SXH70抗磨蚀材料在水轮机过流部件上的应用
水轮机叶片抗磨蚀材料的应用探讨
水轮机叶片抗磨蚀材料的应用探讨发布时间：2021-11-19T03:53:52.425Z 来源：《当代电力文化》2021年6月18期作者：陈靖[导读] 随着国家对清洁型能源的大力推广陈靖五凌电力托口电厂,湖南省怀化市418200摘要：随着国家对清洁型能源的大力推广，电力能源在人们工作生活中发挥的作用越来越不容忽视，我国发电领域因此得到快速发展，电力生产方式也日趋多样化，水力发电是当前比较重要的一种发电形式，水轮机是水力发电核心设备，在长期不间断的水力发电过程中，水轮机叶片会在多种因素的作用下出现磨损腐蚀情况，从而影响水轮机的工作性能和运行效率，基于此，下文就重点分析水轮机叶片磨蚀机理与因素和水轮机叶片表面耐磨涂层制备技术两大问题，希望能带给相关企业一些启发。
关键词：水轮机叶片；抗磨蚀材料；技术应用引言众所周知，水轮机是水力发电中必不可少的动力型机械设备，由多种零部件组成，叶片是重要零部件之一，水轮机叶片长期工作在极富冲击力和机械力的环境中，再加上气蚀和水流中裹挟的泥沙的作用力，极易出现局部损坏或是腐蚀现象，进而导致水轮机过度振动等问题，不仅会对水轮机的性能和效率形成负面影响，久而久之会制约水力发电机组的高效运行，要想改善这一局面，就需要有效优化水轮机叶片抗磨蚀能力，深入分析水轮机叶片抗磨蚀材料的合理应用及其制备技术，有利于最大化的减轻水轮机叶片损坏腐蚀问题。
1水轮机叶片磨蚀机理及因素水轮机在运转的过程中，受到来自泥砂，水流以及碎石的冲击作用，水轮机的叶片很容易受到损伤，其损伤类型通常包含泥沙带来的磨损以及气蚀磨损等两种主要类型，这是引发顺轮机叶片出现磨蚀问题而导致叶片遭到破坏的主要原因。
1.1气蚀磨损及其机理气蚀现象是影响水轮机正常运行状态的重要原因，对于水轮机的使用寿命也是非常严重的影响，所以为了有效的避免气蚀现象的发生，就需要对气蚀现象的产生原理进行清晰的掌握，并通过各类措施和手段来降低这种影响这对于水轮机提高运行质量和运行效率有着非常重要的作用。
万家寨水电站水轮机过流部件抗磨蚀措施的使用效果
另 外 ，无 论 是 。一４ 轮 机 ， 还 是 ｌ ．水
水轮 机 ，由于 承担 了调 节 电 网潮
流 的任务 ，实际 运 行 出力 的范 围为０ — ２ｏ ０ ＭＷ ， 标 书 规 定 “ 荷 在 相 应 水 比 负
头 下 最 大 保 证 出 力 的 ４ ％－ ０ ％ 范 围 ０ １０
料 ， 运 行 后 检 查 ， 现 不 同的 抗 磨 蚀 涂 层 的抗 磨 蚀 效 果 不 同 ， 中 所 采 用 的 还 氧 金 钢 砂 涂 层 效 果 较 好 。 经 发 其
关 键词 水轮机 转轮 抗 磨蚀 涂 层
万 家 寨 水 利 枢 纽 位 于 黄 河 北 干 流 托 克 托 至 龙 口河 段 的 峡 谷 内 ，左 岸 隶
组 ， 装 机 容 量 为 １８ ＭＷ ， 发 电 量 总 ００ 年
ｌ月２ １ ８日并 网 发 电 ， 最 后 一 台 机 组 于
２ ０ 年 ｌ 月 ８日并 网 发 电 。 ０ｏ ２
一
为 ２ ．亿 ｋ ・ ７５ Ｗ ｈ，年 利 用 小 时 数 ２ ５ ｈ ４６。
电 站 最 大 毛 水 头 ８ ．ｍ， 最 小 毛 水 头 １ ５ ５ 、ｍ， 权 平 均 水 头 ６ ．ｍ。 １ ３ 加 ９３ 万 家 寨 水 电 厂 首 台 机 组 于 ｌ９ 年 ９８
１能 量 指 标 ．
水 轮 机 能 量 指 标 参 数 见 表 ｌ 。
２ 气蚀 性 能 ．
蜗 壳 转 轮 标 称 直 径 （ ｎ 删 ） 额 定 转 速 （ ｍｉ） ｒ ｎ ／
额 定 出力 （ ） ＭＷ 额定流量 （ ／ ） ｍ３Ｓ
金 属 蜗 壳 包 解 ３ ５ ４。 ６０ １ １ｏ ０
表 ２ 各 运 行 工 况 的 允 许 吸 出 膏 魔
水轮机过流部件的磨蚀与表面防护
件 的磨 蚀特征 、 磨损 机 理 以及 目前 普 遍采 用 的 表 面
防护措 施 。
水利 设备 中的 过 流部 件 ， 水 轮机 叶 片 、 轮 、 如 转 喷嘴 、 尾水 管等 ， 往往会 受到 泥沙 的磨蚀 而导致 过流 部件 表 面的金属 流失 ， 设 备 在 运行 中产 生振 动 和 使 噪音 ， 造成设 备运 行 效 率低 下 、 修 频 繁 、 大 使用 寿 命
的经 济损 失 ， 至威胁 到整 个 电网的安全 运行 ， 已 甚 这
经成 为影 响水 利机 械发 展 、 特别 是水 电生 产 中亟 待
解决 的世 界 性 难 题 。我 国 是 世 界 上 水 力 资 源 丰 富 的 国家 ， 电 已成 为 我 国 重点 发展 的可 再生 能 源 水
之一 ， 但我 国河 流泥 的沙含 量大 ： 长江及其 支流 以沙
Ｋｅ ｒ ｓ ｈ ｄ ａ ｌ ｕ ｂ ｎ ｏ ｐ ｒ ；ｗ ｒ ｕｉ ｔ ｒ ｉｅ ｆ ｗ— ａｔ ｃ ｌ ｓ ｅ ｒｃ ｒｏ ｉ ｏ ｕ ａ ｅｐｅｅ ｔ ｆ ｏ
０ 引 言
水 电是 目前世 界范 围 内大力发展 的清 洁可再 生 能 源之一 ， 无污染 、 运行 费用低 、 便于 进行 电力调 峰 ， 有利 于提 高资源 利 用率 和 经 济 、 会综 合 效 益 。在 社
传统 能源 日益 紧 张 ， 特别 是环 境 污染 日益 严 重 的 情
况下 ， 世界各 国普遍 优先 开发水 电 ， 大力利用 水能 资 源 。我 国水 能资源 丰富 ， 论蕴 藏量 ６ ７ 理 ．６亿 ｋ ， Ｗ 技 术可 开发容 量 ４ ９ ．３亿 ｋ ， 居世界 第 １ ， 与发 Ｗ 均 位 但 达 国家 相 比 ， 国的水 力资 源开 发利用 程度并 不高 ， 我
水轮机过流部件抗磨蚀的新技术
・ ９ ７・
水轮机过流 部件抗磨蚀 的新 技术
彭司， 黑龙江 哈 尔滨 １ ５ ｏ ｏ ｏ ｏ ）
摘 要： 随着科 学技 术的 日新 月异 ， 人们 对电能的需求量与 日俱增 ， 并且随着人可持续发展 的科学发展观深入 人心， 人们的环保意识 不断加 强， 因此大力发展 水力发电迫在 眉睫。在 水力发 电站 中， 上 游水库 中的水经过 引水管引向水轮机推动水轮机转动 ， 从 而产 生强大的 动 力来驱动发 电机组进行发 电。然而在水轮机的 多年运 作过程 中不可避免的会 出现过流部件磨损腐蚀的情况 ， 水轮机过 流部件的磨损和 腐蚀情 况的出现 ， 严重的影响 了水轮机 的工作效 率， 从 而制约 了水力发 电站的发 电能 力。本文通过对使水轮机过流部件产生磨损 的主要 原 因进行 了深入 的分析 ， 并提 出 了相应 的抗磨损抗腐蚀的新技术 ， 希望能够引起 同行的相互探 讨 ， 从 而达 到共 同提 高的 目的， 进而为解决
我 国水 力发 电事 业中水轮机过流部件磨损 问题提 供理论性 的参 考。 关键词： 水轮机过 流部件 ； 磨蚀 ； 材料 ； 表面处理
