改性聚氨酯抗磨蚀材料在机组过流部件的应用
抗磨材料对水轮机抗磨蚀技术应用
抗磨材料对水轮机抗磨蚀技术应用摘要：新疆和田水电站水头中高、含沙量大、水轮机磨损严重.为了减少水轮机磨损,设计中采取了一些优化方案,总结大修的经验,通过改善部件结构、采用优质材料、提高大修质量、涂敷防护材料等方面的技术措施,使泥沙对水轮机的空蚀磨损得到了有效控制。
关键词：水电站运行、水轮空蚀、磨损、防护、技术总结正文：和田达克曲克水电站处在新疆和田喀什玉龙河规划修建了两梯四级混流式水电站,现投运开发梯极的第四级水电站，2015年5月建成发电。
电站为隧洞引水式地面厂房，设计水头99.8m，设计最大引水流量100m3/s。
电站总装机容量70MW（2台×35MW）水轮机的型号HLD307-LJ-28O；设备生产厂家为东方电机厂。
水电站在经过一年水轮机运行，空蚀磨损所造成的水轮破坏程度大。
电站虽运行时间短,但空蚀磨损却相当严重,造成大修周期缩短,检修工期长,水轮机效率的下降,能量损失,同时还影响到机组的稳定性和安全性。
电站目前是喀什玉龙河梯极开发的第二级水电站，喀什玉龙河汛期发电机高峰期，水质含沙量高，水轮机在正常年份运行中受泥沙磨损量很大。
2015年投运半年，电站库区被泥沙淤满，大坝库区泥沙计划性进行一次拉库排沙。
2016年-2017年机组运行时大量沙子随水流进入水轮机，2017年对#2机组水轮机铸铁顶盖先后被磨损穿眼，排水均压管出现严重漏水现象。
当时正值汛期丰水期，为了抢发电量，电站对磨穿漏水的顶盖采取了临时应急措施，临时补焊加厚处理，由于漏水量大，有三台功率为50kW，排水量100m3/h深井泵抽排漏水泵，及时不停的抽水，机组均压管和顶盖漏水量大不能从根本上解决止漏问题，机组运行期间几乎每周两次对均压管和顶盖结合处进行补焊，这种状况勉强坚持到2017年10月底，对#2机组停运进行检修发现，在水轮机和重要过流部件经含有大量泥沙的高速水流过时受气蚀破坏、泥沙磨损及相互耦合作用，导致水机的转轮、导叶、蜗壳、止漏环等关键部位有严重的磨蚀破坏，顶盖被沙子磨损的部位深度达2cm以上，提别在均压管结合面处磨损厚度为2mm，多出磨蚀击穿；影响了水电站的发电效益，同时降低了使用寿命，甚至危及电站的安全运行。
水轮机过流部件磨蚀问题的研究与防护
水轮机过流部件磨蚀问题的研究与防护小水电2006年第1期(总第127期)技术交流水轮机过流部件磨蚀问题的研究与防护熊茂涛卢池杨昌明(西华大学能源与环境学院四川成都610039)陈次昌(西南石油学院四川成都610500)【摘要】针对我国高含沙水流中运行的水轮机组的过流部件的磨蚀这个长期存在的疑难问题,开展研究工作,在分析水轮机过流部件泥沙磨损,空化破坏各自的磨损机理,特点,影响因素,预测模型等的基础上,总结出水轮机过流部件的磨蚀主要是泥沙磨损,空化破坏及它们的联合作用,提出水轮机过流部件磨蚀的主要防护措施,为最终解决水轮机过流部件磨蚀问题提供了理论依据.图6幅,表1个.【关键词1泥沙水轮机磨蚀机理磨损空化l引言我国水能资源丰富,据2000年的数据,我国可开发水能资源为4.1324亿kW,2000年末我国水电装机总量达到75OO万kW,占全国总装机容量的24%_1】.同时我国河流的特点之一是含沙量大,年平均输沙量在1000万t以上的河流就有115条,每年直接人海泥沙总量达到19.4亿t[2】.因此在我国的水电开发中,存在着突出的泥沙问题.据不完全统计,在我国建成的装机7500kW以上的各类型大中小水电站中,有泥沙磨损的约占4o%[3J,由此产生的磨损,空化破坏严重,不仅影响了水电机组的安全经济运行,造成巨大的经济损失,而且威胁电网的安全运行,成为水电生产中急待解决的难题.表1为我国部分大型水电站水轮机磨蚀情况,其他河流上的水电站也存在着严重的磨蚀问题(见表1).表1我国部分大型水电站水轮机磨蚀简况河名,水电站名水轮机泥沙磨蚀情况90%的泥沙通过机组下泄,过机含沙量多年平均值为1.60ks/m3,汛期多年平黄河,刘家峡箬车翁簇赣嘉篷l泥沙大增,磨损,空化破坏空前加剧….多年平均含沙量为1.2kg/m~,最大含沙.…量1O.5kg,m3,水轮机转轮采用长江,葛洲坝0Crl3Ni4Mo和0Crl3Ni5Mo不锈钢铸造. 首台机组运行两个汛期就发现明显的磨损,空化破坏….1983年汛期后,沉沙库容所剩无几,过大渡河/龚嘴机泥沙数量猛增,水轮机开始进入严重的磨蚀损坏期.基金项目:国家自然基金项目资助(NO.90410013)由于磨蚀问题的复杂性和研究手段的制约,磨蚀的破坏机理至今看法不一.有鉴于此,通过分析水轮机泥沙磨损,空化各自的破坏机理,总结出高含沙水流中水轮机过流部件磨蚀机理及主要防护措施,为解决水轮机过流部件的磨蚀问题提供理论依据,对于提高水电站的经济效益和延长机组寿命,促进国民经济的发展有着极其重要的意义.2水轮机磨蚀破坏特征2.1水轮机的泥沙磨蚀携带泥,沙,石的高速水流,在通过水轮机流道时,对水轮机过流表面产生的破坏称之为磨蚀.