|
|
设
备
管
理
网
s
b
g
l
.
j
d
z
j
.
c
o
m
|
 |
安康水电厂3＃水轮机尾水管抗磨蚀处理 |
|
|
| 安康水电厂3＃水轮机尾水管抗磨蚀处理 |
|
作者：佚名 文章来源：技术论文 点击数： 更新时间：2008-10-13 8:55:28  |
|
1 概述
安康水电厂是陕西省大型骨干电厂之一。70年代中期开始设计，1992年第一台机组发电。电站装机4台，单机容量200 MW，总装机容量800MW。水轮机转轮型号HL220－LJ－550，属从前苏联套用来的老式转轮，存在效率低（模型最高效率为90%）、高效区狭窄、振动区范围大、引水板易开裂等问题，对机组的安全稳定运行产生严重的影响。由于转轮设计及制造的缺陷，水流在进入转轮后产生了脱流和撞击，并持续不良状态进入尾水管，使尾水管的凑合节及补气管产生了明显的空蚀现象。就3＃机尾水管而言，其破坏程度很严重。在凑合节处高400 mm、周长20 m左右的区域内布满了深坑、凹槽，平均厚度损坏达5 mm左右，最严重的地方已穿破钢管，形成漏水和射水现象，直接危害着机组的安全运行（图1）。尾水管原设计有十字补气架，但由于水流状况恶劣，振动很大，导致十字架自动脱落，后改为短管补气，并另设有4个射流泵补水管。由于水流在尾水管内正向环量过大，切向速度遇到补气管后产生严重脱流，导致管口后出现严重的空蚀破损现象，其破坏程度最大深度已达10 mm左右。电厂每两年就得对其修补1次，但效果始终不理想。利用不锈钢进行补焊又会出现不锈钢与基材结合部位的更严重破坏。因此，针对安康水电厂尾水管破坏面积较大，破坏较严重的这种情况，用传统堆焊的方法进行维修不仅工作量大，而且很难控制变形，不易保证表面光滑性。在材料方面，如用碳钢焊条修补则不能达到抗空蚀的目的，而用不锈钢焊条焊接又会使其与碳钢基材的结合部位发生更严重的破坏。鉴于此，我们考察了目前在水轮机转轮上应用的抗蚀喷涂技术，对喷涂材料、喷涂方法、喷涂设备、涂层功能等作了进一步的试验和研究，并结合表面技术，决定采用热喷涂方法来解决安康水电厂这一难题。
2 热喷涂技术简介
热喷涂技术是一种表面强化技术。它采用电弧、等离子弧、燃气与氧气等形式的热源，将被喷涂的涂层材料熔化或半熔化，并在气流的作用下使之雾化形成微细熔滴或高温颗粒，以很高的飞行速度喷射到经过处理的基体表面，形成具有某种功能的涂层。依据所选材料及喷涂方法的差异，所得涂层具有耐蚀损、抗氧化、电导与电阻、抗大气和浸渍腐蚀、耐化学腐蚀、隔热耐高温、恢复尺寸、机件间隙控制等功能。近年来又扩展到装饰或生物工程等领域，从而热喷涂在工程技术界得到广泛应用，已经从最初的简易维修扩充到航天、航空、交通、铁路、石化、采矿、冶金、电力、机械等各领域。热喷涂根据提供热源的不同分为燃烧法及电热法。前者包括燃烧火焰喷涂 、爆炸喷涂、高速火焰喷涂（HVOF）及亚音速火焰喷涂；后者包括电弧喷涂及等离子喷涂。热喷涂的这几种方法各有特点：火焰喷涂成本最低、适合喷涂一些金属或合金等低熔点的材料；电弧喷涂的操作成本低，涂层质量好于火焰喷涂，但只能喷涂一些能导电的材料；爆炸喷涂的粉末飞行速度很高，涂层致密，结合强度高，但灵活度较差 ，用途受到限制。热喷涂技术的最大特点是沉积速度高，通常一个单元设备的喷涂速度为5～8 kg／h，最多可达15kg／h；二是可选择的喷涂材料广泛，材料不同，涂层性能亦千差万别，从而可提供性能各异的涂层表面，满足各种不同的需求。
3 尾水管凑合节喷涂方法分析
安康水电厂水轮机组由于长期处于高落差及含泥沙的水流冲刷下，其导叶、转轮 、尾水管等部位普遍出现磨蚀现象。根据河流含沙量的不同、水轮机的技术参数、设备的制造和安装的区别，水轮机组的磨蚀状况差别也很大。具体到安康水电厂，由于汉江水质含沙量不高，但机组运行工况较差，尾水管破坏表现为空蚀磨损共同作用结果 。因此，针对这种情况，我们选择尾水管凑合节及补气管附近区域作为实验区，设计了一套喷涂方案。
3.1 喷涂方法选择
3.1.1 底层喷涂方法选择
在尾水管凑合节的底层喷涂中，我们选择的喷涂方法是超音速电弧喷涂。普通的电弧喷涂具有热效率高、生产效率高、操作简单、生产成本低、涂层结合强度较高(与一般火焰喷涂相比)的优点，但与HVOF和等离子喷涂相比又具有涂层与基体结合强度低 、涂层孔隙率高的缺点。超音速电弧喷涂从提高压缩空气气流的速度出发，来提高喷涂粒子的速度，使粒子的速度接近音速。粒子速度对涂层的性能有很大的影响，粒子速度高，粒子沉积时对基体的撞击作用就强，粒子变形就充分有利于粒子与基体、粒子与粒子之间的结合，从而提高涂层的结合强度和涂层的内聚强度；粒子速度高，粒子沉积前在空气中的飞行时间短，飞行中产生的氧化物少，有利于粒子之间的结合，从而提高涂层的内聚强度，降低涂层的孔隙率。粒子的速度越高，越有利于获得高质量的涂层。