水是人类生 活生产 中最基 本的 自然资源 ， 在很早以前我们的祖 合树脂涂层 、 环氧金 刚砂浆 涂层 ， 在二 江电厂及三 门峡 电厂都获得 先 就已经开始 了对水 能的开发利用 ，公元 ３ ７年我国就已经发明 了 成功的应用 。在二江 电厂 １ 号机过流部件上涂刷复合 树脂抗磨层 ， 用 水轮带动 的鼓 风设备 ， 后来更是先 后发 明了水碾 、 水磨等利 用水 运行 ｌ Ｏ ０ ０ ０ ｈ ， 脱落面积不超过 ２ ％。近年来 ， 环氧金刚砂浆层经不断 力 驱动设备 的机 械结构 。 随着社会 的不断进步和科学技术的不断发 改进工艺 ， 已逐渐推广应用 于导 叶 、 支持盖 、 泄水锥等部件表面 。但 展， 水 力发 电站成 为了社会供 电的主流 电源 ， 人类才 真正大规模 的 是环氧一类非金属涂料虽然有 良好 的抗磨性 ，抗 空蚀 能力却较差 ， 对水能驱动进行 开发利用 。在水力 发电站中 ， 水 轮机 是必不可少的 因此用环氧等进行保 护的部位应处于磨蚀破 坏或仅有轻微 空化的 驱动装置 ， 是发 电机组正常进行发 电工作 的先决 条件 。但 是随着时 部位 。 间的流逝 ， 水轮机不可避免的在驱动发 电机正常发 电的过 程中产生 ２ ． １ ． ２ 熔覆材料 严重 的磨损现象 。 由于水轮机 的工作原理是水流通过将水流的势能 熔覆类材料呈粉末状 ， 一般 以激光 、 等离 子弧 、 氧 乙炔火焰 等作 （ 反击式水 轮机 ） 和动能 （ 冲击式水 轮机 ） ， 通过转 轮转化为机 械能 ， 热源 ， 通 过熔覆材料 的 自熔 ， 使之形成 与基 材性 能完全不 同的表面 因此水轮机磨损现象在水轮机 的过流部件尤为严重。 本文通过对水 熔覆层 。该层组织致密 、 晶粒细小 ， 且 与基材呈 冶金结合 ， 因此结合 轮机过流部件产生磨损 的主要原 因进行分析探讨 ， 并提 出了一 些对 力 比涂层较强 ， 在服役过程 中不易剥落。 水轮机过流部件抗磨抗腐蚀的新技术。 ２ ． ２物理强化技术 １水轮机过流部件磨损破坏的主要原 因 物理强化技术（ 包括感应强化 、 激光强化 、 等离子强化 、 火焰 强化 水轮机过流部件的磨损和破坏一直是水 电站运行 的难 治之症。 和整体强化） 不同于一般在叶片表面堆焊耐磨材料和非金属复合材 由于这种磨损和破坏使水轮机过流部件 的形状 和表面发生 了变化 ， 料 防护 的外来材料保护 ， 它是指人为地从外界施加于金属材料 某一 从而破 坏了水流对 表面应有 的绕 流条件 ，一方 面直接影 响机组效 局 部（ 如表层） ， 引起该 部位金属 内在 因素 的改变 而导致各种性 能的 率， 一方 面也成 为进一步加剧零件 破坏的根源 。本文就解决水轮机 变 化 。 过流部件的磨损破坏这一问题 ， 对 材料方面所采取 的各项措施进行 ２ ． ２ ． １ 感应强化 介绍。从水轮机过流部件在含泥砂 的水流 中的磨损破坏性 质来 看 ， 青铜峡 电站 、 巴家嘴 电站 、 河底 岗 电站等在 低碳马 氏体 不锈钢 在纯泥砂磨 损的情况 下 ， 泥砂 颗粒的机械 打击 作用为 主导 ， 这就要 水轮机叶片上采用 了感应强化工艺 ， 都表现出了 良好 的抗空蚀磨损 求材料表 面有足够 的强度和硬度抵 御这种磨损 ；在纯空 蚀的情况 性 能。该工 艺是针 对 Ｚ Ｇ Ｏ Ｃ ｒ ｌ ３ Ｎ ｉ ４ Ｍｏ 低 碳马 氏体不 锈钢水 轮机 叶 下， 空泡溃灭时所产生 的冲击波 打击在 材料 壁面上 ， 造成空蚀破 坏 ， 片， 感应加热至 １ ０ ０ ０ ℃， 水淬后 ２ ５ ０ ０ （ ： 回火处理 ， 获得超细回火 马氏 如果材料的抗空蚀性能 良好 ， 潜伏期长 ， 则虽存在空化条件 ， 甚至有 体组织强化层（ ２ ６ ｍ ｍ ） 。 强化层压强大于 １ ２ ０ ０ Ｍ Ｐ ａ ， Ｈ Ｒ Ｃ ＞ ４ ０ ， 这种不 相当强度 的空化 ， 水轮机仍在很 长时 间内不发 生空蚀 ； 还有 的情况 锈钢经强化后抗空蚀磨损性能 比常规热处理提高了 ３ 倍 以上 。 是 泥砂磨 损与空蚀 同时发生 ，有 时因磨损强度大大高于空蚀强度 ， ２ ． ２ ． ２激 光 强 化 所 以空蚀 的痕 迹就 被磨 去而不 明显 ， 所 以磨蚀程度 与材料 有直接关 用强大功率的激光扫射某种合金钢表层 ， 在该 表层瞬间升温达 系。 到熔点之后又急剧 降温 ， 降 温速度 达到 １ ０ ３ ℃， ｓ （ 借助母材导热或附 ２表 面 处 理 技 术 加介质 导热） 时， 该层 熔融金属 丧失 了生核结 晶的条件而成 为非晶 仅仅依靠材料本 身 的性能来 达到抗磨 蚀的 目的有很大 的局限 态 ， 而该层非 晶质合金具有 异常 的耐磨 性（ 是金 属钛和不锈钢 望尘 性， 也不经济 。人们通过对材料 的表面进行处理 以提 高局 部性能从 莫及 的） 与极 高的硬度 。当升温 和降温条件次于上述条件时 ， 该表层 而达 到使用性 能要求 。在 目前多种 多样 的表面处理技术 中， 按 对表 金属可呈现微 晶状态 。但 这种 方式 难以实现大面积强化 ， 也未见成 面的处理 方式大致可 以分 为两 大类 ： 一类是通过 喷涂 、 激 光涂 覆 、 喷 功 用于水轮机过流部件的报道 。 焊等 方式 在原材料表 面上 附着一 层其 他金属或非金属材料 ， 这种表 结束 语 面处理存在着较多 缺点 ， 例如附着层与 母材 的结合力根据 附着 方式 在人类 电能需 求剧 增的当代社会 ， 为 了提高水力发 电的效 率和 有很 大的不 同 ， 结合力 较弱者 ， 因附着层 可以在运行后很 短时 间内 经济效益 ， 做好水轮机过流部件 的抗磨抗腐 蚀工作是当前水力发电 脱落 ， 反而加剧 了磨蚀程 度 ， 同时存在着变形 、 残余应力等工艺上 的 事业 中亟待解决的问题 。 在对水轮机应用抗磨蚀技术是首先应该结 问题 。第二类是通过感应淬火对表 面进行 复合 改性 ， 依靠本身质变 合水 电站的水流的实际情况 ，根据水流 的磨粒特性和破坏机理 ， 选 强化 而获得高强 度 、 高硬 度和足够 的韧性 ， 使 之成为外柔 内刚 的特 择 出科学合理的抗 磨蚀方法 ， 从而才能产生更好的经济效 益和社会 殊材料 。 这类方式 的表 面处理可 以避免外加附着层的剥落和工 艺上 效益 。举例说明 ， 在水流 中对水轮机过流部件产生破坏的磨粒 如果 的问题 ， 已越来越受 到重视 。 体型较大并且尖锐 ，就应该选用韧性较好 的金属或者非金属材料 ， ２ ． １ 表 面保 护 如果磨粒体型较小且非常尖锐 ， 则应该选用脆性 较大和强度较高 的 层许 多电厂和水 电研究 人员致力 于对水轮机 过流部件抗 磨蚀 材料。总而言之 在处理水轮机过流部件抗磨蚀问题上 ， 不管选用哪 防护材料 的研制工作 ，对过流部件 表面进行涂层 保护是一项 投资 种方式和材料 ， 都应该结合 电站 的实际情况进行综合性考虑。 少、 效益好 的措施 。 近 十年来 ， 大致研制出两大类表面抗磨蚀保护材 料。 ２ ． １ ． １ 涂层材料 这类材料无 需热源 ， 可直接进行 大面积 的涂层保护 ， 主要 有复
水泵抗汽蚀和磨蚀防护技术的进展研究
水泵抗汽蚀和磨蚀防护技术的进展研究随着科学技术的不断发展，现阶段我国对水泵抗汽蚀、磨蚀以及二者联合作用的研究已经取得了一定成果，但是在实践中仍然不能妥善解决水泵的汽蚀、磨蚀以及二者联合作用的破坏。
对此，需要加强对抗汽蚀、磨蚀防护技术的研究，提高水泵维护和管理的水平。
