки от бетона, наличия, местоположения, объемов заоблицовочных пустот в бетоне и гидравлических связей между ними, а также других фильтрационных ходов.

15

По результатам инструментального обследования КРК определяются фактические значения физико-механических характеристик металла и бетона; выявляются дефекты металла и сварных швов, не обнаруженные при проведении предварительного обследования КРК; выявляются дефекты в массиве бетона опорного конуса КРК - трещины, пустоты и отслоения пгграбного бетона от монолитного.

3.2. Рекомендуемые конструктивно-технологические решения и материалы

Анализ опыта эксплуатации ГЭС России и СНГ, способов и результатов проведения на них ремонтно-восстановительных работ и реконструкции камер рабочих колес показал неэффективность запол-нительной цементации заоблицовочных пустот цементационными растворами. Анализ причин и последствий неэффективности такой технологии ремонта достаточно подробно отражен в публикациях (см., например, [1, 2]).

В последние годы разработаны и апробированы на ряде ГЭС альтернативные конструктивные решения (на основе применения многослойных композитных схем облицовок), материалы и технологии, обеспечивающие повышение надежности камер рабочих колес как на стадии их изготовления, так и на стадиях реконструкции и восстановительного ремонта (см., например [3 - 6]).

Наиболее простым в исполнении при производстве ремонтно-восстановительных работ и наиболее апробированным на практике является создание двухслойной или трехслойной конструкции облицовки КРК.

Двухслойная конструкция была апробирована на Серебрянской ГЭС в 1985 г. Продолжительные наблюдения показали эффективность данной конструкции, и она используется до настоящего времени на ГЭС Колэнерго.

Трехслойная конструкция была апробирована на отъемном сегменте КРК гидроагрегата Волжской ГЭС. Установленные тензометры показали снижение напряжений в металле облицовки в 1,5 - 2,0 раза, что доказывает эффективность данной конструкции.

Двухслойная конструкция облицовки КРК “металл - композит -бетон” приведена на рис. 1.

Основное отличие данной конструкции облицовки камеры рабочего колеса от традиционной конструкции КРК состоит в наличии слоя композитного энергопоглощающего материала, инъектируемого за металлическую облицовку КРК традиционной конструкции и обеспечивающего надежную связь со штрабным бетоном, что приводит к уменьше-

16

материала. Двухслойный вариант облицовки может быть использован и при проведении ремонта КРК, не связанного с заменой самой металлической обшивки камеры, например, для гарантированной ликвидации за-облицовочных полостей. В этом случае для достижения результата желательно также проведение серии упомянутых выше расчетов для разных глубин подплитных полостей и толщин обшивки. Компенсация разброса этих показателей осуществляется путем регулирования физико-механических свойств композитного заполнителя изменением процентного состава его компонентов или введением специальных добавочных компонентов.

Трехслойная конструкция облицовки КРК “металл - композит -металл” приведена на рис. 2.

Рис. 2. Трехслойная конструкция облицовки КРК “металл - композит - металл”:

Щ - штрабной бетон; 2    -    композитно-энергопоглощающий материал;

Ш - основная металлическая облицовка; - вертикальное ребро жесткости; 5    -    горизонтальное    ребро жесткости; | 6 | - технологическое

отверстие; | 7 | - инъекционные и технологические отверстия;

дополнительная металлическая облицовка

Основное отличие такой конструкции камеры рабочего колеса от традиционной состоит в наличии дополнительной тонкостенной металлической обечайки, фрагменты которой привариваются по контурам ячеек, образуемых вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости параллельно основной обшивке (облицовке) на некотором расстоянии от нее, определяемом по результатам динамических и усталостных расчетов в зависимости от ожидаемых гидродинамических нагрузок, используемых конструкционных сталей, диаметра РК и используемого состава композиционного энергопоглощающего материала.

Заполнение полостей композитным энергопоглощающим материалом осуществляется методом инъекгирования через специально оборудованные съемными штуцерами инъекционные отверстия в дополнительной обечайке (для варианта изготовления в заводских условиях и для варианта доработки камеры перед монтажом в условиях стройплощадки ГЭС) или в основной обечайке (для варианта ремонта или реконструкции КРК без вырубки оребрения из бетона, но со срезанием поврежденной металлической облицовки).

