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金属表面涂层技术在大盈江发电厂水轮机上的应用

时间:2013-03-08 09:00:20  来源:华北水利水电学院学报  作者:严大考,王建升,张瑞珠,雷 荣,刘特文,杨 杰

   金属表面涂层技术在大盈江发电厂水轮机上的应用

  严大考,王建升,张瑞珠,雷 荣,刘特文,杨 杰
  华北水利水电学院学报
  
  摘 要: 电火花沉积因具有熔池小、冷却快、涂层均匀的特点而得到广泛应用. 经电火花沉积处理的涂层具有耐高温、耐腐蚀和耐磨蚀的特点. 将该技术应用在云南大盈江发电厂水轮机的表面处理中,电火花沉积层与母材冶金结合,解决了热喷涂防护层与母材结合不牢固的问题,提高了水轮机过流部件的抗磨蚀能力.
  关键词:电火花沉积; 表面处理; 水轮机
  
  1 电火花沉积技术原理
  电火花沉积技术属于表面涂层改性技术,是在传统工艺电火花表面强化基础上发展起来的新工艺. 电火花沉积工艺把电源存储的能量,在金属电极棒( 阳极) 与金属工件( 阴极) 间瞬间高频释放,母材与电极材料间的空气被电离,形成通道,瞬间高温、高压微区便在母材表面产生; 同时呈现离子态的电极材料与母材基体互相熔渗,形成冶金结合[1]. 电火花沉积工艺是瞬间快速升温 - 冷却过程[2].
  2 电火花沉积技术特点
  电火花沉积的设备功率大,旋转电极为2 500 r / min,在氩气保护状态下进行,能够获得 8 ~250 μm 厚度均匀的沉积层. 经过电火花沉积技术处理的金属沉积层具有较高硬度及较好的耐高温性、耐腐蚀性和耐磨性[3 -5]. 与其他常用的表面处理工艺( 如淬火、热喷涂、堆焊、激光熔覆、表面渗氮等)相比,电火花沉积具有以下特点[6]: ①设备简单,造价低; ②沉积工件无大小限制,一般几何形状的平面或曲面均可进行处理; ③沉积层与基体的结合非常牢固,属于冶金结合,一般不会发生剥落现象; ④电火花沉积过程中由于传入基体金属的热量非常少,处理的工件一般不会发生退火或变形; ⑤根据沉积功率、电压、频率和时间调整沉积层厚度; ⑥可以通过调整沉积工艺参数来获得不同的表面粗糙度,以达到不同的工艺效果; ⑦不会产生有毒气体、液体等环境污染物,噪音小,操作方法容易掌握,对工作人员的技术水平要求不高.
  3 电火花沉积技术的应用
  3. 1 实例概况
  国电福榕大盈江发电厂的水源———大盈江位于德宏州西部,上游分为 2 支. 左支槟榔江为主流,发源于高黎贡山腾冲县境内的尖高山南侧,于盈江县支那乡马岩子东北角进入德宏州. 右支南底河发源于腾冲县打苴村后山,上游称叠水河,进入梁河县境内称南甸河,浑水沟以下称南低河,由北向南经腾冲、两梁河 2 县,到盈江县下拉村与槟榔江汇合. 2支流汇合后称大盈江,有东北向西南贯穿盈江坝,于盈江坝尾的虎跳石进入峡谷后流入缅甸. 大盈江支流及盈江盆地边缘地带滑坡、泥石流密集,仅泥石流沟在大盈江沿岸就有 116 条,水土流失严重. 该水电厂的水轮机都不同程度地受到泥沙磨蚀的危害,随着河流含沙量的加大,水轮机的磨蚀程度增加.
  大盈江水电站主要由 2 个支流汇合而成,流量比较大,但是水头相对较低,只有 48 m,选择混流式水轮机. 水轮机工作参数: 额定功率 36 MW,额定转速 187. 5 r/min,飞逸转速 355 r/min,额定流量 85 ~86 m3/ s,最大水头 54 m,设计水头 48 m,最小水头46 m,装置空化系数 0.4 ~ 0.5,装置高程( 桨叶中心线) 734. 5 m,吸出高度 1. 5 m,每台水轮机装满容量为 85 m3/ s,大盈江水电站共有 3 台水轮机,装满容量共计 255 m3/ s,总装机为 108 MW.
  3. 2 水轮机磨蚀部位的沉积修复
  当水流中含有坚硬的较大泥沙颗粒经过水轮机时,部分颗粒以较大的冲角与叶片头部撞击,母材受到损伤,呈深坑状,如图 1 所示.
  3. 2. 1 预处理
  ①对待沉积水轮机部位进行预处理,清除油污和锈斑,用不锈钢焊条进行补焊; ②利用进口砂片进行表面抛光打磨,无裂纹、无腐蚀、无气孔、无沙眼等焊接缺陷,表面粗糙度不大于 6. 0 μm; ③进行无损探伤,对发现的表面缺陷利用氩弧焊技术进行修补,再利用进口砂片进行表面抛光打磨,直至合格.
  3. 2. 2 电火花沉积处理
  ①将连地线的夹子与水轮机( 负极) 连接,WC电极棒( 正极) 固定在沉积枪的夹头上,选好合适的沉积参数; ②工作时,在氩气保护状态下电极棒与工件表面稍微倾斜 45°; ③为了获得高质量的表面沉积层,工作时电极移动速度力求均匀; ④火花放电变为微弱火花或基本无火花放出时,最终形成细致均匀白亮的沉积层。
  4 结 语
  大盈江发电厂水轮机叶片经过电火花沉积处理后的沉积层与水轮机母材之间结合非常牢固,呈现冶金结合,处理结果达到实际要求.
  参 考 文 献略
 
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