本文探讨了目前国内拥有的水泵抗汽蚀和磨蚀防护技术，重点分析了表面保护技术、合金粉末喷焊技术和激光熔覆表面改性技术。
标签：水泵；汽蚀；磨蚀；防护技术引言社会不断向前发展，随着工业生产的进步和人民生活水平的提高对水泵质量提出更高的要求，这也给传统的表面保护材料及工艺带来挑战。
要想促进水泵质量的提升，还需要不断的创新防护技术，提升各种防护技术水平，本文主要分析了当前国内对水泵抗汽蚀、磨蚀防护技术的研究进展。
1、水泵抗汽蚀和磨蚀防护技术分析1.1 汽蚀产生原因的分析水泵汽蚀主要是由液体气化造成的，这种液化气体会将分子排除液体，分子运动过程中，产生“气化”现象，液体气化后会对水泵产生影响，进而导致水泵遭受破坏。
液体气化与温度高低、外部压力大小有较大的联系，一旦水泵中的液体遇到温度变化和压力的变化就会不断向外排除分子，形成汽穴，汽穴产生后会对水泵造成影响。
1.2 表面保护技术分析表面保护技术在我国的研究历史已经将近60年，上世纪60、70年代开始，国内科研人员已经开始进行非金属涂层的研究，利用非金属涂层技术对水泵进行管理和维护，主要是实现对水泵抗磨蚀的保护。
最初科研人员研究的非金属材料主要是环氧树脂及其复合物，后来到了80年代，科研人员又陆续发现其他适合用于水泵表面防护的材料，例如符合龙涂层、橡胶土层等。
在此阶段，科研人员开发出的非金属土层材料已经多达数十种，但是由于工艺水平落后，无法继续研究材料的具体使用情况。
1.3 金属涂层方面的研究金属涂层是水泵表面防护技术的重要组成部分，利用金属材料作为水泵的涂层，可以对水泵抗汽蚀、磨蚀起到一定作用。
使用金属涂层类型最多的是焊条堆焊和线材喷涂。
水轮发电机组过流部件抗磨蚀技术研究
水轮发电机组过流部件抗磨蚀技术研究朱晓斌;王恩重【摘要】The current condition about the erosion and abrasion of turbine components running on the sandy river is in -troduced by taking Gongzui Hydropower Station as an example .On the basis of years ’ practice and research , different repair materials and technical measures are compared .It is proposed that high-abrasion resistant material be applied to prevent and repair easily abrasion parts in order to increase the turbine service life .%以龚嘴水电站为例，介绍多沙河流上水轮机部件受到空蚀和泥沙磨损的情况，经过多年的实践和研究，对不同的修补材料及工艺措施比较，提出了对易发生磨蚀部位采用高抗磨蚀材料进行防护、修补的措施，延长了水轮机的使用寿命。
【期刊名称】《水电与新能源》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】4页(P14-17)【关键词】磨蚀;转轮;碳化钨;喷涂【作者】朱晓斌;王恩重【作者单位】国电大渡河检修安装有限公司，四川乐山 614900;国电大渡河检修安装有限公司，四川乐山 614900【正文语种】中文【中图分类】TK730.52龚嘴电站建造时水轮机受当时设计制造的技术水平、材料、价格等因素限制，7 台水轮机转轮的叶片材质为0Cr13Ni6Mo，上冠下环等重要部件均采用20MnSi。
近几年通过改造1、2、4、5、6、7 号机转轮全部采用了ZG06Cr16Ni5Mo，老式转轮在材料和流线型上与新转轮相比，抗磨损、空蚀性能都较差。
水轮机过流部件抗磨蚀的新技术
阐述 ， 并且针 对其 中的相关缺陷以及不足加以分析 ， 以期为水轮机提 高过流部件抗磨蚀效果的提升作 出贡献。 关键词 ： 引水 式 水 电站 ； 抗磨蚀 ； 复合尼龙 ； 环 氧 金 刚砂 就当前 阶段来说 ， 本文案例水 电站 的引水式 电站 内水轮机 已经 上所 出现 的局部变形 ， 那 么就 可以利用整体加工 的措 施 ， 让变形 现 并且 针对 复杂 窄小 的转轮流道采取全方位 的涂抹保 护 出现 了较为严 重过 的磨蚀问题 ， 这方面的问题要加 以解决 ， 那么就 象完全消失 ， 必须 要利用更加优 良的技术来使得这方面的问题得 以解决 。 在该水 措施 。 而机组工件的表面上 ， 由于存在有保护层包衣 ， 便无需过 于频 电站之 中 ， 一共有两种形式 的引水电站 ： 一种是灌渠之上 的电站 ， 和 繁的对于过流部件加以加 以更换 ， 从而部件 的使用寿命也就极大 的 原水利工程相配套的坝后电站 ， 而另外一种则是河道引水电站 。相 延长 。 该技术相 比以往传统的保 护技术来说 ， 不仅成本低廉 ， 其推广 对来 说 ， 坝后式电站所呈现 出的水质较 为 良好 ， 而引水式 电站水 质 也更加 的方便 。 则较 为浑浊 。而也正是泥沙的磨蚀 和生态 的变化 ， 导致水轮机的机 实验小组要对抗 磨材料进行 筛选 。利 用输沙量 颗粒 的分析方 组出现了较为严重的磨蚀 问题 。 下文 主要针对水轮机过流部件抗磨 式 ， 来对于机组进行试验 ， 通过试验结果 来看 ， 环氧金刚砂所呈现 出 蚀 的相关技术进行 了全面详细 的探讨。 的常温修补功能以及抗磨蚀等方面 的性能是较为优秀 的。 但是其 中 １ 引水 式 电站 的 腐 蚀 现 状及 损 失 也存在一个问题 ，那 就是无法完美 的和母体材料粘结 契合在一起 ， 某省拥有 ５ １ 座５ ０ ０千瓦 以上的 电站 ，一共有 １ ３ ０台水 轮发电 ３ － ６ 个月便有超过 ５ ０ ％的材料会发生脱 落。但是如果说将温度提高 机组 ， 装机 １ ６ １ ． ８ ６ ２ ｍｗ ， ２ ０ ０ ０ 年 的发 电量有 ２ ０ ． ８ ４ ４ ｇ ｗ ｈ ， 其 中河 道引水 到 ５ ０ ℃左 右 ， 那么在这一温度环境下所呈现 出的施工效果最佳 ； 但 式 电站有 ２ ６ 座， 占总数的一半 以上 。 水轮发电机组 的总数也 占了总 是如果说使用橡胶弹性涂层材料 ， 那么就可能会导致叶片的负压 区 台数 的半数以上 。这些 电站所处 的河流都是某省 内泥沙较重 的河 域发生一定的问题 ， 严重情况下甚至会全部脱落 。依据相关 的实验 流， 比如 ， 某些河流每年平均 的输 沙量是 ２ ５ ８ ０万 吨 ， 这些输沙量 比 结果分析来看 ， 研究小 组最后得 出的结论是 ， 使用 中温环氧金砂 来 较大 的河 流都存在水轮机磨蚀 问题 。随着 小水 电站 建设 步伐 的加 对于水轮固件进行修补 ， 那 么所呈现 出的抗磨蚀效果最佳 。 快， 全省 ５ ０ ０千瓦 以上的电站中引水 式电站的比重越来越大所 以解 复合尼龙喷涂粉末是一种灰 白色 的混合粉末 ， 这种粉末 材料特 决水轮机磨蚀问题成 了当务之急。 殊， 抗磨性能和粘接性能都非常好 。 