通常情况下水轮机某一过流表面局部的破坏,往往不是单一因素造成的,多数情况下,它包括泥沙磨损和空化破坏及其联合作用.2.2水轮机过流部件的磨蚀部位及其特点1)混流式水轮机:叶片正面磨蚀表现为上轻下重,叶片正面靠进水边的边缘磨蚀一般较严重;下部靠出水边出现沟槽和锯齿状;叶片背面亦是普遍磨蚀,尤其是叶片下部靠近下环处和叶片出水边靠下环转弯处,均出现针孔,鱼鳞状凹坑等.图1为轴流式水轮机转轮叶片磨损情况示意图(见图1).圈1轴流式水轮机转轮叶片磨损情况示意图3l?技术交流SMAILHn)R0POWER2006Nol.TotalNo127 图2混流式水轮机转轮磨损部位示意图2)轴流式水轮机:叶片正面靠出水边缘特别是叶片外边缘,叶片背面亦严重磨蚀;转轮室下部半球形部分,转轮体及泄水锥的外表面等出现磨损.图2为混流式水轮机转轮磨损部位示意图(见图2).3)冲击式水轮机:引水管道,针阀,水斗内表面和喷嘴环等处容易受到泥沙磨蚀.3磨损破坏机理研究3.1磨损理论水轮机工作水流中含有泥沙颗粒时,具有一定动能的坚硬沙粒将有可能垂直冲击水轮机部件的过流表面的金属材料,材料在沙粒的冲击压力下,产生弹性变形,进入塑性流动状态.此后,表面弹性变形部分将恢复,而塑性变形被保留,形成冲击凹坑.在凹坑边缘有塑性变形中挤出的材料堆积物在沙粒不断冲击下,堆积物将重新受挤压变形和移位而有可能从材料表面剥落.同时,在合适的沙粒冲击角度下,堆积物易受剪切折断,形成材料的磨损量.某些金属有很强的冷作硬化能力,具有较高的硬度和脆性,可能产生变形裂纹.在足够的冲击能量下,冲击凹坑边缘和坑壁就常可能存在径向裂纹,即使沙粒冲击能量较小,不足以直接产生材料剥落,但经过长期反复冲击,也会导致材料的疲劳剥落.上述即为金属表面受沙粒冲击后,因弹一塑性变形引起的微体积损失过程,称之为变形磨损. 当沙粒以小冲角撞击材料表面,接触点很小的面积上将集中很高的压力.此冲击压力的垂直分量使沙粒压人材料表面.同时,沙粒在小冲角下有较大的水平动能分量,将使其沿大致水平于材料表面的方向移动.材料在沙粒尖角水平移动时.产生接触点的横向塑性流动,切出一定量的微体积材料. 这种材料的微体积损失称为微切削磨损.高含沙水流中含有不同形状的沙粒,流动也表-32-现为紊流形态,沙粒颗粒群体的运动方向可能是任意的,因此,高含沙水流中水轮机过流表面的实际磨损过程为上述变形磨损和微切削磨损的复合作用引.3.2泥沙磨损的破坏形态破坏轻微处有沿水流方向的划痕和麻点;严重时,表面呈波纹状或沟槽状,并常形成鱼鳞状凹坑;磨损强烈发展时,可使过流部件穿孔,成块崩落.磨损有明显的方向性,与水流特征一致;磨损表面密实,呈金属阴暗光泽L4J.3.3水轮机泥沙磨损的影响因素泥沙对磨损的影响因素:沙粒的特征,包括颗粒尺寸,硬度,形状等;含沙水流的特征,包括相对速度,冲击角等;金属材料的特征,包括硬度,韧性,破断强度等;水轮机的设计,如负荷选择,水头变化频率等等(见图3-5).圈3水轮机磨损的影响因素3.4水轮机泥沙磨损的预测水轮机过流表面的磨损行为十分复杂,到目前为止还没有一个公认的,普遍适用的机理和公式可以预}贝5水轮机材料的抗磨损性能.其中Finnie的微切削模型在验证塑性材料的冲蚀磨损规律方面有较好的效果L6】.cM厂(D)-r.式中:为冲蚀磨损量(kn);M为沙粒颗粒的质量(kg);U为沙粒的速度(rrds);P为金属材料的屈服应力;c为经验系数;a为入射角.国外,已有水轮机制造厂(如伏依特公司)利用TASCflow等商用软件计算泥沙颗粒运动轨迹,并预测泥沙磨损.但是,其颗粒运动轨迹计算量有限,不能得出分散相运动特性,预测泥沙磨损还需小水电2006年第1期(总第127期)大量经验数据.4空化破坏机理研究4.1空化理论空化存在两种物理变化过程:水流在流道里高速运动过程中,速度和压力都会变化.当速度增加压力降低时,水流中就会产生气泡,气泡集中的区域叫空穴,这种变化叫空化;挟带气泡的水流在高速流动过程中当速度降低压力增加时,气泡就会溃. 灭,气泡溃灭时会产生高温高压的微射流,靠近流道边壁的微射流长期对边壁作用,就会使边壁的固体物质产生疲劳破坏,使材料大量流失,这种变化过程叫空化.对流道边壁产生破坏作用的是后一种物理变化….图4为微射流引起的空化示意图(见图4).圈4微射流引起的空化示意图4.2空化的部位与特点空化破坏常常会出现在叶片的背面等低压区.轻微的空化使过流表面失去光泽而变暗,进而发展为麻点,麻面,针孔状等;较重的空化使表面变得十分疏松成为蜂窝状;空化严重时转轮叶片出水边较薄的地方就会穿孔,甚至整块脱落,过流部件很快就破坏失效.4.3空化的影响因素影响空化的因素主要是:硬度,断裂应变能,韧性及材料的抗腐蚀性能,流体速度,工件的表面粗糙度,流体的温度和气体含量等.但由于目前尚没有完全掌握空化机理,还不能准确预测各类材料耐空化性能.4.4水轮机空化的预测目前仍没有一种非常完善的评判水轮机空化状态的标准,尤其水轮机在实际运行过程中,无法直接确定其叶片的空化破坏程度,极大地制约了水轮机状态检修技术的发展.通常水电厂都是根据水轮技术交流机实际运行吸出高度的大小,能量特性的变化及振动状况来判断水轮机的空化状态,但这仅仅是一种趋势性分析,并没有确定的标准可依哺].5泥沙磨损,空化联合作用泥沙磨损和空化联合作用,就是含沙掺气高速水流产生的复合磨损破坏(即为磨蚀),其原理是:高含沙水流以混合体(压力水携带泥沙颗粒)高速冲击水轮机过流部件,其冲击强度随气泡大小可达上千个大气压,造成复合形式的磨损.