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 。