粉末喷涂 的加工过程是 这样 的 ， １ ． １ 磨蚀造成的损失很 多 要先将转 轮加 热至 ２ ０ ０度 ， 然后在表面喷砂 ， 粉末 经高温熔 流后 会 首先 ， 在发生 了磨蚀状 况之后 ， 水 轮机 本身所呈 现出的相应效 形成保护膜 ， 这个保 护膜 的抗磨系数是钢 的 ２到 ３倍 ， 抗磨蚀 的性 率大幅度的下降， 相关 的发 电量也逐步 的减少 。水轮机 自身 的效率 能也 比钢提高 了 ０ ． ５ 倍 ，粘接 强度 和剪切强度都大 幅度提高 了， 延 降低 ， 实 际上表现在 容积率 、 运 行效率 、 水 能效率等 几个方 面的衰 长了工件的使用 寿命 ， 使用期 的效率也提高了。 而且操作 十分简单 。 减。 而发电量的下 降， 所 带来 的经济损失不仅是收益 ， 还有配件材料 它的操作流程是这样 的。要先将转轮去油直到露 出金属本体 ， 面表 以及成本等 ， 人工费用 达到了 １ １ ６ ９万元 ； 其次 ， 在磨蚀 的影响之下 ， 最好有一点毛糙 ， 在转 轮表面涂抹一些活性剂 ， 这样 既可以提高 防 水轮机运行 的安全性会 由于磨蚀的 因素存在 ， 而大 幅度 的降低 。水 水性 又可以提高粘 接力 。紧接着 要在烘 箱里把 温度加 至 ２ ０ ０ ｏ Ｃ到 轮机本 身会由于磨蚀的影响 ， 加大振动幅度 ， 导致漏水现象 出现 。 案 ２ ２ ０ ￣ Ｃ 后保温半个小 时到一个小时。 然后取出来有压缩空气压缩 ， 然 例水 电站 的顶盖 曾经 出现过穿孔性质 的故 障 ， 但是处 理及 时 ， 避免 后用喷枪把粉末喷涂在转轮表面 ，可以多次喷涂来达到厚度要求 ， 了厂房被淹 的情况 发生 ， 那 么在 这样 的情况下 ， 如果说水 轮机 自身 最后在烘箱 内加温到 １ ８ ０ ￣ Ｃ 直到固化 ， 一个小时后取 出。 的磨蚀 问题无法解决 ， 那么水 电站运行过程 中的安全问题也就必然 环 氧金 刚砂涂层技术 的粘 接性 能比较优异 ， 操作也很简单 。在 无法得 到有效 的保障 ； 最后 ， 水 轮及 自身的运行过程 中相关 成本 ， 也 常温下加温到 ５ ０到 ６ ０ ℃的时候 ， 粘接抗拉 强度 和剪切强度都会达 就犹豫磨蚀影响带来的效率下降 ， 而使得生产效益下降 。发 电量 的 到最佳状态 ， 环氧金刚砂涂层技 术的抗磨系数是钢 的 ２倍 ， 抗魔石 减少不仅仅会使得工作 量增 加 ， 还会 导致设备的检修周期 、 维 修周 性 能等 同于钢 。采用上述 新技 术不但操作 简单 ， 而且延长 了部件 的 期 等方 面的工作大幅度增 长。如此 以来 ， 水轮机的经济效益也就不 使用 寿命 ， 提高了转轮 的效率 ， 成本也降低 了很多。 可 避免 的下 滑 。 结束 语 １ ． ２过去的水轮机抗磨蚀措施效果不是很理想 综 上所述 ， 通过新技术 的使用 ， 能够极 大的提升 相关部件 的寿 以前的措施是经常更换母体材料 ， 但是 费用太高 ， 效果也 不是 命 ， 增强其所 具有的抗磨蚀效果 ， 如此 以来便 有效的较低 了磨蚀所 很 明显。 比如紫荆关一级水 电站 自从改装 了镍铬 不锈铸钢 叶片转 可能带来 的经济损失。但是需要 引起重视 的是 ， 新技术在实际使用 轮， 虽然运行 时间 比原有的低碳钢转轮延 长了半年 ， 但是费用却是 的过 程 中 ， 在 温 度 上 的 把 控 较 为 困 难 。 如 果 说 无 法 切 实 有 效 的 对 于 原来 的两倍 。以前的其他措施还有 ， 金 属喷焊技 术和镶衬 辉绿 岩铸 温度进行控制 ， 那么便无法有效的保证维护效果。而在使用复合尼 石 技术等 。金属喷焊技术可 以提 高转 轮叶片 出水边 背面抗空蚀 能 龙修 复技术的过程 中， 应 当要先对 于整个 转轮组加 以清理 后 ， 再进 力， 但是有一个弊病就是 ， 这项技术 只能保护 叶片背面 ， 整个转轮得 行 ， 所呈 现出的修补效果更加 良好 。 不 到保 护 ， 而且加工的难度大 ， 加工的过程 中叶片很 容易变形 和龟 参 考 文 献 裂， 所 以没有得到大范围的推广 。 镶 衬辉绿岩铸石技术 ， 虽然能够使 『 ｌ １ 齐业全． 水轮机过 流部件抗磨蚀新技 术ｆ Ｊ １ ． 安徽科技 ， ２ ０ １ ２ （ １ １ ） ， 抗磨蚀 能力增加 ， 但是 镶衬加工 的工作量非常 大 ， 而且 加工工具也 ［ ２ ２陈德 ］ 新， 杨 建设 ． 多泥 沙河流水轮 机 的抗磨 蚀对 策【 Ｊ ］ ． ， Ａ － Ｉ Ｌ黄 河 ， 有很严格的限制 ， 所以应用的并不广泛 。 除 了以上措施 ， 还有一些解 ２ ０ １ ３ （ ５ ） ． 决局部磨蚀问题 的措施 ， 比如加装 扰流板 ， 加高尾水水位等 ， 但是这 ［ ３ ］ 温晓 军， 张冰 雪． 万 家寨水 电站水轮机 抗磨蚀 的主要措施 ［ Ｊ ］ ． 中国 水利 ， ２ ０ １ ２ （ ６ ） ． 些措施都不能彻底解决水轮机 的磨蚀问题 。 ２ 新技 术 的 优 点 和 实 验过 程 近年来 ， 利用水轮机组 的磨蚀研 究工作来看 ， 研究人 员发现使 用非金属抗磨蚀 的新技术 ， 所 呈现 出的优点较 多。例 如在水轮机组
水轮机过流部件抗磨蚀的新技术探究
２ 水 轮 机 过流 部 件 受 损 的 成 因
（ １ ） 综合检 修技术 。水轮 机组在实 际运 行 中要借助 机 电控
而机 电调控 失误也是 引起 水轮机磨蚀 水轮机 组作为水 力发 电的主导 设备， 在进 行 电力发 电生产 制系统完成 自动化操作 ， 解决水轮机部件磨 蚀问题应注重检修技术 的灵活 时易发 生损坏现 象 ，特 别是零 部件磨 蚀易造 成不 同的机 电故 的常见 因素 。
部 件 磨蚀现 象 的成 因 ， 并提 出 了抗 磨蚀 处理 的新 技 术 ， 最 后 阐述 了水 轮机 组 日常管 理 的措 施 。 关键 词 ： 水 轮机 ； 磨蚀； 成 因； 处理 技 术
０ 引言
水 力 发 电凭 借 其 成 本 低 、 易取材 、 产量大等特 点 ， 与 火 力 发 电一 并 成 为 发 电生 产 的 主要 方 式 。 水 轮 机 组 是 水 电站 发 电 的核
心设备 ， 负责将 水能转换为动能 ， 最终转变为 电能供应使用 。由 于电能产量指标 的持续上升 ， 水 电站机 组工作面 临着许 多损耗
强 行旋转等 现象 ， 从而使设 备操 作失 去了原有 的 性风险 ， 机 组零部件 磨损、 腐蚀 的发生次数增 多 ， 应 及时安排专 现 异常卡死 、 业人员采用 新技术进行处 理，全面保 障机 组 日常运行 的效率 ， 控制流程 。
常 损 坏 也 逐 渐 增 加 ，采 取 必 要 的 抗 磨 蚀 处 理 技 术 是 不 可 缺 少
的。 近 年来， 我局与全 国水轮机 磨蚀 试验研究 中心合作 、 试验和
图 １ 水 斗 式 水 轮 机
应用推广 了几种 非金属抗磨蚀新技 术 ，其应 用于水轮机 中， 起
到 了 良好 的抗 磨 蚀 效 果 。
水力机械抗磨蚀技术的应用与发展
