新型耐磨陶瓷技術(shù)在水輪機(jī)上的應(yīng)用

曹慶皎，趙林明，楊樹強(qiáng)

新型耐磨陶瓷技術(shù)在水輪機(jī)上的應(yīng)用

曹慶皎1，趙林明1，楊樹強(qiáng)2

（1．河北工程大學(xué)水電學(xué)院，河北邯鄲056038；2．邯鄲市摩圣機(jī)械維修服務(wù)有限公司，河北邯鄲056001）

結(jié)合小覺水電站被磨損轉(zhuǎn)輪的修復(fù)過程，介紹一種新型耐磨陶瓷技術(shù)。采用這種技術(shù)，可以有效地修復(fù)被磨損的轉(zhuǎn)輪，并使轉(zhuǎn)輪等水輪機(jī)過流部件有較強(qiáng)的耐磨損性能。圖4幅。

水輪機(jī)；磨損；耐磨陶瓷；抗磨處理；平衡處理；加熱處理

1 概 述

小覺水電站位于水資源較豐富的河北省平山縣西部山區(qū)的滹沱河流域。電站安裝有3臺(tái)單機(jī)容量為1500kW的水輪發(fā)電機(jī)組，近年來年發(fā)電量達(dá)1000萬kW?h以上。但由于所在河流含有大量泥沙，造成該電站水輪機(jī)過流部件的嚴(yán)重磨損，縮短了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪等過流部件的使用壽命，降低了水能轉(zhuǎn)換的效率；因此需要采用一定的技術(shù)，解決水輪機(jī)磨損的問題。鑒于這種情況，研究了一種新型的耐磨陶瓷技術(shù)，對該電站的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了修復(fù)。

2 耐磨陶瓷涂層簡介

解決水輪機(jī)過流部件的磨損問題可以從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行等多方面考慮［1］，但是目前采用的主要方法還是對磨損部位進(jìn)行修復(fù)。針對中小型水電站的特點(diǎn)，可以考慮采用表面涂層技術(shù)，使用的材料是金屬陶瓷。金屬陶瓷是一種由金屬（合金）與一種（或幾種）陶瓷相所組成的非均質(zhì)復(fù)合材料，在金屬陶瓷中，陶瓷相體積分?jǐn)?shù)占15%～90%，這使得金屬陶瓷既保持了陶瓷的高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學(xué)穩(wěn)定性等特性，又具有較好的韌性和塑性。金屬陶瓷中陶瓷相通常是由高熔點(diǎn)氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等物質(zhì)組成［2］。

耐磨陶瓷是一種由陶瓷顆粒和硅鋼粉末混合成的雙組份聚合材料，其中包含大顆粒耐磨防護(hù)劑、小顆粒耐磨防護(hù)劑、超金屬修補(bǔ)劑、白色刷涂陶瓷粉末和灰色刷涂陶瓷粉末5種雙組份的環(huán)氧耐磨防護(hù)涂層組合而成。耐磨陶瓷含有超強(qiáng)耐磨材料，具有良好的防磨性和防腐性，耐磨性能是一般金屬的2倍以上，廣泛應(yīng)用于水泵葉輪修復(fù)防磨、泵體磨損復(fù)原、料斗修復(fù)防磨、法蘭面沖蝕腐蝕修復(fù)、閥門修復(fù)防磨、焊縫保護(hù)、金屬管道本體修復(fù)等。

超滑金屬是一種由陶瓷和硅鋼粉末混合成的雙組份聚合材料，涂層固化后，可產(chǎn)生極其光滑的表面，可減少流體的阻力，從而提高設(shè)備的運(yùn)行效率，同時(shí)具有極好的抗腐蝕能力和抗沖擊性能，它在各種流體機(jī)械的增效防護(hù)中被廣泛應(yīng)用。

陶瓷具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高化學(xué)穩(wěn)定性、高絕緣能力、低熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，用作涂層可以有效地提高基體材料的耐磨損、耐高熱、耐腐蝕和抗高溫氧化等性能。陶瓷具有金屬材料難以達(dá)到的性能，所以被廣泛應(yīng)用于制備各種陶瓷涂層。耐磨陶瓷將陶瓷的優(yōu)點(diǎn)和金屬材料的韌性結(jié)合起來，在材料表面噴涂，可使材料兼具金屬的強(qiáng)韌性、可加工性等特性及陶瓷的耐磨損、耐高溫、耐腐蝕及絕緣性等性能，對于延長零部件的使用壽命具有重要意義。

3 耐磨陶瓷涂層的實(shí)施技術(shù)

如圖所示是被磨損的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪（見圖1），修復(fù)時(shí)，首先應(yīng)將已經(jīng)磨損的部分進(jìn)行焊接修復(fù)（見圖2）。

圖1 磨損后的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪

圖2 經(jīng)焊接修復(fù)后的轉(zhuǎn)輪

對焊接修復(fù)后的轉(zhuǎn)輪要進(jìn)行平衡處理及表面清理。表面清理后，要送入升溫房整體加熱處理，然后再進(jìn)行表面抗磨處理（見圖3）。

圖3 表面修復(fù)耐磨陶瓷涂層后的轉(zhuǎn)輪

經(jīng)表面抗磨處理后，轉(zhuǎn)輪的抗磨性能得以提高，但為了減少水力損失，應(yīng)再在表面涂1層新型光滑抗磨材料，最終修復(fù)后的轉(zhuǎn)輪如下所示（見圖4）。

圖4 最終修復(fù)后的轉(zhuǎn)輪

4 結(jié) 論

中小型水電站中水輪機(jī)過流部件的抗磨損問題影響了水輪機(jī)的高效運(yùn)行，本文中給出一種綜合性的表面修復(fù)技術(shù)，不僅可用于修復(fù)被磨損的轉(zhuǎn)輪，也可以用于新轉(zhuǎn)輪的表面強(qiáng)化處理。此外，所給出的修復(fù)技術(shù)還可以減少過流部件的表面摩擦，提高水輪機(jī)的效率。另外，需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，表面涂層還可以重復(fù)修復(fù)，從長遠(yuǎn)角度看，可以降低修復(fù)成本，提高水輪機(jī)的利用小時(shí)，為水電站帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 顧四行，等．水機(jī)磨蝕研究與實(shí)踐50年［M］．北京：中國水利水電出版社，2005．

［2］ 張文毓．耐磨陶瓷涂層研究現(xiàn)狀與應(yīng)用［J］．陶瓷，2013（11）：12_15．

責(zé)任編輯 吳 昊

2014－12－12

曹慶皎（1990－），女，在職研究生，研究方向：水利水電工程。E_mail：752287145＠qq.com