聚氨酯復(fù)合材料在水力發(fā)電設(shè)備中的應(yīng)用研究

摘要：在水力發(fā)電設(shè)備中通過(guò)對(duì)聚氨酯復(fù)合材料的應(yīng)用，能夠有效減少水力發(fā)電設(shè)備的重量，并提升水力發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，從而降低水力發(fā)電設(shè)備維護(hù)的頻率，可以說(shuō)聚氨酯復(fù)合材料在水力發(fā)電設(shè)備中的應(yīng)用有著非常好的前景。文章首先對(duì)于聚氨酯復(fù)合材料進(jìn)行概述，從而對(duì)于聚氨酯復(fù)合材料在水力發(fā)電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行研究。希望通過(guò)文章，能夠?yàn)榫郯滨?fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用提供一些參考和幫助。

關(guān)鍵詞：聚氨酯復(fù)合材料;水力發(fā)電設(shè)備;應(yīng)用研究

一、聚氨酯復(fù)合材料的概述

在我國(guó)當(dāng)前的可再生能源發(fā)電技術(shù)當(dāng)中，水力發(fā)電是其中最為成熟的技術(shù)，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)水電裝機(jī)容量將能夠達(dá)到了3.9億千瓦以上，在眾多重點(diǎn)可再生能源中排在首位。隨著水力發(fā)電規(guī)模的提升，那么必然會(huì)有著更多發(fā)電設(shè)備的需求，因?yàn)樗Πl(fā)電的特點(diǎn)，需要設(shè)備和水直接進(jìn)行接觸，以往所采用的水力發(fā)電設(shè)備多數(shù)采用的是金屬材料。例如，消防管道、冷卻水管以及水輪機(jī)葉片等，這些金屬材料如果長(zhǎng)期的和水進(jìn)行接觸可能會(huì)加速腐蝕效果。但在海水發(fā)電的過(guò)程中，用于溫差發(fā)電的冷水吸水管基本上是利用金屬材料制成，所以腐蝕情況更為嚴(yán)重，這種溫差和堿性環(huán)境會(huì)嚴(yán)重縮短設(shè)備壽命，從而提高了水力發(fā)電成本。近年來(lái)，新研發(fā)出的聚氨酯復(fù)合材料有著很強(qiáng)的耐腐蝕性，能夠解決金屬材料面臨的問(wèn)題。聚氨酯屬于樹(shù)脂類(lèi)型的一種，有著非常好的機(jī)械性能和物理性能，同時(shí)也具備很強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性和耐候性以及耐磨性，另外也擁有著很強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性和高溫?zé)岱€(wěn)定性。通過(guò)玻璃纖維進(jìn)行增強(qiáng)的聚氨酯復(fù)合材料不但具備了聚氨酯樹(shù)脂的性能，同時(shí)也有著更強(qiáng)的抗沖擊性、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。近年來(lái)，隨著聚氨酯復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)更多種產(chǎn)品的制備。隨著聚氨酯復(fù)合材料加工技術(shù)的逐漸成熟，使得更多的聚氨酯復(fù)合材料產(chǎn)品進(jìn)入到市場(chǎng)當(dāng)中。在水力發(fā)電過(guò)程中，聚氨酯復(fù)合材料的成功運(yùn)行為其在水力發(fā)電設(shè)備中的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

二、聚氨酯復(fù)合材料在水力發(fā)電設(shè)備中的應(yīng)用研究

（一）力學(xué)性能

在水力發(fā)電設(shè)備當(dāng)中，對(duì)于力學(xué)性能要求最高的部件是水輪機(jī)，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中要求了水輪機(jī)中所有部件的應(yīng)力都不能超出規(guī)定范圍，斷面應(yīng)力不要超出材料屈服極限的2/3。一些零部件需要承受扭轉(zhuǎn)力矩和剪切力，鑄鐵最大剪應(yīng)力不可超出21兆帕，其他金屬最大剪應(yīng)力不可超出允許拉應(yīng)力的70%，其中機(jī)組的主軸和導(dǎo)葉軸最大剪應(yīng)力不可超出允許應(yīng)力的60%。混流式和轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片處于最大負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，各個(gè)部件最大應(yīng)力不可超出材料屈服極限的1/5。通過(guò)對(duì)聚氨酯復(fù)合材料的測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是拉伸應(yīng)力還是壓應(yīng)力聚氨酯復(fù)合材料都有著很高的強(qiáng)度。聚氨酯復(fù)合材料的許用拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力分別為167兆帕和70兆帕，該數(shù)值相比于碳素鑄鋼和合金鑄鐵都有著很大的優(yōu)勢(shì)。除此之外，聚氨酯復(fù)合材料無(wú)論是在橫向上還是在縱向上都有著很好的彎曲強(qiáng)度，且數(shù)值能夠達(dá)到200兆帕以上，且材料具有很高的模量。通過(guò)對(duì)聚氨酯復(fù)合材料進(jìn)行分析可知，其具有很好的力學(xué)性能，能夠達(dá)到水力發(fā)電設(shè)備的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，所以能夠應(yīng)用在水力發(fā)電設(shè)備當(dāng)中。

（二）耐腐蝕性

以往水力發(fā)點(diǎn)設(shè)備中所應(yīng)用材料的最大劣勢(shì)就在于抗腐蝕性較差，如果不對(duì)這些材料采取相應(yīng)的抗腐蝕措施，那么這些材料在強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿溶液中浸泡2周即可失去全部的力學(xué)強(qiáng)度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在水力發(fā)電設(shè)備中，尤其是和海水進(jìn)行接觸的設(shè)備，都需要進(jìn)行防腐處理，如進(jìn)行防腐涂層和抗腐蝕合金等，但這樣卻增加了材料成本和維護(hù)成本。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知聚氨酯復(fù)合材料在強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿溶液中浸泡后的力學(xué)性能損失情況。聚氨酯復(fù)合材料力學(xué)性能損失最大的是在八十?dāng)z氏度中的強(qiáng)堿溶液中進(jìn)行浸泡28天以上，但其力學(xué)強(qiáng)度也仍然能夠保持原始的60%以上。在普通溫度情況下，無(wú)論是強(qiáng)酸還是強(qiáng)堿溶液，聚氨酯復(fù)合材料都不會(huì)出現(xiàn)較大的力學(xué)性能損失，相比于鋼制金屬來(lái)說(shuō)，聚氨酯復(fù)合材料更加適合應(yīng)用在水力發(fā)電設(shè)備當(dāng)中，特別是海水發(fā)電設(shè)備中，不斷能夠有效耐腐蝕，同時(shí)也避免了材料的損耗，從而對(duì)設(shè)備的使用壽命進(jìn)行了延長(zhǎng)。

三、結(jié)語(yǔ)

以聚氨酯復(fù)合材料為原材料，通過(guò)拉擠成型工藝制備的聚氨酯復(fù)合材料機(jī)械性能優(yōu)異，耐酸堿鹽腐蝕及濕熱老化性能良好，而且材料密度小、樹(shù)脂含量低，替換水力發(fā)電設(shè)備中的易腐蝕結(jié)構(gòu)件材料，如水輪機(jī)葉片、水輪機(jī)外殼、引水管道等，可以降低設(shè)備重量、提高設(shè)備運(yùn)行可靠性、降低設(shè)備維護(hù)和更換頻率。其突出的耐酸堿鹽及耐高低溫老化的特性，可為其在海水發(fā)電中帶來(lái)巨大的應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介： 鄒江洪，貴州福鴻水利水電工程建設(shè)有限公司。