改性聚氨酯彈性體涂層新技術在水輪機氣蝕部位處理的研究與實施

國網(wǎng)黑龍江電力有限公司牡丹江水力發(fā)電總廠 黑龍江牡丹江 157006

1 概述

蓮花發(fā)電廠4#水輪發(fā)電機組機組為兩導半傘式結(jié)構(gòu)，水輪機為立軸混流式，機型號為HLA551-LJ-610，最大水頭57.2m，設計水頭47.0m。轉(zhuǎn)輪名義直徑6100mm，最大外徑6585mm，高3810mm，重104t，13只葉片，整體鑄焊結(jié)構(gòu)。上冠為優(yōu)質(zhì)低合金鋼ZG20SiMn鑄造，葉片和下環(huán)為抗空蝕性能優(yōu)良的不銹鋼ZG06Cr13Ni5Mo鑄造。

近些年來，高分子耐磨材料在水力機械磨蝕防護領域應用的越來越多，尤其聚氨酯材料，應用的越來越廣泛。聚氨酯彈性材料是一種主體上有較多氨基甲酸酯官能團的合成材料，物理性質(zhì)介于一般橡膠和塑料之間的彈性材料，既具有橡膠的高彈性，又具有塑料的高強度，改性后的聚氨酯涂層具有卓越的抗汽蝕性能。目前涂層較多采用的成型方法為噴涂成型。

2 改性聚氨酯彈性體涂層新技術在水輪機氣蝕部位處理的工藝流程

2.1 噴砂、打磨，清理氣蝕區(qū)

利用棕剛玉噴砂材料通過噴砂槍將上冠氣蝕區(qū)的污漬、銹跡進行清理，尤其注意清除氣蝕區(qū)蜂窩狀內(nèi)部銹蝕，該位置氣蝕較深，不易清理干凈，部分地方使用角磨片進行打磨，使其露出金屬光澤，便于鋼板網(wǎng)與母體的焊接。

2.2 焊接修復

將經(jīng)過打磨噴砂處理后的施工部位進行測量設計，將金屬網(wǎng)擺放至需要處理的位置，進行焊接。利用交流焊機、電阻焊和氬弧焊及脈沖焊技術，可靠地焊接到指定區(qū)域。焊接時要及時檢查，防止虛焊，避免出現(xiàn)焊接薄弱位置。

2.3 噴砂、打磨

采用噴砂、機械打磨的方式，對待處理面進行清理，除去表面銹跡、污漬，同時待處理面達到一定的粗糙度，同時增加金屬表面成分的反應活性，刷涂底膠后能夠更加有效的反應，增加聚氨酯彈性體涂層與金屬面的粘接強度。噴砂采用優(yōu)質(zhì)金剛砂。

2.4 刷涂底膠

將聚氨酯涂層專用底膠與特種有機溶劑進行混合，稀釋后攪拌均勻配制專用底膠。利用噴涂設備將底膠噴涂到修復作業(yè)面，噴涂時要盡可能保證每個部位有底膠，防止粘接薄弱部位出現(xiàn)，然后對底膠進行加熱干燥，使稀釋用溶劑盡量揮發(fā)完全。底膠刷涂2-3遍。

2.5 制作模具、注膠

采用特制的金屬板制作澆注模具，利用澆注專用密封材料將模具四周進行密封；待密封材料完全固化后，利用真空澆注系統(tǒng)進行聚氨酯膠的澆注。首先配置聚氨酯膠，混合均勻，倒入壓力容器，利用澆注系統(tǒng)的壓力設備將聚氨酯膠澆注到模具[1]。

2.6 加熱固化

采用高效電熱加熱設備，對轉(zhuǎn)輪上冠氣蝕區(qū)澆注聚氨酯涂層進行加熱固化。加熱溫度70℃-140℃，時間6-8h，加熱過程中嚴格控制溫度范圍，防止溫度過高燒壞聚氨酯涂層，同樣防止溫度過低，聚氨酯涂層未得到較好的反應。

2.7 脫模及打磨修整

拆除模具，利用角磨機對涂層進行打磨修整。確保周圍平整，有利于與后期的砂漿更好結(jié)合，平穩(wěn)過渡，保證涂層的完整性。

2.8 各工序完成后效果見圖2

圖2

3 該技術的創(chuàng)新點

3.1 高粘接強度澆注聚氨酯彈性體涂層技術

聚氨酯彈性材料是一種主體上有較多氨基甲酸酯官能團的合成材料，物理性質(zhì)介于一般橡膠和塑料之間的彈性材料，既具有橡膠的高彈性，又具有塑料的高強度，改性后的聚氨酯涂層具有卓越的抗汽蝕性能。

3.2 真空澆注聚氨酯彈性體成型工藝

聚氨酯彈性體涂層目前采用較多的成型方法為噴涂成型。噴涂成型主要依靠催化劑在室溫下進行快速固化，部分情況下，高分子鏈結(jié)構(gòu)沒有完全達到最優(yōu)狀態(tài)，反應不完全，導致涂層性能不能完全發(fā)揮出來，另外涂層的粘接主要依靠聚氨酯與基面進行粘接，粘接力有限，在高速水流沖蝕下易被大片的剝離下來。采用真空澆注技術，可以保證樹脂混合過程中摻雜的空氣抽出，減少氣泡，從而有效降低涂層的內(nèi)部缺陷，提高涂層的綜合性能；另外通過高效的加熱系統(tǒng)，使聚氨酯充分反應，盡可能發(fā)揮出底膠及聚氨酯的最優(yōu)性能。

總之，通過采用改性聚氨酯彈性體涂層防護技術，結(jié)合聚氨酯彈性體涂層的特點，提高了轉(zhuǎn)輪的耐氣蝕性能。本項目改變了原有的處理轉(zhuǎn)輪氣蝕的方式，一定程度上解決了由于常規(guī)方式處理過程中產(chǎn)生的一系列不利影響。