水力机械抗磨蚀技术的应用与发展发布时间：2021-08-26T14:55:25.657Z 来源：《工程管理前沿》2021年7卷第4月第12期作者：杨晓莉[导读] 我国水电行业不断发展中，一直困扰这水轮机正常运行的一个问题就是冲蚀磨损问题，并也因此产生了涵盖噪声在内的其他相关问题，杨晓莉山东龙跃兴设计集团有限公司山东济南 250000摘要：我国水电行业不断发展中，一直困扰这水轮机正常运行的一个问题就是冲蚀磨损问题，并也因此产生了涵盖噪声在内的其他相关问题，随着水力机械抗磨技术的诞生，有效的将这些问题进行了解决。
鉴于此，文章详细论述了水利机械抗磨技术的应用和发展，旨在可以为行业人士提供有价值的参考和借鉴，进而更好的为行业的稳定健康发展助力。
关键词：水利机械；抗磨蚀技术；应用；发展前言：据有关统计，我国每一年由于水利机械磨损而带来的过流部件的严重磨损，会使维修维护费用超过数十亿元，所以，本文，简单论述了水力机械抗磨蚀技术，不但可以让人们更加深入的认识与了解此技术，同时也可为行业人士提供一定的参考和启示。
此外，还能够为水利机械抗磨蚀技术的具体应用提供相应的实践指导，从而使此项技术未来的发展拥有明确的方向。
1水力机械抗磨蚀技术基本原理在水力作用的冲击下，材料表面同沙粒持续摩擦，进而出现一些冲击擦划或切屑以及疲劳损坏等问题，这样的过程可称之为冲蚀磨损。
水流强度、含沙量和泥沙粒径将在不同程度上影响着水力机械的冲蚀磨损程度，水利机械冲蚀磨损不同与空蚀，它仅对材料或零件表面有一定的皮怀度，不会直接影响机械内部的具体性能，但是，其一，水力机械的空蚀将导致基体上材料脱落，机械材料遭受到严重的损坏。
其二，它也会使机械的内部性能受到直接影响。
为此，通过杨控制含沙量，可实现过流部件水力特性及材料表面特性的进一步优化，在很大程度上能够有效提高水力机械抗磨蚀效果的提升。
2水力机械抗磨蚀技术的具体应用2.1工程概况想要更得的证明对水力机械抗磨技术的应用，本文将某水电站作为案例加以分析，此水电站项目的核心任务就是发电，坝址控制汇水面积超过10万km2，年平均流量高于900 m3/s，水库总库容高于5000万m3。
SXH70
Ｓ Ｘ Ｈ ７ ０材 料 在 魏 家 堡 水 电 站 中 的 应 用
马 艳 丽
（ 杨凌职业技术学 院 ， 陕西 杨凌 ７ １ ２ １ ０ ０ ） 摘 要 ： Ｓ Ｘ Ｈ７ ０材 料 的抗 磨 蚀 性 能 是 不 锈 钢 Ｘ ５ Ｃ ｒ Ｎｉ ｌ ３ — ４的 ９ １ ． ５倍 ； 抗 空蚀 能力是 不锈钢 Ｘ ５ Ｃ ｒ Ｎｉ ｌ ３ — ４的 １ ． ５ ５
的显微 硬度 在 １ ３ ０ ０ １ ５ ０ ０之 间（ ３ ０ ０ ｋ ｇ ｆ 负荷 ） ； 涂 层 的粘 结强 度为 ７ ０ ～１ ０ ０ ＭＰ ａ 。所得 的涂层 与 不锈 钢 Ｘ５ Ｃ ｒ Ｎ． １ ３ —４在黄河 沙 中进行 圆盘 磨蚀 试 验 ， 结 果表明 Ｓ ＸＨ７ ０涂 层是 不锈 钢 Ｘ５ Ｃ ｒ Ｎｉ ｌ ３ —４的抗 磨 蚀 能力 的 ９ １ ． ５倍 ； 抗 空蚀能 力 的 １ ． ５ ５倍 ， 试 验 结果
粗糙 度 为 １ ． ６ ｍ； 涂 层密 度为 １ ３ ５ ０ ０ 舌
宝鸡 峡 魏 家 堡 水 电 站处 于 渭 河 中下游 ， 长 期 以 来 泥 沙 的磨 蚀 使 该 电站 水 轮 机 的 过 流 部 件 损 害严 重， 特 别 是宝 鸡峡 渠 首加 闸 、 加 坝 工程 前 ， 转轮 、 导 叶 等过 流部 件磨 蚀严 重 ， 检修 费 用高 达 ９ Ｏ多万 。 由于
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｋ７ ３ ０ ． ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ９ １ ３ １ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３ — ０ ０ ２ ７ — ０ ３
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｓ ＸＨ７ ０ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｉ ｎ Ｗｅ ｉ ｊ ｉ ａ ｂ ｕ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
水力机械过流部件耐磨抗蚀涂层特点与应用
水力机械过流部件耐磨抗蚀涂层特点与应用水力机械过流部件耐磨;抗蚀涂层特点与应用罢釜710054)710004置弋]30,西北电力实业发展总公司(西安)张弘一\l,【/f【摘要】阐述了以高分子材料为主的水力机械过流部件表面耐磨抗蚀保护潦层的种类和特性,分析各种潦层的优缺点并介绍它们的使用情况,振讨解决大中型水力机械设备气蚀磨损问题的有效逢径和方法.,[关键词]水力机械保护潦层分析评价中圈分类号文献标识码13,文章编号:1O08.4835(2oo0)06-6045-030引言水力机械过流部件表面的破坏形式通常表现为泥沙磨损,气蚀,锈蚀,以及气蚀和磨损的联合作用.在我国黄河流域的中下游,无论是水轮机还是抽水泵,气蚀和磨损问题都比较突出.我国从70年代就对水力机械的抗磨蚀问题进行了比较深入的研究,一些材料和方法已经从实验室试验发展到原型机的试验和实际问题的处理,取得了一定的成果.目前解决水力机械抗磨蚀问题主要从几方面八手:(i)水力机械的结构设计;(2)水力机械的制造,加工和安装工艺;(3)水力特性的研究利用; (4)表面保护材料的开发应用.近几年来研究最多,应用最广的是表面保护材料,其中以高分子材料为代表的保护涂层的开发和应用更为广泛.1保护涂层的组成和特性保护涂层是指高分子材料涂层,它是应用某些高分子材料的特性或通过一定的改性作为保护涂层材料,再以特种工艺方法涂覆于水力机械过流部件表面作为面层, 从而提高部件表面的耐磨抗蚀性能.目前我国所筛选并用于水力机械过流部件的耐磨抗蚀保护涂层材料主要有环氧聚合物系列,复合尼龙系列,复合聚酰胺一聚氨酯多层次系列以及超高分子量聚乙烯等.而国外比较早的是环氧树脂和聚氨酯系列,近几年出现了一批超能金属涂料.1.1环氯聚合物系列环氧树脂是大分子主链上舍有醚键和醇基,两端有环氧基的一太类聚合物.它是环氧氯丙烷与多元醇的缩聚产物,环氧基具有化学活性,氢的化合物能使环氧键打开并生成网状固体结构,即环氧树脂的固化.固化时需要一定的温度,所以是热固性树脂.环氧树脂具有独特的粘附力,加入合适的固化剂,添加剂和固体填料,其固化生成物具有较强的耐磨性能,且施工简单,常温下也能进行.但要使其具有较高的粘接抗拉强度和抗剪强度,则必须加温固化.一般在50--60℃条件下固化,与钢粘接抗拉强度为加～60 MPa,抗剪强度为2o～35MPa.这种涂层适用于大面积易磨损部件的涂覆,但部件必须采取措施进行喷砂除锈和加热到5O℃以上, 才能使涂层具有足够的粘接强度以抵抗复杂台砂水流的冲磨.环氧系列涂层是一个固体形网状结构.这种高度交联的结构使其变形困难,因而抗弯强度高, 弹模也高;缺点是网状结构限制了CHl链段运动,使其抗冲击强度减小, 抗气蚀能力降低.总的来说,环氧系列涂层有一定的抗磨损能力,其抗磨损性能优于抗气蚀性能,故这种涂层一般不能用于气蚀程度在中等以上的部位.我国使用比较多的是环氧金目砂抗磨涂层,该涂层由环氧树脂,固化剂,增韧荆,稀释剂和金刚砂等填料组成.