其中,有气泡的空化,也有高速水滴和泥沙颗粒的冲蚀磨损及其交互作用.在水轮机过流部件的磨蚀破坏过程中,当水流中气泡爆裂产生的带有巨大冲击波的微射流射到泥沙颗粒上时,就使得泥沙颗粒从微射流上得到了速度.受到微射流冲击的泥沙颗粒由于微射流的速度远大于悬移质的速度,所以泥沙颗粒一般是以旋转状态沿着接近微射流的方向高速前进,旋转着的高速沙粒与边壁相遇时,金属材料除了受空化产生的脉冲式法向应力的重复作用外,还受泥沙颗粒的非法向力的切削作用.材料表面气泡溃灭时产生的微射流除直接蚀损材料外.还以冲击波的形式作用于泥沙颗粒上,极大地增加了泥沙颗粒的冲击速度,提高了对材料的切削作用,致使材料表面出现麻点,麻面,凹坑,甚至使泥沙颗粒嵌入材料表面形成凹凸不平,从而改变材料表面的平整度.当沙粒有锐利的棱角时,其切削作用则更加明显.这种切削作用使得金属表面的氧化膜不断受到冲击而产生崩落,既而引起水中腐蚀性介质对金属表面的进一步侵蚀.大量试验表明,含沙水流由于泥沙裂隙挟带气泡进入水流中,增加了水中气核,促使气泡初生提前发生.但气泡初生后,含沙水流对从气泡生长,溃灭到对过流表面的破坏机理,尚存在较大分歧.一般认为磨损促进了空化,空化又促进了磨损,但哪一个起主导作用尚未完全搞清楚.图5,图6即为葛洲坝水电站水轮机叶片典型的磨蚀表面,显示出分布规则的鱼鳞坑[6].这种磨蚀表面形貌与纯泥沙磨损和纯空化破坏得到的磨损表面有非常巨大的差别.说明我国高含沙水流中水轮机的磨蚀机理既不是简单的泥沙磨损也不是纯粹的空化破坏,而是泥沙磨损和空化联合作用对水轮机过流部件的破坏作用.33?技术交流SMAIHu)R()POWF~2O06Ⅳ0,TotalNo127 图5被严重磨损的叶片边缘6泥沙磨蚀防护措施6.1水电站的排沙措施与运行方式合理排沙,减少过机沙量是有效减轻水轮机泥沙磨蚀的重要措施.水库在设计时,就应该做好枢纽布置及科学调度的规划,以减少通过水轮机的泥沙.我国已总结出许多减少水库淤积,延长水库寿命的措施,包括在流域内大力开展水土保持工作; 合理布置电站取水口;设置导沙坝,冲沙闸,沉沙池等排沙设施.另外,利用水库采取调水调沙,蓄清排浑,泄洪排沙,异重流排沙等方式,都是行之有效的.6.2水轮机设计参数的合理选择水轮机设计参数选择时应考虑适当降低参数水平,特别注意控制降低水轮机转轮出lZl的相对流速,以达到最优比转速.同时采取水轮机转轮叶片的优化设计,考虑加大导叶分布圆的直径,选择合理导叶翼型,转轮叶片外缘加装裙边等措施.在转轮结构设计中,应注意提高部件的互换性,保证部件容易拆卸,修理和更换,以提高工作效率.6.3水轮机的制造和防护水轮机转轮采用0Crl3Ni4Mo,0Crl3Ni5Mo和0Crl3Ni6Mo等抗磨蚀性好的高强度不锈钢铸造, 特别是提高制造水平和质量,保证加工精度和表面光洁度.水轮机的防护采取材料表面物理强化技术,改性环氧金刚砂涂层,聚氯酯涂层,金属陶瓷涂层,喷涂超高音速WC,喷焊SPHG1焊条,堆焊GB1,A132焊条等先进技术和材料.6.4电站的检测,维修手段水电站要加强各种技术资料的收集和积累,加强水电站检修手段的研究和配置,提高检修质量, 采用叶型测绘修形,智能专家系统,坑内水轮机修复机器人等先进设备和措施.7结束语由于水轮机过流表面的磨蚀机理复杂,影响因素众多和研究手段的制约,目前对磨损,空化双重34?图6水轮机磨损表面的鱼鳞坑作用下的过流表面快速损坏机理的认识还不足以得到实用性强的水力抗磨耐蚀优化设计方法,有待于深入研究.近年来随着扫描电镜,电子探针,x射线衍射和能谱分析等现代化测试手段的出现,磨蚀问题的研究进入到微观程度,把磨蚀的宏观形貌和微观过程相联系,通过微观破坏形貌判定磨蚀机理,使人们对磨蚀机理的认识又推进到了新的高度.通过对水轮机过流部件表面的磨蚀机理研究,认识磨蚀损坏本质,进行水轮机泥沙磨蚀的预估和防护.可以对水轮机进行水力抗磨耐蚀优化设计提供依据和手段,对于最终解决水轮机过流表面磨蚀问题具有重要的意义.参考文献:[1]段生孝.我国水轮机空蚀磨损破坏状况与对策[A].天津:水机磨蚀论文集.2001,11—15.[2]王志高.我国水机腐蚀的现状和防护措施的进展[J].水利水电工程设计,2O02,21(3):1.[3]顾四行.我国水轮机泥沙磨损问题回顾[A].天津:水机磨蚀论文集.2001,20—21.[4]段昌国.水轮机沙粒磨损[M].北京:清华大学出版社.1981,9—14.【5]GreinH,Sehac~nmamA+SolarProblemofAbrasionin HydmclccmcMachinery[J].WaterPower&DamConstrue- tion,1992,(8):19.[6]李健,彭恩高,白秀琴,周燕,孙家峰.水轮机过流部件的磨损问题[J].材料保护,2004,37(7): 44—46.[7]薛伟,陈昭运.水轮机空蚀和磨蚀理论研究[J].大电机技术,l996,(6):46—47.[8]徐朝晖,陈乃祥,吴玉林,周兵.水轮机空蚀破坏估算法[J].华东电力,2002,(8):75.■熊茂涛(1976一),男,硕士研究生,工程师,主要从事水轮机空化与泥沙磨损理论和数值模拟研究工作. Dnail:********************陈次昌(1948一),男,工学博士,教授,博士生导师,主要从事流体机械研究工作.。
