安康水电厂3#水轮机尾水管抗磨蚀处理
2008-01-18 14:08:47 来源:
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电力18讯: 摘 要:针对安康水电厂水轮机尾水管磨蚀破坏情况进行了分析,提出了利用喷涂技术进行抗磨蚀处理的方法。结合安康水电厂的实际情况,对喷涂材料、喷涂方法进行了试验和研究,最终选出最佳方案。
关键词:水轮机尾水管 抗磨蚀 喷涂处理
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<
关键词:水轮机尾水管 抗磨蚀 喷涂处理
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<
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