Повышенная надежность камеры рабочего колеса данной конструкции обеспечивается за счет нескольких дополняющих друг друга факторов: замедление процесса накопления усталостных повреждений в металле в результате уменьшения амплитуд и частот вынужденных колебаний основной облицовки; высокое рассеяние энергии вынужденных колебаний облицовки в композитном материале; замедление процесса накопления усталостных повреждений в основной облицовке в результате уменьшения асимметрии цикла ее вынужденных колебаний за счет восприятия гидродинамических нагрузок от транзитного потока и фильтрационного давления верхнего бьефа разными панелями облицовок (основной и дополнительной), разделенными вязко-упругим слоем композитного материала. Такая конструкция КРК является полнонесущей и обеспечивает надежную работу при отсутствии требования об обязательном омоноличивании ее с бетоном опорного конуса.

При создании многослойных (композитных) конструкций облицовки КРК используются термостойкие полимерные быстротвердеющие составы, безусадочные, обладающие высокой адгезией к металлу и бетону и с достаточно высокими прочностными характеристиками. Спектр таких материалов достаточно широк. Наиболее апробированными в расчетных исследованиях и в практике проведения ремонтно-восстановительных работ являются энергопоглощающие составы марок ЭПМ-1, ЭПМ-2 и их модификации, разработанные ЦНИИМ и приведенные в технических условиях ТУ АДИ 473-97 [9]. Также используются заливочные компаунды марок

Разработано: Открытым акционерным обществом

«Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б.Е. Веденеева»

Исполнители: \н.Ю. ДМИТРИЕВЫМ. ДЗЮБАНОВ, НВ. КОРОБКО,

совместно с ГВ. САФОНОВЫМ и В.Л СЫТОВЫМ (НПК «МТСМ»ЦНИИМ)

Согласовано: с Департаментом электрических станций РАО «ЕЭС России»

Утверждено:    Департаментом    научно-технической    политики    и    развития

РАО «ЕЭС России»

Первый заместитель начальника    А.П.    ЛИВИНСКИЙ

Срок первой проверки настоящего РД - 2007 г. Периодичность проверки - один раз в 5 лет

Ключевые слова:камера рабочего колеса (КРК), оценка состояния бетона и металла облицовки неразрушающими методами, ремонтно-восстановительные работы, инъектирование быстротвердеющими составами, энергопоглощающие композитные материалы.

© ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2004

КДС-173 и КДС-174, разработанные ЦНИИМ и приведенные в техничес ких условиях ТУ АДИ 483-99 [10].

3.3. Технико-экономическое обоснование рекомендуемых конструктивно-технологических решений

Технико-экономическое сравнение вариантов камер рабочих колес традиционной и трехслойной конструкции приведено в Приложении 5 и показывает экономичность данной конструкции.

3.4. Требования к состоянию металла облицовки КРК

Для основных и дополнительных металлических обечаек при создании композитной облицовки не допускается:

наличие каверн, шлаковых включений в металле основной обечайки (облицовки);

наличие зон термического влияния сварных швов (остаточных термических напряжений и местных концентраторов напряжений) в металле основной обечайки;

наличие трещин, надрезов и иных дефектов обработки металла обечаек;

некачественная подгонка листов металла к ребрам жесткости при сборке новой конструкции или ремонте;

непровары стыка листов обечаек из-за неполной разделки металла под сварку при сборке новой конструкции композитной облицовки или создании композитной облицовки в условиях эксплуатируемой ГЭС при проведении ремонтных работ;

отслоение защитного (противоэрозионного) слоя нержавеющей стали от основного металла вследствие некачественной сварки (проката) биметаллических фрагментов обечайки и действующих динамических нагрузок;

наличие сквозных отверстий в панелях облицовки вследствие некачественной заварки инъекционных отверстий или местных разрушений металла кавитационной эрозией;

утонение фрагментов основной обечайки (или их участков) до толщин, менее заложенных в проект или в расчеты (в том числе за счет выноса металла с больших площадей вследствие кавитационной эрозии).