SXH70抗磨蚀材料在水轮机过流部件上的应用
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
聚氨酯抗风沙磨损腐蚀涂层材料的机理分析
聚氨酯抗风沙磨损腐蚀涂层材料的机理分析大力发展风力发电产业，将取之不尽、用之不竭的风能转变成电能，是我国调整能源战略、开发利用新能源的重要决策之一。
我国的西北及北部高原地区，常年风力强劲，风能资源非常丰富，非常适于建立风力发电厂。
然而，该地区海拔高、紫外线照射强、温差大、风沙猛烈，恶劣的气候条件极易造成风力发电塔架及叶片的保护涂膜风蚀损坏。
目前，风力发电装置的涂装大多采用耐候性较好的脂肪族丙烯酸聚氨酯体系，这种涂膜虽然具有较好的耐候性，但耐风沙撞击性较差，经过一段时间的风沙侵蚀后，往往造成涂膜损伤、斑驳脱落。
弹性聚氨酯防腐涂料，虽然弹性好、耐磨、抗风沙撞击，但是附着力稍差；弹性环氧树脂—聚氨酯涂料，虽然附着力好、耐磨耐腐蚀，但是耐候、耐紫外线老化性较差；羟基丙烯酸树脂—聚氨酯涂料，虽然粘结强度高，耐候保色性好，但是涂膜弹性不足，抗风沙磨蚀性差。
弹性聚酯 - 聚氨酯弹性涂料，涂膜具有弹性好、附着力优、强度高、耐冲击性好、耐候耐久耐腐蚀、抗砂石撞击及磨蚀等综合性能优良的特点。
涂膜的延伸率、强度、恢复率、附着力、耐磨性是衡量其耐风沙撞击、冲磨强弱的重要表征。
当涂膜延伸率大、恢复率高且有一定强度时，其弹缩性好、耐磨性优、抗风沙撞击性强。
而高附着力是保证涂膜在外力作用下不损坏、起皮或脱落的决定因素之一。
在混拼树脂中，随着弹性聚酯用量的增加，涂膜的断裂伸长率提高，抗拉强度相应下降，恢复率及耐磨性先增后降，耐人工喷砂撞击性先是由差变好、当聚酯用量过多致使强度、恢复率、耐磨性下降时，耐喷砂撞击性也变差，附着力变化不明显。
当 m （环氧树脂）∶ m （丙烯酸树脂）∶ m （弹性聚酯树脂）=1 ∶ 1 ∶ 3 时，涂膜的断裂伸长率为 185% ，抗拉强度为 130kg /cm 2 ，拉伸恢复率为94% ，附着力为1级，磨耗为 0.008 g ，涂膜抗人工喷砂撞击性好 , 无明显损坏现象，取得了较好的综合性能。
其机理是:（1）环氧树脂对涂膜的附着力、柔韧性和强度有显著贡献。
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。
聚氨酯涂层在水轮机磨蚀防护中的应用
聚氨酯涂层在水轮机磨蚀防护中的应用三门峡黄河明珠（集团）有限公司 张武斌华北水利水电学院电力学院 任 岩【摘要】为了增强多泥沙河流水电站水轮机的抗磨蚀能力，采用各种材料对其表面进行防护。
其中，聚氨酯具有良好的弹性和韧性，可以吸收泥沙颗粒的冲击，抗磨效果好。
通过对聚氨酯在轴流式和混流式水轮机过流部件抗磨蚀防护的效果分析，得出结论：①在小型机组叶片上有较好的防护效果；②在大型机组固定过流部件上有较好的防护效果；③粘接剂是关键之一；④安全厚度须保证；⑤强空化和尖锐硬物割伤是涂层脱落的主因。
【关键词】聚氨酯；抗磨蚀；防护效果；涂层Application of polyurethane coating in hydraulic turbineabrasion protectionAbstract：For advancing the abrasion protection ability of hydraulic turbine in sediment-laden rivers，many materials were used to protect the hydraulic turbine’s surfaces. Thereinto，polyurethane has good fl exibility and tenacity，which can absorb the impact of sediment particles，and which anti-wear effect is well. Through analysis of the effect of anti-abrasion protection of polyurethane to axial and mixed fl ow hydraulic turbine，the following conclusions could be got.Firstly，polyurethane has good protective effects on vanes in small units.Secondly，for large units，polyurethane has good anti-abrasion properties on the fi xed over-currents.Thirdly，adhesive is one of the keys.Fourthly，thickness must be ensured safety.Fifthly，strong cavitation and sharp hard cut off are the main causes.Key words：polyurethane；anti-abrasion；protect effect；coating1.引言多泥沙河流水电站的水轮机，都不同程度地受到泥沙磨蚀的危害。