在50℃养护条件下固化,粘接抗拉强度为44～55 MPa,抗冲击强度为0.88～1.27 MPa,吸水率4%,抗磨损性能优于Cr5cuo由于其价格低廉,施工工艺相对简单,在三门峡,青铜峡,葛洲坝等电站水轮机叶片以及抽黄水泵壳体上昔遍使用,对磨损部件起到了一定的保护作用.1.2复合尼龙系列复合尼龙系列是一种现有尼龙聚合物通过共聚,共混改性后成为适合于水力机械保护层施工的粉末喷涂材料.它具备热同性环氧树脂和热塑性聚酰胺的特性. 尼龙粉末是聚酰胺(尼龙)树脂(包括不同型号尼龙或共聚尼龙)经过特殊工艺处理而成的粉末尼龙材料,它保持尼龙树脂原有的一切物理化学性能.它与环氧粉末的复合共混,成倍地提高了粘接性能,与钢的粘接抗拉强度为印MPa,抗剪强度为30～加MPa,在转盘试验装置上试验得出其抗磨损能力是30号钢的3倍,抗气蚀能力则与30号钢相当.复合尼龙采用热熔涂覆法施工,要求工件加热到220～250℃. 另外,其大分子结构受环氧树脂网状构型制约,影响弹性和塑性的发挥,使其抗气蚀性比不锈钢差.此类涂层在河南卢氏水电站,云南洱河水电站使用,可有效保护机组, 抵御磨损气蚀.延长机组检修周期.在大禹渡电灌站和夹马河电灌站抽水泵上使用,使泵轮使用寿命延长一倍多.1.3复合聚酰胺一聚氨嚣多屡次系列聚氨酯是由多异氰酸酯和具有两个以上活性氢原子的化合物反应生成的聚合物,其主链是含有—c._o_和—c_N—键的柔性分子链,圊化后交联度很低柔性好,即具有一定的弹性.聚氨酯作为涂层单独使用,或用做中间粘合剂均不理想.国内一般采用多层次涂料.其最表层为聚氨酯弹性体.聚酰胺作为预聚体是因其端基有--N(X)'-基而作为粘合剂的, 实际应用中必须正确测定一Na,同时要严格控制温度,温度过高则发生气泡,温度过低则流动性差且性能降低.多层次弹性聚氨酯面层对速度不敏感,在48m/s转盘绕流圆周速度含沙水流冲击下仍处于韧性状态,这是因为其内部链段运动平衡了外力,也就是说表面弹性吸收了一部分冲击能量.聚氨酯与水分接触会降低粘合性,甚至使其失效,所以使用时对空气湿度控制要求严格,相对湿度不得大于50%.多层次弹性聚氨酯涂层在工程中被叫做聚氨酯橡胶,一般采用浇铸法进行施工,比较合适的固化温度为70～8o℃.在山西天桥电站水轮机叶片高磨蚀区使用3个汛期15336h,除局部有少量破坏外其余表面均光滑如新{在北京第二热电厂供水泵泵轮进口严重气蚀区使用5000h,涂层未见破坏; 在高扬程大流量抽黄泵最易磨蚀《童}斋丽丽丽丽的口环上使用,使口环使用寿命延长2倍以上.1.4超高分子■聚乙烯超高分子量聚乙烯是一种具有极高耐磨性的塑料,它在熔融状态是一种凝胶状的高粘弹体,不能用一般的塑料加工设备成型.主要成品采用烧结压制法制取或采用柱塞挤出成型,成品表面光滑摩擦系数很小.为0.1～0.22,并具有白润滑性.这种材料有良好的韧性,抗冲击强度高,一般大于14 MPa,其抗磨性能优于尼龙6.刘家峡水电厂用这种材料制作的水轮机导水机构抗磨板经过24000 h运行状况良好;在东雷灌区加西泵站使用该材料镶嵌口环,其使用寿命达到铸铁口环的8倍.现在还没有找到一种粘接剂能使超高分子量聚乙烯材料之间或超高分子量聚乙烯与其它材料粘接在一起应达到的一般结构强度.因而现在基本上是将其板材镶嵌在设备上.由于其施工难度较大,因而推广使用受到限制.2国外保护涂层技术在国内的应用在发达国家,表面抗磨蚀材料的开发研究和推广应用比较普及. 瑞士,美国,法国的一些公司分别开发了数种高分子表面诛层材料, 它们的特点是能常温下施工,机械化喷涂,操作简单,一般为双组份小包装,便于现场配料和施工.近几年一些涂层相继在我国进行了试验和应用.2.1环氧类涂料瑞士卡斯特林—厄特蒂(Cas.tolineutectie)集团公司科研中心为满足水力机械冷工艺修复开发研制了麦卡太克(Mecatec)环氧粘接剂涂料,其中,Mecatec3号是耐磨损涂料,Meeatecl2号是耐气蚀涂料,均可常温施工.其各项物理力学性能优于国内常温固化的环氧金刚砂涂层.据介绍,该涂层在瑞士大型轴流式水轮机严重冲蚀部位使用效果良好.但在甘肃省马家龙水电站试用,运行不到一个月即全部脱落,可能与施工工艺有关.2.2聚氨酯类涂料美国Unimral公司专为工程结构和设备抗磨开发了一种双组份-80型聚氨酯涂料,其耐磨性能优越,可以常温喷涂施工,在30 ℃条件下喷涂到工件表面后40～60s内初凝不流动.该涂料分别在三门峡水电站,陕西绥德水电站,刘家峡水电站试用,均因与金属表面的粘接力不足而脱落,无法考察其耐磨性能.法国通用电气阿尔斯通奈尔匹克(CANP)公司开发研制了水轮机抗磨损防护CO--CERAM聚氨酯涂料.据介绍,该涂料喷涂固化后形成的聚氨酯弹性体涂层具有非常好的抗泥沙磨损能力.曾选取泥沙含量较大的黄河支流无定河上的陕西响水水电站做试验,将转轮运至天津通用电气阿尔斯通水电设备有限公司进行室内喷涂, 安装运行5600h检查.个别叶片过流表面涂层有少量局部损坏,对转轮起到了有效的保护作用.瑞士苏尔寿(Sulzer)公司开发了PU755和PUT41聚氨酯弹性表面护层材料,常温下喷涂施工,主要用于蜗壳,空放阀,冲击式水轮机机壳等部件的表面.在青铜峡水电厂5号机进口转轮叶片上进行试验,现在尚未完成试验周期.2.3超能金属涂料美国Polmel公司和加拿大世界贸易公司联合开发了超能金属强化DP,DL涂料,系军转民产品, 于1989年北京国际水利展览会上展出,引起广泛注意.曾在湖南柘溪电站3号水轮机的气蚀区,浙江新安江电站8号水轮机的叶片背面气蚀区涂覆,分别运行5243h和1a,50%以上脱落.葛洲坝水电厂5号水轮机的叶片背面气蚀区和座环也进行了试涂,效果不太理想.美国贝尔佐纳(Belzona)公司开发了1号系列共9种超能金属修复涂料,均属常温固化的小包装现场涂覆材料,在我国食品加工和石油化工行业有着较为广泛的应用.其中,1111超能金属,1311陶瓷R金属,1341超滑金属被成功用于水泵和水轮机磨蚀部位的修复.修复哈尔滨某供水公司的奥地利产供水泵叶轮气蚀面,运行十个月检查,涂层完好无损;另外, 1341超滑金属涂层可以提高设备的运行效率,重庆某水泵制造厂用1341涂覆新泵的叶片和泵壳,经测试效率提高3%;重庆某水厂用1341修复遭受气蚀损害的水泵叶片和泵壳,经测试效率提高10%; 哈尔滨某电机研究所用1341涂覆水轮机模型实验蜗壳,提高了模型水轮机效率,涂层光滑无脱落.3结束语高分子材料保护涂层目前仍然处在试验研究阶段.虽然在小水电,抽水泵等小型水力机械设备上的使用有不少成功的例子,但在大中型水力机械上成功使用的例子不多.这是因为大中型水力机械受环境条件的限制和检修条件的制约,使保护涂层的施工受到很大影响,施工条件不易控制,很难达到实验室的工艺水平.所以必须改进和完善保护涂层在实际应用中的施工工艺,借鉴多涂层复合使用的成功方法,改善材料配方, 增强材料对环境的适应性,同时借鉴国外材料简便的施工方法,增强涂层的可修复性,使保护涂层真正发挥其髓时施工,及时保护,快速便捷的优势.水力机械过流部件产生磨蚀破坏,有其复杂的形成机理和客观因素,保护涂层只是一种防护性的措施,超到延长设备检修周期的作用,不可能从根本上解决磨蚀问题.在实践中,必须研究具体设备遭受破坏的机理和破坏形态.根据具体的工况和环境条件,从设备本身,水力特性和表面保护等几方面综合考虑,采取合理有效的防护措施.参考文献1季德俊.胶接与密封材料.机械工业出版社,19902江锡安.粘合剂及其应用.上海科学技术文献出版社,1981收稿日期:2000~06-30(Jr任蝙辑张健);欢迎投稿{;欢迎订阅{亘韭蛊直燕§嫂Qh3F卜~VESTC褂蛆B.E-C'~ICP0^旧R№6.2000。