由于尾水管凑合节底层的主要作用是增加耐磨层与基材的结合强度，防止暴露于大气或水流中的腐蚀元素，透过涂层中的孔隙使涂层与基体发生化学或电化学侵蚀,导致涂层失效。选择超音速电弧喷涂的涂层具有结合强度高、孔隙率低、表面粗糙率低 、成本低的特点，比较适应安康水电厂的现场情况。
3.1.2 耐磨涂层——面层喷涂方法选择
在尾水管凑合节的耐磨层——面层的喷涂中，我们选择的喷涂方法是亚音速火焰喷涂。
由于尾水管凑合节部位耐磨层的主要作用是耐冲击、抗磨蚀，而基材部分为防止变形不能承受高温。亚音速火焰喷涂的特点是火焰焰流速度很高，粒子速度可达250～300 m／s，涂层与基体的结合强度高达60 MPa以上，恰好满足这一要求。
3.2 喷涂材料选择
3.2.1 底层喷涂材料选择
根据尾水管喷涂部位涂层底层的要求，既要增加结合强度同时还要防止对基材的腐蚀，我们初选了A、B、C三种材料，经过对三种材料制成的试块涂层的试验分析，我们选定B型材料作为底层喷涂材料，该材料具有以下特点。
·B型的型貌和成分。
B型材料粒子基本成球形，平均粒度为4.32μm，较大的为18.8μm，较小的为1μm
·B型涂层性能
从试验结果看，亚音速火焰喷涂B型涂层的结合强度平均值达60 MPa，普通电弧喷涂只有20 MPa，这是亚音速火焰喷涂粒子速度提高后的直接结果。从B型涂层金相照片可知，粒子基本上呈扁平状，变形充分，极少数粒子呈球状，涂层均匀致密，层状结构明显，涂层和基体结合良好，结合面上缺陷少，没有大的孔隙与裂缝。孔隙平均大小为0．9μm，面密度为0．9%，体密度为0．7%。经显微硬度计测量，B型涂层的显微硬度平均为397／HV。显微组织对涂层的硬度有较大的影响，对同一种材料的涂层，涂层越致密，显微硬度越高，疏松的组织将降低涂层的显微硬度。
3.2.2 耐磨层——面层喷涂材料选择
安康水电厂尾水管喷涂部位面层的主要作用是耐磨损、耐冲蚀、抗空蚀和抗微振等，因此我们选择了五种材料作对比试验，并从中优选出金属陶瓷粉作为耐磨层的喷涂材料，该材料的主要特性如下：
·结构与组成
作为热喷涂材料，金属陶瓷粉有不同的结构与组成。在结构上，分为混合型及包覆型，前者是将粘结相和硬质相粉按一定粒度和重量要求机械混合而成。包覆型出现于80年代初，它是利用化学及冶金方法，在粘结相粉外围表面上包裹一层连续的硬质相合金膜，成为一种复合粉。这种粉末的优越之处在于粘结相包裹在硬质相粉外围,在喷涂时有效地保护了它，使之在喷涂时减少了失碳的可能性，由于每一颗粒都同时具有两组份，所形成的涂层质地均匀、均质化程度高。粘结相——硬质相粉的组成，主要是指两组份之间的比例。粘结相合金本身的组成，通常选用80%Ni20%Cr，而粘结相合金的含量，可由0增至50%。没有粘结相，硬质相粉本身也能被喷涂，但粘着力极差 ，涂层多孔，故很少单独使用。随着粘结相的增高，涂层的韧性加大，但硬度降低，耐磨性较差，只有二者比例恰到好处，涂层的抗高温性、耐磨性和耐蚀性才达到综合最佳值。
4 结语
根据分析试验研究结果，我们制作了B型材料和金属陶瓷粉末的涂层试块，并进行了相应的金相实验，经过对试验数据和金相组织照片的分析，我们认为采用自行研制的B型材料作为底层喷涂材料，金属陶瓷粉材料做为面层喷涂材料，底层喷涂使用超音速电弧喷涂，面层使用亚音速火焰喷涂这一方案对安康水电厂尾水管进行抗磨蚀处理 ，该方案在技术上可行，在喷涂材料上的选择比较适合安康水电厂的情况，且操作成本较低。在今年安康水电厂3＃机大修期间，利用此方案对3＃机尾水管部分部位进行了喷涂处理。该方法的实施对解决尾水管大面积磨损破坏问题提供了一条新的途径 。
参考文献
［1］王汉功．超音速电弧喷涂技术［M］．北京：国防工业出版社，1999．
［2］莲井淳 (日)．喷镀技术［M］．北京：国防工业出版社，1978．
［3］王汉功，查柏林，苏勋家．超音速电弧喷涂技术及应用［J］．热喷涂技术 ,2001，7(1－2)．
［4］贾永昌．热喷涂材料：现状与未来［J］．热喷涂技术，1998，4(4)．
|
|
| 资讯录入：admin 责任编辑：admin |
|
|
上一篇资讯： 地震对汽轮发电机组振动幅度影响的实例分析及预防措施的探讨
下一篇资讯： 大同二电厂循环水处理运行方式试验研究 |
|
|
| 【字体：小 大】【发表评论】【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口】 |
|
 网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！） |
|
|
|
|
|
