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水轮机叶片抗磨蚀材料的应用

发布日期: 2020-03-26

来源: www.qdf0605.com

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  • 资料类别: 水利水电
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  • 更新时间: 2020-03-26
  • 发布者: 清道夫环保网

基本简介

水轮机叶片抗磨蚀材料的应用

1 水轮机叶片磨蚀情况简介

青铜峡水电站始建于1958年,1967年首台机组发电,水轮机化工技术水平落后抗磨蚀能力低下,过流通道设计缺陷较多。随着库区泥沙淤积,库容减少,机组过流泥沙不断增多,颗粒逐年粗化,高速含沙水流造成水轮机过流部件空蚀磨损非常严重。

青铜峡水电站水轮机在上世纪90年代以前其叶片的材质为铸钢,制造时间均为50~60年代。在电站投产的初期,由于上游来水含沙量不大,电站上游水头、库容等可以满足设计要求,因而水轮机叶片的汽蚀、磨损情况并不严重。然而随着黄河上游土壤的不断沙化,水土流失严重,上游 来水中的含沙量不断增加,库区淤积的情况日趋严重,水轮机的运行环境逐步恶化,电站过流通道设计上的缺陷日益彰显。

电站机组运行至1980年中期,水轮机叶片及过流部件的汽蚀、磨损情况达到了最为严重的时期。其间,水轮机叶片在运行一个检修周期(5~6后,其背面的强汽蚀区域及其周围呈现蜂窝状蚀坑,蚀坑深度达到30~40mm,汽蚀面积约占叶片背面面积的60%~70%单个叶片背面面积约为5m2);叶片外缘磨蚀破坏呈锯齿状,磨蚀破坏使得叶片与中环间隙达到了20~30mm,远远超出了转轮叶片的设计间隙。

叶片汽蚀区域的补焊所消耗的焊条最多时可达到4000kg左右,平均单个叶片的补焊重量达到900~1000kg

2 抗磨蚀材料在轴流转浆水轮机上的应用

青铜峡水电站水轮机磨蚀破坏情况,不仅困扰着电站机组的安全稳定运行,而且造成机组检修成本提高,职工劳动强度增大,是电站几代人致力于解决的问题。

结合电站机组的实际情况,通过多方的努力和实践,在水轮机抗磨蚀方面取得了一些成果应用了一些抗磨蚀的措施取得较好的效果。

3 不锈钢转轮及叶片的应用

通过对铸钢与不锈钢材料的对比研究,发现不锈钢材质的抗磨蚀性能远高于铸钢。由此,在青铜峡水电站水轮机叶片及转轮室采用贴焊不锈钢的方法进行抗磨蚀的验证,并逐步进行了不锈钢叶片及转轮的更换,应用效果较好,但磨蚀情况在机组运行一个检修周期后依然比较严重。

4 环氧砂浆的应用

青铜峡水电站1975年至1986年进行了环氧砂浆抗磨蚀材料在水轮机上的试验性应用,期间进行了工艺及配比的多次探索和实践,固化剂、各种添加剂及填料经过多次的调整和更新。

1987年,新的配比,在电站6号组水轮机进行试验涂抹的环氧砂浆保护层运行38252h,1995年停机检查保护层保留率达92%~95%,取得了明显的抗磨蚀效果。

应用实践证明,青铜峡水电站环氧砂浆抗磨涂层具有良好的抗磨蚀性能,先后在电站水轮机过流部件导叶、座环、转轮轮毂、泄水锥等上加以应用, 尤其是在水轮机叶片正面的抗磨蚀性能表现良好,但叶片背面强汽蚀区的涂层在运行一段时间后即出现脱落情况,且在一个检修周期内完全没有保留。

这种情况个人认为并不是其抗磨蚀性能不够,而是其与金属表面的粘附力不足,还需要不断探讨和改进工艺。

5 抗磨蚀金属涂层的应用

5.1 火焰喷焊涂层的试应用

青铜峡水电站于1998年开始在水轮机叶片上尝试应用金属涂层。首次试用的机组为3号机组水轮机叶片,采用的是金属热喷涂化工技术中的火焰喷焊涂层的方法,试用的范围仅限于叶片背面距外缘500mm以内及正面50mm以内,运行一个汛期后检查涂层基本完全脱落。此次热喷涂涂层的试用失败,分析得出的结论火焰喷焊涂层的化工技术还不是非常成熟,喷焊过程为纯手工操作,工艺不够完善,涂层喷焊厚薄不均,实际操作的难度比较大。

5.2 超音速喷涂涂层的应用

超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel,简称HVOF)法主要是采用高压水冷的反应腔和细长的喷射管,将燃料煤油、乙炔、丙烯和氢气和氧气送入反应腔燃烧,产生高压火焰。

燃烧火焰被喷射管压缩并加速喷射。喷射粉末可以用高压轴向送入或从喷射管侧面送入。

另一种方法是将燃料煤油、乙炔、丙烯和氢气和氧气通过高压喷射,在喷嘴外燃烧,喷射粉末用高压气体从喷嘴内轴向送入火焰中,然后通过嘴外空气罩中的压缩气体将燃烧火焰压缩、加速,并将熔融的粉末喷向基板。

采用超音速火焰喷涂获得的涂层最高密度可达理论密度的99.9%,强度达70MPa以上。可喷涂较厚涂层,喷涂效率高。

2000年采用该法对青铜峡水电站自行修复的6号水轮机叶片上进行了全面的喷涂,运行15284h后检查叶片正面及外缘涂层基本完好,厚度无明显减薄,背面强汽蚀区域涂层局部脱落,叶片母材磨蚀2.5~4.4 mm

20055月再次进行检查,发现涂层脱落面积加大,修复区域的损坏程度加剧,而正面及外缘涂层仍然完好,磨损量很小,表明涂层抗磨蚀性能非常优良,但对于背面强汽蚀区域的抗汽蚀能力及粘附力依然有所欠缺。

5.3 非金属抗磨涂层的应用

近十年来,聚氨酯抗磨蚀材料在水电站的应用中越来越广泛,青铜峡水电站在导水叶立面密封、顶盖抗磨板、底环抗磨板等水轮机过流部件上都加以应用。

从应用的实际情况来看,以及聚氨酯与其他材料的性能比较,聚氨酯抗磨蚀材料具有极强的抗磨蚀性能。

目前,在水轮机上应用的非金属抗磨蚀材料是在环氧金刚砂的基础上研究开发的改性聚氨酯复合砂浆,对于低水头运行的水轮机抗磨蚀效果非常好,水轮机强汽蚀区域没有磨损情况。

正在开发应用的改性聚氨酯弹性体同样具有极强的抗磨蚀性能,但需要解决的问题是与水轮机叶片的粘接强度不够,还需要进行更深层次的探讨和研究。

6 结语

轴流转浆水轮机的抗磨蚀处理没有可以借鉴的、固定的工艺和施工方法。青铜峡水电站进行的水轮机叶片抗磨蚀处理,是结合电站机组实际情况可以采取的合理的处理方式和工艺对于相同类型的、具有类似情况的水轮机叶片的抗磨蚀处理具有现实的指导意义和值得借鉴的宝贵经验。

目前,应用于水轮机上的抗磨蚀材料各有利弊,工艺、化工技术水平、抗磨蚀性能等都有非常突出的特点,但在轴流转浆水轮机叶片上的应用适用性,还需要我们不断地研究和探索。

 

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