水轮机过流部件抗磨蚀的新技术
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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 。
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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 。
乌鲁瓦提水电站抗磨蚀防护技术探讨
２ ０ １ ３ 年７ 月
中国 水 能 及 电 气 化
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ＆Ｅ ｜ ｅ ｃ ｌ ｒ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｎ ｏ ． ７（ Ｔ Ｏ Ｔ Ａ Ｌ Ｎ ｏ ． １ ０ ０ ）
乌 鲁 瓦提 水 电站 抗磨 蚀 防护 技 术探 讨
ＹＡＮＧ Ｓ ｈ ｕ — ｈ ｏ ｎ ｇ
（ Ｘ ｉ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ｙ ｉ ｎ ｄ ｒ ｏ Ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ Ａ ｕ ｔ ｈ ｏ ｒ ｉ ｔ ｙ ， Ｈ ｏ ｔ ａ ｎ ８ ４ ８ ０ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ｖ ａ ｎ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ａ ｉ ｌ ｐ ｉ ｐ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｗｕ ｌ ｕ ｗａ ｔ ｉ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ
关键词 ：乌鲁 瓦提水 电站 ；抗磨蚀技术 ；探讨
中 图分类号 ：Ｔ Ｖ ７ ４ ２
文 献标 志码 ：Ｂ
文章 编号 ：１ ６ ７ ３ － ８ ２ ４ １｛ ２ ０ １ ３ ｝０ ７ － ０ ０ ３ ４ － ０ ５
Ｄｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ａｎ ｔ ｉ ． ａ ｂ ｒ ａ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｐｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｉ ｎ Ｗｕ ｌ ｕ ｗａ ｔ ｉ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｍｅ ｒ ｙ ａ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒ ａ ｎ ｔ ｉ — ａ ｂ ｒ ａ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ
聚氨酯涂料保护风机叶片不受磨蚀
聚氨酯涂料保护风机叶片不受磨蚀大型风机叶片的前后缘在运转过程中是最容易遭受风蚀、砂蚀、雨蚀的部位，遭受侵蚀后开始出现油漆被磨损，当油漆被磨掉后开始会以加速度出现砂眼甚至胶粘剂被磨穿的现象，最终可能导致叶片破裂或断裂等极端现象出现。
为避免这类现象的发生，在许多大型风机叶片上加上前后缘保护材料成为了业内广为认同的方法。
传统的前后缘保护材料是用3M 公司的保护膜，该膜约350微米，具有极佳的柔韧性，其断裂延伸率可以高达200%以上，现时该也具有非常好的耐老化性能(1500小时以上的人工加速老化性能)，其在零下40℃时仍然具有良好的柔韧性，耐低温性能好。
据风场运行情况，有贴膜的叶片部位风机运行四年后该膜没有出现异常情况。
该膜的保护原理就是利用其机械性能和耐老化性能，让叶片在长时间的使用过程中抵御环境中各种因素的磨蚀，甚至对可能出现的胶粘剂失效等极端情况可以起到一定的弥补作用。
该膜是通过粘贴的方式进行施工的，要求严密贴合，不能出现有任何的气泡、起皱等现象，否则容易出现失效的可能。
随着涂料化工技术的进步，最近上海麦加涂料有限公司开发出一款无溶剂聚氨酯涂料产品，该产品通过刮涂的方式进行施工，施工后漆膜在300微米以上，漆膜具有200%以上的断裂延伸率、30MPA以上的断裂强度，即使在零下40℃时仍然具有非常好的柔韧性。
