百萬千瓦級水電機組磁軛沖片清潔技術

劉福仁,楊雪峰

(哈爾濱電機廠有限責任公司,哈爾濱 150040)

0 引言

白鶴灘水電站位于四川省涼山州寧南縣和云南省昭通市巧家縣境內,電站安裝16臺我國自主研制、全球單機容量最大的百萬千瓦水輪發電機組。為了保證磁軛沖片疊裝時片間的密實性,確保轉子磁軛盡量壓緊,磁軛沖片表面必須清潔無油污、銹蝕[1]。材料供應商為保證材料在運輸及儲存過程中不產生銹蝕,其表面需涂覆防銹油。目前國內外對于磁軛沖片去除油污的方法基本采用在工地現場進行人工擦洗的方式,其缺點明顯成本高、效率低、無法做到完全有效清潔。人工擦洗的殘留清洗液需要風干晾曬,不僅容易造成二次污染甚至反銹,而且需要較大的場地。

1 工藝分析及策劃

選擇高質量、高效、成本低廉的除油技術是我們研究的主要內容,為此,我們對相關技術進行了研究。

1．1 激光清洗(見圖1)

圖1 激光清洗

激光清洗利用高能激光束照射,去除固體(或有時為液體)表面多余雜質。在低功率通量激光的照射下,材料被激光能量加熱致使材料蒸發或升華。通常來說,激光清洗是指用脈沖激光去除材料,但是如果激光達到一定的高能量密度,則可以使用連續的激光束對材料進行燒熔。單位激光脈沖燒蝕材料的總質量被稱為燒蝕率,激光束的行進速度和激光束的面積等參數會明顯影響激光燒蝕的過程[2]。

目前采用激光設備去除鋼板表面油污、銹蝕等,最大功率可達到1 000 W。

優點:

(1) 適用于外形輪廓復雜、材質特殊、環境特殊的產品的表面清潔。

(2) 清洗過程無需清洗液和各種化學試劑,除汽化煙霧及粉塵外無其它污染。

(3) 清洗過程與材料表面沒有直接接觸,避免了劃傷等問題。

缺點:

(1) 生產效率不高,無法同時清洗正反兩面,如實現清洗兩面自動化,則需要投入較高成本。

(2) 如表面污染嚴重,則需要較高功率進行清洗,過高的熱量也會燒蝕材料表面(類似于噴砂后的表面狀態)。

(3) 由于設備清洗區域寬度有一定限制(100～420 mm),對如白鶴灘磁軛沖片(800 mm)清洗會在其來回的行進路線上有明顯的接刀痕。

1．2 噴淋輥刷或高壓水清洗(見圖2)

噴淋輥刷或高壓水清洗是指將高度聚能的水流噴射用來完成材料表面清洗作業的技術,常見的除銹、清洗、去毛刺、去垢等都屬于噴淋輥刷或高壓水清洗范疇[3]。

優點:

(1) 通過第一級噴淋輥刷或高壓水加化學添加劑、第二級噴淋輥刷或高壓水、第三級噴淋輥刷或高壓水等清洗鋼板正反表面,能夠徹底去除鋼板正反表面的油污。

(2) 生產效率高,根據產品數據信息進行設計規劃,預計白鶴灘磁軛沖片可以達到每小時40～50片的清洗效率。

(3) 操作簡單,運轉過程中清洗過程均有設備完成,操作人員僅手工上下料即可。

(4) 清洗時間可控制,可以根據鋼板材料表面油污情況調整清洗速度。

缺點:

由于設備清洗過程中需要大量水源介入,在后期兩組風刀吹洗和兩組高溫烘干后的鋼板表面水分殘留情況未知,烘干后可能有肉眼不可見的水蒸氣附著在鋼板表面,長期封箱存放可能有返銹隱患。故需要進行試驗驗證,并根據試驗結果增加烘干箱。

1．3 超聲波清洗(見圖3)

超聲波在液體里傳播時,由于存在非線性作用,會在液體中產生空化效應,空化效應產生的氣泡突然爆破時,首先會破壞表面附著物與材料表面的吸附作用,進而也會使附著的污染物脫離材料表面并將它們沖擊分散到清洗液中。氣泡還可以“鉆”入裂縫并振動,導致污垢脫落。對于油膩的污垢,由于超聲波空化效應,兩種液體在界面處迅速分散和乳化。在空化氣泡的振動過程中,液體本身會產生圓形流動,稱為聲流。它會在振動氣泡的表面產生高速度梯度和黏性應力,促進清潔零件表面污垢的破壞和分離。超聲波空化在固體和液體表面產生的高速微射流可以去除或削弱邊界污垢層,腐蝕固體表面,增加攪拌,加速可溶性污垢的溶解,增強化學清潔劑的清潔效果[4]。

在超聲波震動去除油污過程中,工件需要完全浸泡在清洗槽內一定的時間。結合磁軛沖片的特點,超聲波設備很難實現連續清洗,生產效率會大大降低,同時設備占地面積也會大幅度增加。

2 方案的確定

通過對比三種清洗方式(見表1),激光清洗效率較低且成本較高,超聲波清洗需要較大作業空間且會造成嚴重的清洗液污染,因此激光除油及超聲波除油的方法不適合磁軛沖片的實際生產需要。高壓水清洗雖可以滿足磁軛沖片的清洗效果及生產效率,但生產過程中可能會產生較大水霧,影響廠房內環境及造成其他工件銹蝕,同時在設備維護方面也相對復雜,所以噴淋輥刷清洗方法最適合磁軛沖片去油污,優點是清洗油污徹底,生產效率高,同時成本低廉。

表1 三種清洗方式對比表

3 實施過程

由于磁軛沖片表面的油污非常嚴重,還有大量的氧化皮和粉塵,為保證產品的清洗質量,我們將正常的3道清洗工序增加為4道,前2道為清洗液浸洗,后兩道為高壓水沖洗見圖4。

圖4 白鶴灘磁軛沖片清洗過程

為保證磁軛沖片在后續的運輸、倉儲過程中不產生銹蝕,我們增加了2道“風刀”工序,用于吹掉殘留在磁軛沖片表面,特別是拉緊螺孔內的殘留清洗液,然后再進行3道熱風烘干處理,從而確保無殘留的水漬和清洗液,避免磁軛沖片在包裝和運輸過程中產生銹蝕。

在磁軛沖片烘干處理后,需要在2 h內進行包裝,采用鋁塑膜真空包裝,并且在包裝內放置防銹劑,以避免溫差吸潮等問題。

4 結論

通過采取以上工藝方法和措施,目前世界上單機容量最大的百萬千瓦機組磁軛沖片表面清洗工作已經全面完成,表面質量完全滿足白鶴灘項目磁軛沖片無油、 無印、 無塵、無銹的精品質量要求。此項目的實施不但開辟了磁軛沖片去油污新工藝方法,而且大大提升了產品質量,降低生產成本,具有長遠的經濟效益。