При проведении сборочных и ремонтно-восстановительных работ необходимо осуществлять входной и выходной дефектоскопический контроль металла и сварных швов на наличие трещин.

Марка стали и ее физико-механические характеристики должны соответствовать заложенным в проект, т. е. использованным при проведении расчетов напряженного состояния и по СНиП II-23 -81*. Кроме того, металл

20

Данные Рекомендации были разработаны на основе опыта эксплуатации и проведения ремонтно-восстановительных работ камер рабочих колес (КРК) гидроагрегатов.

Рекомендации содержат методику оценки состояния и выбор оптимального варианта проектно-восстановительных работ КРК.

Приводятся технология подготовки поверхностей металла и бетона заоблицовочных полостей КРК к проведению ремонтно-восстановительных работ и технология проведения инъекционных работ с использованием композитных материалов.

В приложениях к Рекомендациям содержатся материалы по проведению гидравлических испытаний КРК, инструментальному обследованию микро- и макросостояния металл-бетона, применяемые схемы ультразвуковой локации бетона КРК, сведения о материалах для создания многослойных конструкций КРК и технологические инструкции по проведению ремонтно-восстановительных работ.

Рекомендации предназначены для использования при проведении ремонта и реконструкции КРК, а также при разработке проектов восстановительных работ. ¹

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Рекомендациях изложены основные требования к проведению ремонтно-восстановительных работ на камерах рабочих колес (КРК) поворотно-лопастных и диагональных гидроагрегатов. Требования формулируются на основании учета условий эксплуатации, действующих на КРК гидродинамических нагрузок, результатов расчетов ее динамического напряженного состояния и усталостной прочности. Приводятся монстру ктивные решения, направленные на повышение долговечности и ремонтопригодности КРК.

Излагается методика разработки проекта проведения ремонтновосстановительных работ, приводятся варианты конструктивно-технологических решений по созданию надежных композитных конструкций КРК на основе использования быстротвердеющих энергопоглощающих композитных материалов и многослойных схем облицовок КРК.

Приводятся требования к материалам, используемым при проведении ремонтно-восстановительных работ, и технология проведения сварочных и инъекционных работ. Оговариваются вопросы проведения контрольно-диагностических работ на КРК в период эксплуатации при выводе ее в ремонт.^{2 3 4 5}

УДК 621.224

Рекомендации по ремонту и реконструкции камер рабочих колес гидро-    РД    153-34.2-31.604    -    2002

агрегатов с целью повышения их эксп-    Вводятся    впервые

луатационной надежности

Дата введения 2004 - 01 - 01

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Назначение рекомендаций и область их применения

1.1.    Настоящие Рекомендации распространяются на все стадии ремонтно-восстановительных работ камер рабочих колес (КРК) ПЛ и диагональных гидроагрегатов. При разработке Рекомендаций был обобщен опыт эксплуатации гидроагрегатов и проведения ремонтно-восстановительных работ для камер рабочих колес.

1.2.    Рекомендации предназначены для использования инженерно-техническим персоналом ГЭС и строительно-монтажных организаций при подготовке и проведении работ по ремонту и реконструкции КРК, а также проектными организациями при разработке проектов по ремонту и реконструкции КРК.

1.3.    Рекомендации содержат материалы, обоснованные современным опытом эксплуатации КРК, их строительства, монтажа, проектирования и исследований в лабораторных и натурных условиях.

Анализ базы данных обследований разрушений на действующих ГЭС с учетом данных литературных источников позволяет выделить следующий рад причин, приводящих к непроектной работе КРК:

наличие пустот за облицовкой или отсутствие сцепления бетона с облицовкой вследствие плохой проработки бетона, усадки бетона, выноса бетона по фильтрационным ходам, фильтрационного и кавитационного выпора облицовки и т. п.;

недостаточная жесткость конструкции КРК из-за некачественного ее раскрепления в бетонном блоке (применение непроекгного проката для устройства анкеров, непроектное количество точек анкерных креплений, некачественная сварка анкеров с ребрами жесткости КРК или их плохое сцепление с блоком вследствие недостаточной проработки бетона, ослабление растяжки конструкции системой домкратов и т. п.);

