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水力机械抗汽蚀表面防护技术的应用近况及展望

   日期:2021-07-27     来源:www.yixingjindian.com    作者:未知    浏览:875    评论:0    
核心提示:Abstract:Thereareoftenwearandcavitationproblemsoftheflowpassagecomponentsofhydraulicmachinery,whichaffectsthenormaluseofhydrauli

1 材料的汽蚀机理

水力机械的金属材料出现磨损和汽蚀现象时,其损伤程度因其材料性能和运行环境而异。依据有关实验研究表明,涂层材料和整体材料在抗汽蚀机理方面存在着较大的差异性;不同整体材料也有不一样的抗汽蚀机理。对于金属材料来讲,其金属屈服极限加强,汽蚀凹坑的平均深度会变浅。屈服极限高的金属材料,冲击脉冲能量主要消耗于弹性变形;屈服极限低的金属材料,冲击脉冲能量主要消耗于塑性变形。伴随金属屈服强度的变化,汽蚀凹坑数也呈现出同样的变化趋势。

对有关研究成就进行剖析,发现:整体材料的汽蚀过程可以在大体上分成四个步骤,即孕育、升高、稳定及衰退阶段。对于热喷涂层来讲,其涂层结构多孔、呈层状、粒子会发生氧化用途。氧化物和孔隙对于裂纹的产生和扩展会起到促进用途,假如热喷涂层的层次与层次之间没足够的结合强度,裂纹就会一层一层逐步扩展直至掉落,最后致使材料报废,导致一部分经济损失。

2 表面涂层防护技术在水力机械中的应用

4 结语

水力机械的抗汽蚀表面防护技术有不少,在这部分技术的实质操作应用中都有其优势也有其劣势。怎么样高效借助其优点,降低其缺点带来的影响,是目前有关职员需要解决的问题。就现在来讲,高速火焰喷涂纳米材料涂层的抗汽蚀成效比较优良,应该得到进一步的研究与应用。

2.2 电镀涂层防护技术

稀土铬合金是电镀涂层的主要应用成分。电镀涂层在应用到水电站的水力机械中后,使其工作寿命比之前延长了2倍。电镀涂层在常温下即可加工,涂层表面光滑,硬度达到了HV1000,没有变形的问题。所以,电镀涂层拥有好的抗磨蚀性和抗汽蚀性。抗汽蚀电镀涂层也有肯定的缺点,就是镀层比较薄,即便经过14-16个小时的电镀,其厚度仍旧在0.025-0.035厘米左右。电镀涂层在泥沙含量和水流量比较大的地方的用性能仍旧不理想。

2.1 高速火焰喷涂防护技术

高速火焰喷涂可以制成高水平的涂层,使用这种工艺办法对水力机械进行抗汽蚀表面防护是近几年进步起来的。高速火焰喷涂而成的涂层具备接近铸态组织、材料氧化少、孔隙率低、基体结合强度比较高的优点。高速火焰喷涂工艺可以使机械设施的热变形控制在较小的范围内,汽蚀率也比较低,也不会干扰到基体材料的结构组织。建材市场中有一种金属陶瓷应用十分广泛,其涂层主要由高速火焰喷涂制作而成。现在这种涂层也广泛应用在水力机械的抗汽蚀防护中,对水力机械起到了很好的保护用途。

2.6 堆焊

在国内,比较常见的水力机械抗汽蚀表面防护技术是堆焊法。其主要优势是现场施工比较便捷、技术成熟、设施较为容易。缺点:其焊层比较厚、不均匀,且冲淡率较大,加工余量也比较大;需要水力机械的基体材料需要要有比较高的可焊性;工期比较长,成本较高,打磨与焊接的强度、困难程度比较大;易使转轮叶片产生热变形,对转轮原有尺寸、外形导致影响;补焊部位的金属晶体很容易变粗,并形成双金属效应处置区,产生汽蚀。

3 纳米材料涂层的进步前景

通过剖析产生磨损及汽蚀是什么原因,大家可以知晓,水力机械的抗汽蚀表面防护技术的需要是:第一,表面涂层应该拥有肯定的耐腐蚀性;第二,表面涂层应该拥有肯定的显微硬度;第三,表面涂层应该拥有肯定的韧性;第四,表面涂层应该拥有肯定的强度,只有满足这几个方面需要,水力机械才可以拥有好的抗汽蚀成效。但,现在的单一金属材料非常难做到同时满足这几项需要。

纳米材料是介于宏观与微观中间的介观材料,所以有着其独特的性能。伴随科技的进步,大家对纳米材料独特的性能有了更进一步的认识,有不少国家的研究职员都把研究重点放在了纳米材料和纳米材料的实质生产应用上。其中,有的学者的研究结果表明,纳米材料可以同时提升金属材料的韧性与硬度,这一特质满足了抗汽蚀材料的需要。