水力机械过流部件材料及防护工艺的抗泥沙磨蚀性能实验研究
水力机械过流部件材料及防护工艺的抗泥沙磨蚀性能实验研究磨蚀在水利领域中是一种广泛存在的现象,水力机械的磨蚀问题是不可避免的。
如何解决水轮机或水泵的泥沙磨损问题已经成为流体机械设备设计制造的关键技术问题。
本文基于旋转喷射式磨蚀实验台对水力机械领域3种常用材料在不同沙粒粒径工况下进行了实验测试,分析了材料在不同砂粒粒径下的抗磨蚀性能以及冲蚀与空蚀联合作用下金属材料表面微观形貌特征。
除此之外,对不同热处理工艺试件及不同基体下的不同涂层进行单粒径工况试验分析。
结果表明:(1)不同金属材料磨蚀破坏的失重变化规律基本相同,材料磨蚀失重率与砂粒粒径以及磨蚀时间的关系可由经验公式表示;(2)小粒径工况时,含沙水对金属材料表面造成的破坏主要表现为沙粒对材料垂直方向的锻打挤压以及空泡溃灭对材料的空蚀作用,无明显的与材料表面平行的犁削作用;随着沙粒粒径的增大,泥沙的犁削破坏越发明显;(3)相同浓度下小粒径工况比大粒径工况更容易发生空蚀,每个空蚀针孔的尺寸大约在1～3μm范围内,空蚀针孔的生成与单个气泡的溃灭有关,而不是大量气泡累积破坏的结果。
(4)通过对不同热处理工艺试件进行试验分析发现,材料的抗磨蚀性能与材料本身的强度、硬度有较强的相关性,即材料硬度越大,磨蚀失重量越小;(5)4种HVOF涂层都能起到比基材更好的抗磨蚀效果,WC-10Co4Cr涂层的磨蚀失重量比0Cr13Ni5Mo基体磨蚀失重降低约为53.4%;比2Cr13基体磨蚀失重降低约55.6%;比KMTBCr26基体磨蚀失重降低约60.3%;(6)涂层的抗磨效果与基体材料的选择有关,抗磨效果好的涂层材料不一定适用于所有基体。
(7)WC-10Co4Cr涂层的破坏形式主要以WC硬质相材料的剥落为主,而Ni60/WC-10Co4Cr复合涂层材料受磨蚀破坏的形式主要以微切削、犁削破坏为主,抗断裂韧性较好,能有效防止气蚀裂纹的形成和发展。
水轮机过流部件用高耐磨耐蚀涂层制备技术
因两类 。外因主要是指流体特性的影响 ,如温度 、蒸汽压 、表面 张力 、流体粘度 、流体的可压缩性和密度等 ;另外还有流体流速 、 含沙量 、含气量 、冲击角度等 [1 , 3 , 5 , 8] 。
在外界条件一定时 ,材料本身的性质是决定材料抗气蚀性 的内因 。一般说来硬度高 ,材料的抗气蚀性好 ,尤其挟沙浑水气 蚀 ,但也不是绝对的 。弹性材料虽然硬度低 ,却具有较高的抗气 蚀性 。因为良好的弹性可有效地减少冲击力 ,气蚀应力响应特 性低 ,并且能吸收大量能量 。总之 ,材料抗气蚀性与其力学性能 之间虽有一定关系 ,但这种关系极难定量表达 。至今仅初步得 到两者之间定性结果 ,即抗气蚀材料应具有良好的韧性 、弹性 、 强度 、硬度 、加工硬化能力 、疲劳极限和腐蚀疲劳极限等 [6] 。
另外 ,在水和沙粒冲击和磨损过流件表面的过程中 ,它们的 动能被材料局部吸收 ,材料发生变形 ,转化为弹性能 ,随着冲击 重复进行 ,弹性能增加 ,塑性应变积累 ,材料表面发生加工硬化 、
[ 收稿日期 ]2003 - 11 - 26 [ 基金项目 ]国家“863”计划资助项目 (2002AA331080) [ 作者简介 ]张阁 (1978 - ) ,男 ,满族 ,辽宁营口人 ,硕士研究生 ,从事纳米表面技术的研究 。
4
第 33 卷 第 1 期 2004 年 2 月
表 面 技 术 SURFACE TECHNOLO GY
Vol . 33 NO. 1 Feb. 2004
脆化 ,在沙粒高能冲击下断裂 、剥落 ,形成磨蚀坑 ,磨蚀坑彼此相 连 ,并逐步向整个表面扩展[3] 。 1. 1. 2 冲击作用力估算
在上述过程中 ,材料表面晶粒之间还会形成温差热电偶 ,即 在冷热晶粒间产生电位差[4 ,8] 。同时 ,气蚀过程中材料表面产生 严重的局部弹塑性变形 、内能急剧升高 ,使材料表面出现了强烈 的电化学不均匀性 ,形成机械或力学作用诱导的电化学电偶 ,即 形成所谓“大阴极小阳极”微电池 ,造成电化学腐蚀 。在气泡溃 灭瞬间形成的冲击波和微射流的反复作用下 ,这种电化学电偶 得以维持和发展并形成恶性循环 ,使表面产生局部破坏 ,造成材 料流失 ,形成气蚀坑[6] 。
水轮机过流部件的磨蚀与表面防护
损明显， 厚度减薄， 涂层脱落处平均磨蚀 ２ ｍ ｍ 深， 背面防护涂层 ３ ２ ％脱落， 并有 １ ５～ ２ ８ ｍ ｍ深的空蚀 区， 转 轮 室 平 均 间 隙 增 大， 图 １是 该 电 厂 某 机 组 ２ ０ ０ ６年大修时的叶片磨蚀情况。白沙河电站某机 组１ ９ ９ ３年大修时多个过流部件磨蚀得几乎无法补 焊， 只好送制造厂进行大量修补； １ ９ ９ ４ 年大修时又发 现其转轮上冠、 抗磨环、 转轮下环、 后盖等大量磨损， ５ ｍ ｍ ； 主轴轴封处磨损沟槽达１ ０ ｍ ｍ 以上， 有的深达 １ 为此， 电厂不得不制作新的过流部件
我国是世界上水力资源极为丰富的国家水电已成为我国重点发展的可再生能源之一但同时我国的河流泥沙含量大长江及其支流以沙粒硬度高为特点黄河则以含沙量大为特征目前已经运行的100多座大中型水电站中有严重泥沙磨损的约占40在黄河干支流上这一数值更是高达663黄河三门峡河段的年输沙量近16t为世界之最对水轮机过流部件的磨蚀更为突出因此如何解决水轮机过流部件的磨蚀问题已经成为工程建设中的关键技术之一
９ ］ 折断或者被切断， 会形成扰流而加剧磨损 ［ 。
号铸钢， 叶片背面有不锈钢堆焊保护层， 运行 ２年 后， 叶片厚度平均减薄 ６ ｍ ｍ ， 叶片上有深坑甚至穿 ０ 孔， 出水 边 磨 成 锯 齿 状， 转轮下环厚度磨薄约 ３ ｍ ｍ ， 上迷宫环间隙由 ０ ． ２ ８ ｍ ｍ 扩大到 ７ ． １ ５ ｍ ｍ ， 导 叶立面最大磨成 ７ ｍ ｍ间隙， 机组由于磨损破坏严重 ０～ ４ ０ ｄ ， 该厂发电 １ ８年中， 共 而大修， 工期一般需 ３ 耗用电焊条 ３ ８ ｔ 。葛洲坝电厂某机组 ２ ０ ０ ２年 １ １月
图１ 葛洲坝电厂某机组叶片磨蚀情况
水轮机过流部件的修复技术与研究
水轮机过流部件的修复技术与研究
张宇婷;胡波
【期刊名称】《化工管理》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】在水力发电领域,水轮机长期运行后,过流部件严重磨损,导致电站水能利用率下降,机组效率降低,电站发电效益减少,维修周期缩短,运营成本增加。
文章通过阐述各种抗腐蚀涂层来修复水轮机过流部件,提高水轮机的抗磨损问题,提出减少磨损、延长水轮机的寿命、提高效率,降低成本,提高效益等相应的防护措施。
【总页数】3页(P113-115)
【作者】张宇婷;胡波