использование бетона низкого качества и нарушение технологии укладки бетона в зимних условиях;

значительное несоответствие (уменьшение) реальной толщины металла облицовки проектной, полученное в результате обработки КРК на заводе и в процессе монтажа на ГЭС для обеспечения допустимого зазора между лопатками РК и облицовкой или уменьшение ее толщины при ремонте, а также за счет выноса металла с больших площадей вследствие кавитационной эрозии;

наличие зон термического влияния сварных швов (остаточных термических напряжений и местных концентраторов напряжений) при стыковке различных участков облицовки не на ребрах жесткости; наличие надрезов и иных дефектов металла облицовки; наличие трещин в металле до монтажа облицовки в блок гидроагрегата, а также после проведения ремонтных работ на облицовке;

применение металла с физико-механическими характеристиками, не соответствующими принятым при проектировании;

некачественная подгонка листов металла к ребрам жесткости при ремонте;

непровары стыка листов из-за неполной разделки металла под сварку при проведении ремонтных работ;

отсутствие дефектоскопического контроля сварных швов на наличие трещин;

отсутствие должного контроля за соблюдением технологии производства сварочных работ;

наличие сквозных отверстий в панелях облицовки вследствие некачественной заварки инъекционных отверстий или местных разрушений металла кавитационной эрозией;

отслоение защитного (противоэрозионного) слоя нержавеющей стали от основного металла облицовки вследствие действующих динамических нагрузок и некачественной сварки биметаллических фрагментов облицовки, а при креплении листов или полос нержавеющей стали гужона-ми - вследствие разрушения тела гужонов кавитационной эрозией или разъедания гнезд.

1.4. При первичном использовании Рекомендаций требуется авторское сопровождение разработчиков - специалистов ВНИИГ 6

им. Б.Е.Веденеева. Данные Рекомендации являются рамочными, а указанные методики требуют уточнения для эксплуатационных условий и конструкций конкретных ГЭС. Инструментальное обследование металла КРК, в том числе и толщинометрию, выполняют квалифицированные специалисты, прошедшие соответствующую подготовку и оснащенные необходимыми приборами, имеющие соответствующие лицензии и свидетельства (сертификаты на приборы и оборудование).

Нормативные ссылки

1.5. В тексте Рекомендаций используются следующие нормативные документы.

ГОСТ 21751-76*. Герметики. Метод определения условной прочности относительного удлинения при разрыве и относительной остаточной деформации после разрыва.

ГОСТ 15140-78*. Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии.

ГОСТ 3242-79. Соединения сварные. Методы контроля качества. Требования к внешним осмотрам и измерениям контроля сварки.

ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.

ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.

ГОСТ 27751-88*. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету.

СНиП Н-23-81*. Стальные конструкции.

СНиП 2.06.01-86. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования.

Терминология

1.6. Терминология настоящих Рекомендаций принята согласно: ГОСТ 19185-73. Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения.

ГОСТ 27002-86. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

7

2. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ КРК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМОВ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

2.1. Основные виды дефектов КРК, влияющих на нормальную эксплуатацию, и стадии их выявления

2.1.1.    Дефекты по происхождению подразделяются на 3 группы: дефекты изготовления элементов в заводских условиях (изготовление

секций металлической обечайки, изготовление бетонной смеси);

дефекты строительно-монтажного периода (при транспортировке, сварке секций обечайки, механической обработке при расточке и подгонке профиля КРК, нарушения технологии укладки штрабного бетона и т. д.);

дефекты эксплуатационного периода (в том числе дефекты, связанные с низким качеством предыдущих ремонтов).