由于该产品是通过刮涂进行施工，其对底材和腻子的附着力可以达到7Mpa以上，有效的解决了贴膜的工艺困难，同时为大型叶片生产的成本控制提供了一条有效的途径。
通过使用极端的耐风砂测试方法(采用对膜进行喷砂的方法，这种方法可以对3mm钢板在30分钟左右磨穿)对两种保护方式进行比较测试，结果表明这两种保护方式在经受连续的高强度风砂冲击30分钟以上的时间后保护膜仍然没有被磨穿的现象发生。
在中国的大气环境下，空气中的各种大小颗粒对高速运行的叶片具有相当大的伤害，业内各界人士已经开始对此有了较为清醒的认识，上海麦加涂料有限公司的各类高科技产品将为叶片的保护工作起到有力的推动作用。
聚氨酯树脂在风电叶片中的应用研究
聚氨酯树脂在风电叶片中的应用研究
随着风电行业的不断发展，风电叶片作为风力发电机组的关键组件之一，在结构和材料性能上面临着研究和改进的需要。
聚氨酯树脂因其良好的机械性能、化学稳定性和耐候性，成为风电叶片中的一种重要的材料选择。
为了更好地应用聚氨酯树脂于风电叶片中，研究人员不断探索聚氨酯树脂的性能优化和加工工艺。
其中主要包括以下几个方面的研究：
1. 聚氨酯树脂的改性研究：通过添加不同的改性剂和填料，改变聚氨酯树脂的结构和性能，如增强其强度、硬度、耐热性和抗UV性等。
2. 复合材料的制备和性能研究：将聚氨酯树脂与玻璃纤维、碳纤维、芳纶等复合材料进行组合，以提高其力学性能和抗冲击性能。
3. 成型工艺的改进研究：针对聚氨酯树脂的成型工艺进行改进和优化，以达到更高的成型精度、生产效率和材料利用率。
4. 耐久性和寿命评估：对聚氨酯树脂复合材料在不同环境下的耐久性和寿命进行研究，为风电叶片的设计和使用提供参考依据。
总体来看，聚氨酯树脂在风电叶片中的应用研究还处于不断探索和完善的阶段，需要通过多方面的研究和实践，不断推动其在风电行业的应用和发展。
改性聚氨酯混成耐烧蚀材料的研究_程宇
第34卷第8期硅酸盐通报Vol．34No．82015年8月BULLETIN OF THE CHINESE CEＲAMIC SOCIETYAugust ，2015改性聚氨酯混成耐烧蚀材料的研究程宇，王素娟（河北大学化学与环境科学学院，保定071002）摘要：本研究目的是在于研制高碳化、高强度的耐烧蚀硅橡胶绝热层材料，以应用在整合式冲压引擎火箭（Integral Ｒamjet Ｒocket-IＲＲ）当作热防护系统。
Dow Corning DC93-104经Martin Martietta Aerospace 推荐应用于此系统，是二种成份液态的硅橡胶，高分子基体部份为含有硅乙烯（≡Si-C =C ）官能基的甲基苯基聚硅氧烷（polymethylphenylsiloxane ），以Pt 系当催化剂，虽然DC93-104具有优异的耐烧蚀热特性，但烧蚀后形成高碳化的焦化层强度低，无法抵抗高速热气的冲刷而剥落，为改善此缺点只好在引擎室钢壳内部表面点焊数以千计不锈钢丝网目，于铸制绝热层时，让DC93-104胶料能穿插在各网目内，经由不锈钢丝网目以增强烧蚀后焦化层的强度，避免焦化层于引擎室二次燃烧时被高温、高压和高速热气流冲刷而剥落，以维热防护系统功能正常发挥。
但是于引擎室钢壳内部表面点焊数以千计不锈钢丝网目是个耗时、费工的工作，所以本研究选用General Electric Co．二液型ＲTV 627及LSＲ2650液态硅橡胶进行高碳化、高强度的耐烧蚀硅橡胶绝热层的开发，基由本身强度抵抗高温、高压和高速热气流冲刷而不剥落，如此即可节约成本也可以提升效率。
关键词：改性聚氨酯；高碳化；混成耐烧蚀材料研究中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1001-1625（2015）08-2387-05Ablation of Materials Ｒesistant Modified Polyurethane HybridCHENG Yu ，WANG Su-juan（College of Chemistry and Environmental Science ，Hebei University ，Baoding 071002，China ）作者简介：程宇（1994-），男．主要从事高分子材料方面的研究．Abstract ：The purpose of this study is that the development of resistance to high carbonation ，high-strength silicone rubber insulating layer of ablative material ，to apply the integrated ramjet rocket （Integral Ｒamjet Ｒocket-IＲＲ）as the thermal protection system．