【作者单位】兰州石化职业技术大学应用化学工程学院;甘肃电投大容电力有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TK730
【相关文献】
1.小浪底电站水轮机过流部件碳化钨涂层修复技术研究应用
2.再制造技术在水轮机过流部件修复中的应用
3.电站现场手工修复水轮机过流部件工艺：刚果布昂扎水电站水轮机大修经验
4.水轮机组过流部件用移动增材再制造系统及基于其的修复方法
5.水轮机过流部件现场激光熔覆修复和表面强化涂层应用研究
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Ｌ Ｃ ｅｇｉ Ｓ ａ ｕ ｉ ｉ ｈ ｎｊ ， ｈｎＦ ｐｎ ａ ｇ
（ ｒ ｗｅｔ ｉａＥｌｃｒ ｏ ｅ Ｔ ｓ Ｒｅｅ ｒｈ Ｉｓｉ ｔ， ｎ ｈ ａ ｘ ７１ ０ ４） Ｎｏｔ ｓ Ｃｈｎ ｅ ｔｉ Ｐ ｗ ｒ ｅｔ＆ ｈ ｃ ｓａｃ ｎｔ ｕｅ Ｘｉａ Ｓ 试 验 参 数 见表 ２ 。 机 组 运 行 了 一 个 汛 期 后 的 现 场 检 查 测 试 证 明 ， 件 的 涂 试 层 材料 具有 一 定 的抗 磨 蚀 能力 。 苏 尔 寿 一 雪 维 斯 公 司 随 后 爱 利 用 我 们 提 供 的 刘 家 峡 水 电 站 及 青 铜 峡 水 电 站 的 过 机 泥 沙 样 本 ， 过 实 验 室 的 圆盘 磨 损 检 测 装 置 （ 图 １ 进 行 了 磨 蚀 通 见 ） 比较研 究 ， 而 开发 出 了性 能更 为优 越 的 Ｓ Ｈ ０抗磨 蚀材 料 。 从 Ｘ ７
质 。 低于涂层材质。 但
尔 寿 公 司进行 合 作 ， 究 开发 了针 对 黄 河 流 域 水 质 的 Ｓ Ｈ７ 研 Ｘ ０
抗 磨 喷 涂 材 料 ，并 先 后 应 用 于 ｌ 个 水 电 站 的 ９ １ ５个 过 流 部
件 ， 涂 面 积 １ ８ｍ 喷 ７ 。具 体 见 表 １ 。
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｎ ｉ ｂ ａ ｉｎ Ｓ ｙ Ｗ ｒ ｓ ａ ｔ ａ ｒ ｓｏ ； ＸＨ７ ｔ ｒ ｌ ｈ ｄ ａ ｌ ｕ ｂ ｎ — ０ ｍａ ｅ ａ ； ｙ ｒｕ ｉ ｔ ｒ ｉ ｅ ｉ ｃ Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ｔｓ ｒ ｃ ｓ ｂ ｕ ｈ ｔ—ｂ ａ ｉｎ ｍａ ｅ ａ ＸＨ７ ｉ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ Ｔ ｅ ｆ ｌ ｐ ｌ ａｉｎ ｏ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｅ ｔ ｏ ｅ ｓ ａ ｏ ｔｔ ｅ Ａｎ ｉ ｒ ｓ ｔ ｒ ｌＳ ｐ ａ ｏ ｉ ０ ｓ ｎｒ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ． ｈ ｅｄ ａ ｐ ｉ ｔ ｆ ｏ ｉ ｃ ｏ
空蚀 磨 损 是 水 力 机 械 运 行 中难 以避 免 的 现 象 近 百 年 来 ， 国科 研 人 员 对 此 进 行 了 大量 、 入 的 研 究 ： 善 水 轮 机 各 深 改 的水 力 设 计 ： 行 Ｃ Ｄ流 体 计 算 及模 型 试 验 ： 高 水 轮 机 加 进 Ｆ 提 工 工 艺 水 平 ； 化水 轮 机 运 行 条件 ； 用 抗 空 蚀 磨 损 材 料 ； 优 采 对
料 。该 材 料 在 国内 十 几 个 水 电 站 的 实 际 应 用 及 其 所 取 得 的 良好 效 果 ． 为解 决 水 轮 机 磨蚀 问 题 提 供 一 种 有 效 的 方 可
法。
Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｔ ａ ｒ ｓｏ ＸＨ７ ｏ ｄ ａ ｌ ｒ ｉ ｅ Ｃｏ ｐ ｉ ｔｏ ｆＡｎ ｉ ｂ ａ ｉ ｎ Ｓ ｃ － ０ ｆ ｒ ｔ Ｈｙ ｒ ｕ ｉ Ｔｕ ｂ ｎ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｈｅ ｃ ｏ ｅ ｔ
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中 图分 类 号 ：Ｋ ３ ．３ Ｔ １４４ ２ Ｔ ７ ３ Ｔ ７ ０ ；Ｇ ７ ．４ ；Ｋ ３ ５
文 献 标 识 码 ： Ｂ
的 水 轮机 过 流部 件上 已进 行 了广 泛 的 试 验 和 应 用 。试 件 的 技
１ Ｓ Ｈ０ Ｘ ７ 材料的应用概况
易 磨 蚀 部 位 喷涂 高强 度 抗 磨 蚀 涂 层 等 为 了解 决 西 北 地 区 水
电站 水 轮 机 过 流 部 件 的 磨 蚀 问 题 ， 原西 北 电 力 集 团 与 瑞 士 苏
试 验 中 的 泥 沙 取 自黄 河 。 根 据 泥 沙 分 析 资 料 可 知 ， 河 黄
泥沙中矿物 成分主要是石英 、 石和云母 ． 量高达 ８％以 长 含 ０ 上 ， 沙颗 粒形 状为棱 形 、 形 和 圆形 ． 棱角 的颗粒 约 占 泥 尖 有 ９ ％。其 中 ， 英 、 石 等 矿 物 颗 粒 硬 度 高 于 导 叶 和转 轮 的材 ０ 石 长
ｔｉ ｍ ｔ ａ ｏ ｈ ｙｒｕｉ ｐ ｗ ｒｓ ｔ ｎ ａ ｏｔ１ ｏ ｅ ｔ ｉ ｓ ｉ ｕ ｏ ｎｒ ｉ ａ ｏｒｃｍｍ ｎ ｅ ． ｅｐａｔ ｅ ｈｓ ａｅ ｌ ｎｔｅｈ ｄａ ｌ ｏ ｅ ｔ ｉ ｓ（ ｕ ｐ ｗ ｒｓ ｔ ｎ） ｎｏ ｒ ｕ ｔ ｌ ｏ ｅｄ ｄ Ｔ ｒｃ ｃ ｒ ｉ ｃ ａｏ ｂ １ ａｏ ｃ ｙｓ ｓ ｅ ｈ ｉ
（ 西北 电力试验 研 究 院 ， 陕西 西安 ７ ０ ５ ） １０ ４
关 键 词 ： 蚀 ；Ｘ ７ 磨 Ｓ Ｈ ０材 料 ： 轮 机 水
摘
要 ：Ｘ ７ 磨 蚀 材 料 是 原西 北 电 力集 团 与瑞 士 苏 尔 寿 公 司 合 作 研 究 开 发 的 针对 黄河 流 域 水 质 的 抗 磨 喷 涂 材 Ｓ Ｈ ０抗
２ Ｘ Ｓ Ｈ系列喷涂材料的试验
ｉ ｉ ｄ ｃ ｔ ｄ ｔ ａ ｈ ＸＨ７ ｔｒ ｌｔｃ ｎ ｌ ｇ ｓｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｅ ｓ ｌｔ ｎ ｔ ｒ ｓ ｒ ｅ ｓ ｃ ｈ ｙ ｒ ｕ ｉ ｕ ｂ ｎ ａ ｓｆｏ ｓ ｎ ｉａ ｅ ｈ ｔｔｅ Ｓ ０ ｍａｅ ａ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｉ ｈ ｆ ｃ ｉ ｏｕ ｉ ｏ ｐ ｅ ｅ ｖ ｕ ｈ ｔ ｅ ｈ ｄ ａ ｌｃｔ ｒ ｉ ｅ ｐ ｒ ｒ ｍ ｉ ｖ ｏ ｔ
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水 力 发 电
第３ ２卷第 ７ 期
２０ ０ ６年 ７月
文 章编 号 ：５ ９ ９ ４ （０ ６ ０ — ０ ６ ０ ０ ５ — ３ ２２ ０ ）７ ０５ — ２
Ｓ Ｈ ０抗磨 蚀材 料在 水 轮机 过流 Ｘ ７ 部件上 的应 用
李成 家， 单福平