图1~3为武汉理工大学能源与动力工程学院有关WC-12Co金属陶瓷复合材料HVOF喷涂层抗汽蚀性能的最新研究进展,其中C表示微米WC-12Co涂层,N表示纳米结构WC-12Co涂层,165为水轮机钢ZG006Cr 16 Ni 5 Mo。图1的结果表明:相对于传统微米结构WC-12Co材料HVOF涂层,纳米结构WC-12Co材料HVOF涂层孔隙率更低,结构更致密,涂层中的WC颗粒分布均匀且较细小。

从图2中可以看出,纳米结构WC-12Co涂层的HV 0.2硬度值从1 379到1 693,而微米WC-12Co的HV 0.2硬度值从965到1 120,纳米结构WC-12Co涂层的显微硬度比微米WC-12Co涂层提升50%左右。

图3的结果表明:纳米结构WC-12Co材料HVOF涂层的汽蚀率仅为微米WC-12Co材料HVOF涂层的1/3,这样来看它的抗汽蚀性能已得到了显著提升,基本接近了现在抗汽蚀性能最佳良的水轮机钢ZG006Cr 16 Ni 5 Mo。

2.4 涂刷高分子材料

目前的水力机械部件防护涂层中应用比较广泛的高分子材料主要有陶瓷、橡胶、环氧树脂、复合棉纶、聚氨脂等。高分子材料在涂层中的用比较有利的一面是:其韧性最好,本身就拥有着非常不错的抗汽蚀性;施工过程比较容易,对技术的需要比较低;需要的温度较低,不会引发热变形,从而防止发生双金属腐蚀。不利的一面是:基体与涂层的结合强度比较低,高分子材料涂层很容易掉落,从而影响其用成效。高分子材料涂层很容易掉落,所以在其吊运、拆装的过程中都要采取相应的手段预防退层的掉落,给现场工作增加了困难程度。

0 引言

水力机械设施是构成水电站的主要装置,可以将水力能源转化为电力能源。水力机械能否好地运行不只直接与水电站的运行情况相联系,还关系到整个电力系统运行状况的稳定性和运营效益。有关调查发现,国内现在运营中的水电站,半数以上都存在水力机械的过流部件特别是转轮的磨损和汽蚀的问题。汽蚀破坏缩短了检修周期,使检修工作量增加了,既对电力生产产生了紧急的影响又导致了很多的人力、物力、财力的浪费。因此,提升水力机械的运行靠谱性,延长其使用年限,是目前亟待解决的问题。

Abstract: There are often wear and cavitation problems of the flow passage components of hydraulic machinery, which affects the normal use of hydraulic machine and causes huge economic losses. This paper pscusses the two problems, and analyzes cavitation mechanism of the material and application and prospects of surface protection technology in anti-cavitation erosion of hydraulic machinery.

Key words: hydraulic machinery;anti-cavitation;surface protection technology;application status;prospect

中图分类号:TG174 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2021)11-0106-02

2.5 喷熔

国内早在1985年左右就开始用喷熔技术来提升水力机械的抗汽蚀功能了。喷熔所使用的材料主如果司太立合金和Ni基合金等合金粉末,也有少数的材料是金属陶瓷。

喷熔合金粉末拥有些优势在于:资金投入少、设施比较容易、效率比较高,合适现场进行修复施工;假如喷熔的水平最好,那样基体与喷熔涂层的结合程度就会最好,涂层表面也比较均匀,光滑平整,硬度也较高。 喷熔合金粉末拥有些劣势在于:水平和热变形不稳定。 喷熔的过程分为喷粉和重熔,在进行高温重熔之后,水力机械会产生比较紧急的热变形。

为了防止产生热变形,通常会使用分块喷熔的办法,结果致使了块与块之间结合的程度较差,在机械的运行过程中这部分部位容易形成裂纹并成为汽蚀源,汽蚀极易向基体进行扩展,从而导致紧急损失。金属陶瓷主要由粘结金属相和金属碳化物构成,金属陶瓷拥有陶瓷与金属的双重特征,耐高温,弹性和硬度都比较大,抗磨损性和抗汽蚀性的成效都最好。但,金属陶瓷涂层也有相应的缺点,其脆性大,韧性也比较差,价格比较贵,表面打磨也比较困难。而且在人工推行氧乙炔喷熔方法制作的金属陶瓷涂层,其致密性与连续性比较低,涂层中的产生的孔隙很容易致使裂纹的出现,而且其水平和热变形也非常难控制。

2.3 热处置和渗氮和渗铝

有关研究发现,将水力机械进行热处置,即低温淬火和低温回火之后,可以提升其抗磨损能力。另外,水力机械进行渗氮和渗铝处置之后,其部件的抗汽蚀性可以翻倍提升。但其缺点是需要要整体进行渗氮和渗铝处置,不合适现场加工,遭到了加工设施和空间的限制,只能在制造厂的车间内进行处置。

 
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