Dow Corning DC93-104by Martin Martietta Aerospace recommended for this system ，is a two component liquid silicone rubber ，a polymer matrix containing part of methyl vinyl silicone （≡Si-C =C ）functional group of phenyl polysiloxane（polymethylphenylsiloxane ），when the department of Pt catalyst ，although DC93-104superior ablative thermal properties ，but low strength coke layer is formed after ablation of high carbonation ，can not resist the high speed hot air stream erosion and peeling ，in order to improve this shortcoming in the engine room had an internal surface spot welding thousands stainless steel wire mesh ，at the time of casting the insulating layer ，so that DC93-104compound could vary within each mesh ，with stainless steel wire mesh for strength coking layer after ablation ，to avoid coking layer is high temperature ，high pressure and high speed hot air stream erosion and spalling in the secondary combustion chamber when the engine to dimensional thermal protection system to work normally．But in the engine compartment of thousands of spot welding stainless steel interior surface wire mesh is a time-consuming ，labor intensive job ，so this study the General Electric Co．and ＲTV 627two-component liquid silicone rubber LSＲ2650high carbonation ，development of high-strength silicone rubber insulation ablation resistance ，and by itself theDOI:10.16552/ki.issn1001-1625.2015.08.0602388试验与技术硅酸盐通报第34卷strength to resist high temperature，high pressure and high speed hot air erosion without falling off，so you can save costs and improve efficiency．Key words：modified polyurethane；high carbonization；hybrid ablation study resistant material1引言美国Aerojet公司于60年代初期，利用石绵纤维、水合SiO2与丁氰橡胶（nitrile butadiene rubber，NBＲ）经混合（mixing）、混练（compounding）、压延（calendering）等程序，制造壁结式绝热层材料V-44，用于各类型火箭发动机。
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２１ ０ ０年 ３月
人
民
黄
河
Ｖｏ ． ２． ． １３ Ｎｏ ３ Ｍａ ．， ０１ ｒ ２ ０
ＹＥＬ ０ ＲＩ Ｒ Ｌ Ｗ ＶＥ
【 利 水 电工 程 】 水
改性聚氨酯 抗磨蚀材料在机组过 流部件 的应用
武现治 吴四 民 郭维克 ， ，
（． １ 黄河水利科学研 究院， 河南 郑州 ４０ ０ ； ． ５ ０ ３ ２ 黄河水利委 员会 ， 河南 郑州 ４ ００ ） ５０ ３
一
般耐磨倍数可用两 种材料 的耐 磨指数 比较计 算 。从表 １中
表 １ 各 种 材 料 的 抗 磨 蚀 指数
可 以看 出聚氨酯材料的防磨蚀性能明显优于其他材料 。
材 料
聚氨酯 炭 化钨 渗铝钢 天然橡胶 热 轧 不 锈 钢 碳 钢 磷青钢 玻璃钢 １４・ ０
耐磨指数
８ ２ ０ ５ Ｏ ５ ５ ８ ０ １０ ０ １０ ９ ９７ ０
材
料
耐磨指数
