水轮机过流部件抗磨蚀的新技术 论文

1、水轮机过流部件抗磨蚀的新技术水轮机过流部件抗磨蚀的新技术 论文论文关键字：磨蚀 水轮机 部件 喷涂 电站 引水 固化 环氧树脂 转轮摘要：针对河北省引水式电站水轮机磨蚀严重问题，应用非金属抗磨材料涂层防护水轮机过流部件效果明显，并推广应用取得了显著经济效益。关键词：水轮机抗磨蚀过流部件河北省小水电站基本分两种类型：一类为原有水利工程配套而建设的坝后式电站和灌渠上的电站；第二类是河道引水式电站。第一类电站水质好、水流清澈；第二类引水式电站存在水质差、杂物多、泥沙含量大等问题。加上近年来生态环境恶化，水土流失加剧及建设初期考虑泥沙磨蚀问题不够充分，所以引水式电站水轮机泥沙磨蚀问题愈演愈烈。这个严重

2、的问题就摆在了我们面前。1 1河北省引水式电站磨蚀现状河北省引水式电站磨蚀现状1.11.1引水式电站分布情况引水式电站分布情况河北省水利系统单机 500kW 及以上电站 51 座，水轮发电机组总台数 130台，装机 161.862MW，2000 年发电量 20.844GWh，其中河道引水式电站 26 座，占 50.9%，水轮发电机组总台数 70 台，占 53.8%，总装机 60.202MW，占 37%，2000 年发电量 114.80GWh，占 55%。分布在漳河、滹沱河、唐河、沙河、拒马河、潮白河、滦河干流及主要支流上。这些电站所处河流均是河北省挟带泥沙较严重的河流，如漳河多年平均输沙量为

3、2580 万吨，唐河多年平均输沙量为 180 万吨，这些河流上的水电站无一例外地存在着水轮机磨蚀问题。随着小水电建设步伐的加快，全省 500kW 及以上电站中引水式电站所占比例越来越大，见表 1。表表 1 1河北省河北省 500kW500kW 及以上引水式电站发电量简况及以上引水式电站发电量简况年份1989199019931997500kW 及以上电站发电量(GWh) 192.856204.449161.637362.52引水式电站发电量(GWh)59.52483.293971.02164.07引水式电站发电量所占比重(%)30.8640.7443.9755.264采用水轮机过流部件抗磨蚀新技

4、术的优点近年来与全国水轮机磨蚀试验研究中心合作、试验和应用推广了几种非金属抗磨蚀新技术，其优点与创新点在于：整体加工、消除局部变形；可在复杂、窄小的转轮流道中全方位的涂抹保护；在工件表层形成包衣替代过流部件的更换，延长过流部件使用时间；工艺简单，易操作、费用低、易推广。5 5水轮机过流部件抗磨蚀新技术实验过程水轮机过流部件抗磨蚀新技术实验过程5.15.1水轮机过流部件抗磨蚀技术抗磨材料的筛选水轮机过流部件抗磨蚀技术抗磨材料的筛选根据五一渠输沙量颗粒分析，见表 2。对固定部件采用环氧金刚砂修补，常温修补经过三级电站 3#机组及五级电站 4#机组实验，发现抗磨蚀性能良好。但与水轮机母体材料粘接强度

5、差、易剥落，一般运行 36 个月发生 60%左右的剥落。根据现场实际，课题组决定采取加温至 50时施工，得到了良好效果。对转动部件根据拒马河挟沙情况，最先使用弹性橡胶涂层，经过实验发现弹性橡胶在转轮叶片负压区粘接力弱，出现大片剥离脱落，而此处正是空蚀最严重区域，随后课题组经过研究决定改用复合尼龙保护。最后课题组经过反复实验、研究、比较、筛选最后确定对水轮机固定部件采用中温环氧金刚砂修补，转动部件使用复合尼龙喷涂粉末保护。5.25.2转轮采用复合尼龙粉末喷涂转轮采用复合尼龙粉末喷涂复合尼龙粉末为灰白色粉末，由高分子材料尼龙、环氧和多种添加剂经复合处理混合而成，既具有尼龙材料的耐磨、耐冲击性能又兼

6、备环氧的优异的粘接性能。粉末喷涂在表面经过喷沙处理加热至 200左右的转轮上，粉末喷涂就熔融流平形成保护层，经固化成膜，具有优良的耐磨蚀性能，其抗磨系数是30#钢的 23 倍，耐磨蚀性能是 30#钢的 1.5 倍，粘接强度达 60MPa 以上，剪切强度 35MPa，替代工件表面抵御流体中泥沙颗粒及空蚀的破坏，从而使工件使用寿命延长，保证了使用期的效率，其施工工艺也比较简单，首先将转轮去油污后喷沙除锈露出金属本体，并形成表 2五一渠沙样筛分试验表一定毛糙度。用表面活性剂刷涂转轮表面，以加强金属与高分子材料的粘接力和界面防水性，然后在烘箱内加温，使温度达到 200220后保温 3060分钟，取出后

7、用净化的 0.1M0.2MPa 的压缩空气，通过专用喷枪，将装在专用喷粉器内的复合粉末喷涂到转轮表面并熔融流平，若一次喷涂厚度不足，可多次喷涂，最后在烘箱内保持 180固化 4560 分钟取出，完成全部工艺。复合尼龙粉沫喷涂工艺简单、易操作，只要空气能流通之处均能涂复，适合于造型复杂、流道较小的中小水电机组转轮，且施工时间短，1015 分钟即可喷涂一个转轮，但对温度控制要求严格。5.35.3对水轮机固定部件采用环氧金刚砂涂层保护对水轮机固定部件采用环氧金刚砂涂层保护环氧金刚砂由环氧树脂为主体辅以多元醇缩水甘油醚为活性稀释剂，加固化剂组成，其组成配方见表 3。环氧树脂具有优异的粘接力，并且施工工

8、艺简易，可在常温下施工。在加温至 5060时与钢铁的粘接抗拉强度为 40M60MPa。剪切强度为 20M35MPa，加入刚性填料金刚砂后抗磨性能优异，抗磨系数是 30#钢的 2 倍，耐磨蚀性能相当于 30#钢。其加工工艺是：工件去油污后经喷沙除锈露出金属本体，并形成一定的毛糙度。用表面活性剂刷涂需要涂复的工件表面，以强化粘结界面的粘接力和防水性，然后将工件加热至 50左右将环氧树脂及活性剂、固化剂按比例搅拌均匀，呈乳棕色胶体状，用刷子或刮板，涂复在所需修复工件的表面上作为基层；再将余下的部分按 15 重量比例加入金刚砂，充分拌合均匀成沙浆状，用刮板或加热后的抹刀涂复到基层上，充分压平使表面光滑，达到要求的厚度。可采用常温 23 天固化或处于 50左右范围内 34 小时固化后即可使用。表表 3 3环