2.1.2.    Виды дефектов:

пустоты за облицовкой или отсутствие сцепления бетона с облицовкой вследствие плохой проработки бетона, усадки бетона, выноса бетона по фильтрационным ходам, фильтрационного и кавитационного выпора облицовки ит.п.;

недостаточная жесткость конструкции КРК за счет некачественного ее раскрепления в бетонном блоке (применение непроектного проката для устройства анкеров);

непроекгное количество точек анкерных креплений; некачественная сварка анкеров с ребрами жесткости КРК или их плохое сцепление с блоком вследствие недостаточной проработки бетона, ослабление растяжки конструкции системой домкратов ит.п.; низкое качество бетона;

значительное несоответствие (уменьшение) реальной толщины металла облицовки проектной, полученное в результате обработки КРК на заводе и в процессе монтажа на ГЭС для обеспечения допустимого зазора между лопастями РК и облицовкой или уменьшение ее толщины при ремонте, а также за счет выноса металла с больших площадей вследствие кавитационной эрозии;

стыковка различных участков облицовки не на ребрах жесткости; зоны термического влияния сварных швов (остаточные термические напряжения и местные концентраторы напряжений); надрезы металла; трещины в металле;

физико-механические характеристики металла, не соответствующие принятым при проектировании;

8

непровары стыка листов из-за неполной разделки металла под сварку при проведении ремонтных работ;

сквозные отверстия в панелях облицовки вследствие некачественной заварки инъекционных отверстий или местных разрушений металла кавитационной эрозией;

дефекты металла вследствие его коррозии;

отслоение защитного (противо эрозионного) слоя нержавеющей стали от основного металла (расслоение биметаллов или наплавленного металла с основным металлом КРК).

2.1.3. Определение вида дефектов и их местонахождения проводится в два этапа:

периодический контроль, проводимый эксплуатационными службами ГЭС;

комплексное инструментальное обследование.

2.1.3.1.    Эксплуатационные службы ГТС проводят периодический контроль состояния КРК во время длительных остановок гидроагрегата, при этом выполняются следующие виды обследования:

визуальное обследование, во время которого оценивается общее внешнее состояние КРК и отъемного сегмента. Выявляются видимые дефекты металла (крупные трещины, нарушение сплошности швов секций обечайки, крупные свищи в металле, отслоения с вырывом металла, сдвиг сегмента и т.д.);

простукивание обечайки КРК с целью выявления и оконтуривания заоблицовочных полостей и отслоений (метод свободных колебаний);

гидроопробование КРК, проводимое с целью выявления свищей и трещин в металле обечайки, не обнаруженных при визуальном обследовании, а также фильтрационных ходов в отсасывающую трубу и наличия связи между соседними полостями (возможно применение компрессионного метода, однако он не позволяет определить фильтрационные ходы и связи между полостями).

На основании проведенного обследования составляется формуляр состояния КРК с нанесенными дефектами и определяется необходимость проведения дополнительных инструментальных исследований и объем основных текущих ремонтных мероприятий.

2.1.3.2.    Комплексное инструментальное обследование проводится, как правило, специализированными организациями с целью выявления и уточнения параметров скрытых дефектов, при этом выполняются следующие виды обследования:

ультразвуковая толщинометрия металла КРК для определения раз-нотолщинности и остаточной толщины стенки обечайки относительно проектной величины после механической обработки секций и длительного

9

1

2

Актуальность создания подобных Рекомендаций определяется, с одной

3

стороны, тем, что в последнее десятилетие в общем объеме ремонтно-восстановительных работ на действующих ГЭС (оснащенных поворотно-лопастными и диагональными гидротурбинами) резко возрос удельный вес работ, связанных с восстановлением работоспособности камер рабочих колес (КРК) гидроагрегатов.

4

Это связано с тем, что подавляющее число гидроагрегатов проработало достаточное для проявления усталостных явлений количество часов, а также с тем, что качество проведения строительно-монтажных работ по омоноличиванию и раскреплению КРК оказались недостаточно высокими. С другой стороны, при проведении ремонтно-восстановительных работ, особенно по камерам рабочих колес, наблюдается весьма большое разнообразие способов ремонта, используемых материалов, конструктивных решений и т. п. При этом в силу недостаточной информированности персонала, многие не оправдавшие себя технологические и конструктивные решения вновь и вновь повторяются на различных ГЭС, а надежные решения остаются малоизвестными. В этой связи в предлагаемые Рекомендации, помимо сведений о надежных конструктивно-технологических решениях и порядке производства работ, включены соответствующие разделы и приложения.

5

Издание официальное

Настоящий РД не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен без разрешения организации-разработчика.