水轮机叶片热喷涂技术研究现状及展望概要VIP专享VIP免费

——兰至垄丝垒受纽⋯堆煺蕊题俘掳水轮机叶片热喷涂技术研究现状及展望哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室(150001邱希亮韩春魏红梅何鹏林铁松摘要水轮机叶片热喷涂技术是水轮机制造的关键技术之一。近十几年来,水轮机迅速朝着巨型化、高可靠性方向发展,热喷涂技术在降低成本,提高转轮叶片使用寿命等方面取得了良好效果。一些先进热喷涂工艺和涂层检测技术在水轮机行业中逐步得到推广应用,在水轮机叶片纳米涂层和复合涂层方面也取得新的进展。简要从工艺、材料、设备、涂层检测等几个重要的部分对热喷涂技术在水轮机叶片方面的研究现状进行介绍,并对目前水轮机叶片热喷涂存在的问题进行探讨。关键词:热喷涂涂层水轮机叶片中图分类号:TGl74.440前言水力发电是中国电:匀资源的重要支柱,水轮机是水力发电中重要的机械设备,水轮机是把水流的能量转化为机械能的动力装置。水轮机在工作时,泥砂磨损和汽蚀会对水轮机产:生严重的后果,轻时需检修处理,重时需要更换零部件甚至更换转轮。水轮机磨损还会加剧汽蚀破坏,增大水轮机的振动。当水轮机的导水机构磨损严重时,漏水量将增大,从而影响正常运行‘1|。在国内许多大中型:水电站中,水轮机的冲蚀和汽蚀问题一直长期威胁着水力发电机组的安全稳定运行旧J。虽然采取了防止和减少汽蚀的措施,但对于大多数机组来说,水轮机用于汽蚀修理的费用颇多,并且寿命较低,一些机组在运行10余年左右已经更换转轮或使用备用转轮了旧J。人们从开发新的抗磨、耐蚀水轮机叶片材料和对水轮机叶片进行表面强化两方面来提高水轮机叶片的抗磨和耐蚀性能。然而,前者生产成本较高,生产投人太大,也没有必要使水轮机整块材料达到最优的性能。实际上,磨损和汽蚀大多发生在表面。表面强化是保证7j(轮机叶片既能达到高的耐磨性能,又能降低成本的最优途径。收稿日期:2012一11—05基金项目:国家自然科学基金项目(50975062,51105107,51275135和51021002;黑龙江省自然科学基金项目(QC2011c044;高等学校博士学科点专项科研基金优先发展领域课题(20112302130005。热喷涂技术是一种成熟的表面强化技术,在水轮机抗磨、防汽蚀方面具有广阔的应用前景。例如,高速火焰喷涂技术在水轮机过流部件的磨蚀防护中取得了良好的效果,创造了良好的经济效益和社会效益,对三门峡电厂的5台机组实现高速火焰喷涂后,与不锈钢堆焊修复工艺相比,在6年运行期间内增加综合效益近4000万元HJ。1水轮机叶片热喷涂工艺热喷涂是利用某种热源(如电弧、高能等离子或燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态,然后借助焰流本身或压缩气体以一定速度喷射到预处理过的基体表面,沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。热喷涂的工艺方法有多种?,它们都有着各自的优缺点和局限性,因此必须针对涂层的具体要求选择最适合的热喷涂工艺。一般来说,喷涂工艺首先应该保证所获得的涂层质量符合设计要求,而决定涂层质量的基本因素是喷涂材料的加热温度、粒子飞行和撞击基体的速度以及整个操作过程中喷涂材料和基体的氧化程度。此外,还应该考虑到涂层后加工因素。从这些要求出发,在选择热喷涂工艺时应全面顾及其可靠性、适用性和经济性原则,同时还要考虑对涂层性能特殊要求以及生产量和现场设备条件等情况。大量的实际应用表明,热喷涂技术在转轮抗汽蚀耐磨的应用具有如下优点:①不受或很少受零件的尺寸大小及形状条件的限制;②被喷涂的部件表面受热的影响较小,不易变形;③工艺操作程序简单,效率2013年第2期15万方数据俘搭堆焊专题和铆彪嘭么吻高;④涂层的厚度容易控制;⑤能够使普通材料获得特殊的表面力学性能;⑥成本低,经济效益显著。因此,热喷涂技术在水轮机叶片表面强化方面应用最为广泛口]。根据全面顾及喷涂工艺的可靠性、适用性和经济性的原则,对于金属和合金涂层,可按如下原则考虑:如果采用的喷涂材料熔点不超过2900oC,而且对于涂层结合力要求也不是很高,可采用设备简单、成本较低的火焰喷涂工艺;如果对涂层性能要求较高,喷涂较贵重的部件,或者喷涂的熔点较高,则选用热源温度高和具有非氧化性并可获得结合强度高和孑L隙率低的等离子喷涂工艺为宜;对于工程量大的金属喷涂施工,在满...