６ ０ ３ １ ５ ５ ７ ２ ９ ６ １８ ３ ３８ １ ４５ ３
金属 陶瓷 尼龙 ６ ６ ／ 高锰钢 聚 四氟乙烯 聚 碳 酸 酯 低 亚 聚 乙 烯 铝合金 硬
区， 金属和介质 中有 电流 流动 。冲刷磨 蚀是液体 高速流动或液
摘
要 ： 了避免水 电机组过流部件遭受空蚀破 坏与泥沙磨损 ， 为 可在 易磨蚀 的过流 部件表 面涂敷 改性 聚氨 酯弹性涂层 。
实践检验证 明： 水电机 组过 流部件 经过 有改性聚氨 酯涂层 的防磨蚀 处理后 ， 具有优 良的防磨蚀效 果 ， 多泥 沙河流上 运 是
行 的水 电机组较理想的 、 科技含 量高的新型高防磨蚀技 术。
期、 影响发 电效率 的一 个 重要 因素。黄河 属 典 型 的多 泥沙 河 流， 新疆及西南地 区的一些河 流属 季节性 洪水 多泥沙 河流 ， 泥
沙对水轮机的磨 损和破坏都非常严 重。 为了避免水电机组过流部件遭受的空蚀破 坏与泥沙磨损 ，
需要高性能抗空蚀和抗磨损材料。多年来 ， 相继涌现 出了系列 防磨蚀 材料 或技术 ， 主要有环氧金刚砂技术 、 尼龙 喷涂 、 属热 金
喷涂及耐磨 焊条 等 ， 都取得 了一定的效果 。试 验研究及 实际应
用结果表明 ： 过改性 的聚氨 酯弹 性 涂层 有优 良的防 磨蚀 性 经
能， 比不锈钢防磨 蚀性 能提高 几十倍 ； 易磨蚀 的水 电机组 的 在
过流部件表面涂 敷改性 聚氨酯 弹性涂 层 ， 增强其 防磨蚀 能力 ， 减轻空蚀破坏和泥砂磨损 ， 比较理 想的方案 。 是
二胺扩链剂逐步加 成聚合 。它是一 种介 于一般橡 胶 和塑料 之 间的弹性材 料 ， 既具 有橡 胶 的高 弹性 ， 又具 有塑 料 的高强 度 。 表１ 是各种材料 的抗 磨指数 ， 比较各种 材料 的抗磨 指数 ， 可 就 以说 明各种材料 的耐磨 性。指数越 小 ， 其材料 抗磨 性能越 高 ，
体中的推移质作用而产生的 。这种磨蚀在 金属表 面上成槽 形 、 波浪形 、 峡谷状等 ， 没有 磨蚀产 物 的遗 留。冲刷磨 蚀 比磨 损或
＇
收 稿 日期 ：０９ ６ ｌ ２ ０ －０ 一 Ｏ
基金项 目： 黄科院所长基金 资助项 目（ Ｋ Ｊ Ｙ 一 ０ ８— ４ 。 Ｈ Ｙ～ Ｂ Ｗ ２０ １ ）
孔隙 、 密封垫 片表 面以及 螺丝和铆钉下 的缝 隙 内。应 力腐蚀是
在一定的水环境 中由于外加或本 身残 余的应力 ， 加之 腐蚀 的作
用， 因此导致金属早期 破裂 的现象… 。
性能下降不会超过 １％， ５ ０ 而 ０多年以后才可能发生分解。 从表 ２看 出聚 氨酯材 料性 能 比橡 胶优 异得 多。从 硬度 来 说， 普通橡胶 邵氏硬度最 高只 有 ５ Ｏ～６ Ａ， ０ 而聚氨 酯 弹性体 硬
表 ２是几种弹性高分子材料 的性 能 比较 ， 以看 出聚氨酯 可 弹性体各种性能远远超过其他 高分 子材料 。
表 ２ 几种பைடு நூலகம்性高分子材料 的性能 比较
叶、 底环 和顶盖等 ） 在动水工 况下承受水 流和泥 沙的双重 作用 ， 容易发生磨损和汽蚀 的现象 ， 成为 缩短机 组寿命 、 短大 修周 缩
作者简介 ： 武现治（９１ ） 男， 南洛阳人 ， １７一 ， 河 工程 师， 主要从 事水 利水 电工程
结构过流部件 防磨蚀等研 究工作。
Ｅ－ ｉ：ｓ＿ ５ １３ ｃｍ ｍａｌｂｊ０ ＠ ６ ．ｏ
・
人 民 黄 河 ２１ ００年第 ３期
简单的腐蚀单独存在时所造成的损伤加在一起还要厉害， 是冲 刷与腐蚀相互促进的结果。缝隙腐蚀一般发生在处于流体中 的金属表面或其他屏蔽部位 ， 是一种严重的局部腐蚀。经常发 生在金属表面的缝隙中。缝隙腐蚀发生的部位通常处于金属
关 键 词 ：改 性 聚 氨 酯 ；水 电机 组 ；过 流 部 件 ；防 磨 蚀
中图分类号 ：Ｔ ４ Ｖ９
文献标识码 ： Ａ
ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ 一３９ ２ １ ．３ ０７ ｏ：０ ３６ ／．ｓ ．０ ０ｔ７ ．００ ０ ．４ ｓ
在多泥沙河 流 中 ， 电机 组 的过流 部件 （ 轮机 叶轮 、 水 水 导
１ 改性聚氨酯弹性体材料的性能
聚氨酯 弹性体是 一种主 体含有 较多 氨基 甲酸酯基 团 的合 成材料 ， 一般 由聚酯 、 聚醚和烯 烃等 多元醇 与异氰 酸及 二醇 或
注： 抗张强度 、 裂强度为美 国标准。 撕
２ 水 电机组过 流部件 的磨蚀机理
在 动水工况 下 高速含 沙水流状 态非 常稳定 ， 电机 组过 水 流部件在含有 推移 质的高速 水流的作 用下 ， 腐蚀和磨损通 常都 发生在某一 固定位 置。过 流部件 的磨 蚀是非 常复 杂的 ， 常情 通 况下几种磨蚀 同时存在 。 化学腐蚀是金属与介质发生化学作 用而引起 的腐 蚀 ， 在作 用过程 中没有 电流产 生。化学腐蚀 一般 是金属 （ ｅ 和水 中的 Ｆ） 阴离子 （ Ｈ一 之 间的反应 。电化学 腐蚀是 金属表 面与介质 发 Ｏ ） 生 电化学作用 而引起 的腐蚀 ， 作 用过 程 中有 阴极 区 和 阳极 在