水电厂构件的防汽蚀研究（周松 张宏雁 刘永忠）

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1、水电厂构件的防汽蚀研究（周松张宏雁刘永忠） 　　摘要：水电厂构件汽蚀和磨损的机理复杂，它与构件设计、运行工况、流体力学密切相关。以应用于里县电厂2号机转轮防汽蚀超音速电弧喷涂SCZ38合金的实际应用效果，认为积极采用热喷涂技术能够对水电厂构件的防汽蚀保护提供一个实际且可靠的解决办法。 　　关键字：水轮机；转轮；防汽蚀；超音速电弧喷涂 　　随着西部大开发的加快和国民经济的快速发展，近年来用电量逐步的增加，四川电力紧缺已成为不争的事实。四川水力资源蕴藏丰富，作为目前中国水电第一大省的四川省，将迎来水电支柱开发和水电建设的大机遇。

2、在目前的形势下，水电厂在电力系统中占有越来越重要的位置。同时，由于近年来江河沿岸的水土流失严重，河流中的泥沙含量增加，使水轮机组运行环境恶化，水电厂构件的汽蚀问题也成为影响电力系统安全越来越严重的问题，它的直接危害主要表现在：(1)使构件减薄，据统计一般每年减薄量约为10mm左右，严重的可达20mm/年，检修周期缩短，增加了电厂的临时性检修和大修工作量，使电厂运行成本增加，给电厂造成很大的经济损失。(2)发生构件突发性破坏事故，造成紧急停机抢修，不仅增加了工人劳动强度和额外的检修费用，直接影响企业效益，而且打乱了电厂的正常发电

3、秩序，减少发电产值，干扰了地区电网的正常调度，影响当地工农业生产，由此也造成了很大的社会影响。 　　水电机组的水轮机导叶、转轮、上下顶盖、上下底环抗磨环、压力钢管、集电环、尾水锥管等普遍存在严重的汽蚀问题，尤其是在水质不好的地方，情况更加严重。因此，需要寻求一种解决问题的技术方法，增加构件的抗汽蚀能力，以延长构件的实际使用寿命。而热喷涂技术正是这样一种技术，在水电厂的高效抗汽蚀研究具有广阔的应用前景。 1防止汽蚀的途径 　　根据构件产生汽蚀的原因，可以考虑采用有效的方法来进行防止。常用的最直接有效的防止措施是采用表面防护

4、方法。 　　1)涂刷法：涂刷的涂层塑性、热膨胀性等不能适应水电厂构件的实际运行工况，使用中易产生脱层，实际应用效果差。 　　2)电镀、热渗镀：镀层的覆盖性及结合度较好，但受工件尺寸限制，镀件在现场中的镀层也会出现薄弱环节，降低使用性能。无法对已有设施进行再次防腐。 　　3)热喷涂：适合现场操作，涂层材料选择范围宽，组合方式多，能提供多种性能涂层，对已有设施的未防护部分进行追加防护，已防护部分进行再次防护。 2超音速电弧喷涂 　　超音速电弧喷涂技术利用了流体力学中的"拉伐尔喷管原理"，使喷涂时的粒子速度真正超过了音速。

5、通过对该技术的引进，特别是针对喷涂设备笨重、庞大、不利于现场施工的缺点，进行大胆的设备结构改造和功能完善，达到的突出特点是现场实用性强、喷涂性能好、涂层质量显著提高。与普通电弧喷涂和火焰喷涂比较如表1。 　　由于超音速电弧喷涂技术的先进性--粒子喷射速度快(比普通电弧喷涂快4倍)，其技术性能比普通电弧喷涂有本质的提高，改善了涂层的孔隙率、颗粒度、结合强度等性能，增加了涂层厚度调节范围及可利用的涂层材料选择范围，可以大大拓展电弧喷涂的应用范围。 　　但原有超音速电弧喷涂的应用还几乎停留在普通电弧喷涂技术的基础上，只是简单地利用

6、其性能的提高，基本上处于一种被动应用的状况。比如喷涂材料，仍然沿用原有电弧喷涂用丝材，没有针对超音速电弧喷涂技术的先进性专门开发新型涂层材料。针对电力系统机组运行的环境和特点，投入了大量人力、物力、财力对喷涂技术进行了进一步的研究，开发出了SCZ06、SCZ12、SCZ16、SCZ20、SCZ30和SCZ36系列喷涂材料，增加其在电力系统的现场实用性，最大限度地利用超音速电弧喷涂的先进性，实现良好的表面涂层。 3超音速电弧喷涂SCZ16合金的应用 　　由于泥沙磨损破坏产生在水轮机过流部件的表面，而用高强度不锈钢制造整体轻又

7、比较昂贵，因此采用合用的表面耐磨的方法既实用又经济。实验表明，含沙水流中硬颗粒泥沙的硬度超过水轮机过流部件材料硬度时，就会产生磨损。因此，对金属材料或保护层的要求是既要有足够的硬度(一般HRC50～55)，晶粒微小，金相结构致密，又要有一定韧性。 　　对于水轮机导叶、转轮、上下顶盖、上下底环抗磨环、压力钢管、集电环、尾水锥管等既受磨损又受汽蚀、腐蚀的构件，应开发超厚、超硬涂层技术和抗汽蚀、抗腐蚀、磨损的多防护技术，关键在于选择和开发涂层材料。成功地开发该技术，不仅能延长在用设备或构件的使用寿命，也能为有关设备的制造厂提供有力

8、的技术支持，较大地增强其产品市场竞争力。 　　超音速电弧喷涂对水轮机导叶、转轮、上下顶盖、上下底环抗磨环等的防止汽蚀应用，是一项开发性较强的技术，涉及技术因素较多。 3.1确定涂层材料 　　根据水轮机构件被防护面的工作环境、工作条件、防护或修复需求，选择涂层材料，并对该