新型耐磨陶瓷技术在水轮机上的应用

曹庆皎，赵林明，杨树强

新型耐磨陶瓷技术在水轮机上的应用

曹庆皎1，赵林明1，杨树强2

（1．河北工程大学水电学院，河北邯郸056038；2．邯郸市摩圣机械维修服务有限公司，河北邯郸056001）

结合小觉水电站被磨损转轮的修复过程，介绍一种新型耐磨陶瓷技术。采用这种技术，可以有效地修复被磨损的转轮，并使转轮等水轮机过流部件有较强的耐磨损性能。图4幅。

水轮机；磨损；耐磨陶瓷；抗磨处理；平衡处理；加热处理

1 概 述

小觉水电站位于水资源较丰富的河北省平山县西部山区的滹沱河流域。电站安装有3台单机容量为1500kW的水轮发电机组，近年来年发电量达1000万kW・h以上。但由于所在河流含有大量泥沙，造成该电站水轮机过流部件的严重磨损，缩短了水轮机转轮等过流部件的使用寿命，降低了水能转换的效率；因此需要采用一定的技术，解决水轮机磨损的问题。鉴于这种情况，研究了一种新型的耐磨陶瓷技术，对该电站的水轮机转轮进行了修复。

2 耐磨陶瓷涂层简介

解决水轮机过流部件的磨损问题可以从设计、制造、运行等多方面考虑［1］，但是目前采用的主要方法还是对磨损部位进行修复。针对中小型水电站的特点，可以考虑采用表面涂层技术，使用的材料是金属陶瓷。金属陶瓷是一种由金属（合金）与一种（或几种）陶瓷相所组成的非均质复合材料，在金属陶瓷中，陶瓷相体积分数占15%～90%，这使得金属陶瓷既保持了陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又具有较好的韧性和塑性。金属陶瓷中陶瓷相通常是由高熔点氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等物质组成［2］。

耐磨陶瓷是一种由陶瓷颗粒和硅钢粉末混合成的双组份聚合材料，其中包含大颗粒耐磨防护剂、小颗粒耐磨防护剂、超金属修补剂、白色刷涂陶瓷粉末和灰色刷涂陶瓷粉末5种双组份的环氧耐磨防护涂层组合而成。耐磨陶瓷含有超强耐磨材料，具有良好的防磨性和防腐性，耐磨性能是一般金属的2倍以上，广泛应用于水泵叶轮修复防磨、泵体磨损复原、料斗修复防磨、法兰面冲蚀腐蚀修复、阀门修复防磨、焊缝保护、金属管道本体修复等。

超滑金属是一种由陶瓷和硅钢粉末混合成的双组份聚合材料，涂层固化后，可产生极其光滑的表面，可减少流体的阻力，从而提高设备的运行效率，同时具有极好的抗腐蚀能力和抗冲击性能，它在各种流体机械的增效防护中被广泛应用。

陶瓷具有高熔点、高硬度、高强度、高化学稳定性、高绝缘能力、低热导率、低热膨胀系数等特点，用作涂层可以有效地提高基体材料的耐磨损、耐高热、耐腐蚀和抗高温氧化等性能。陶瓷具有金属材料难以达到的性能，所以被广泛应用于制备各种陶瓷涂层。耐磨陶瓷将陶瓷的优点和金属材料的韧性结合起来，在材料表面喷涂，可使材料兼具金属的强韧性、可加工性等特性及陶瓷的耐磨损、耐高温、耐腐蚀及绝缘性等性能，对于延长零部件的使用寿命具有重要意义。

3 耐磨陶瓷涂层的实施技术

如图所示是被磨损的水轮机转轮（见图1），修复时，首先应将已经磨损的部分进行焊接修复（见图2）。

图1 磨损后的水轮机转轮

图2 经焊接修复后的转轮

对焊接修复后的转轮要进行平衡处理及表面清理。表面清理后，要送入升温房整体加热处理，然后再进行表面抗磨处理（见图3）。

图3 表面修复耐磨陶瓷涂层后的转轮

经表面抗磨处理后，转轮的抗磨性能得以提高，但为了减少水力损失，应再在表面涂1层新型光滑抗磨材料，最终修复后的转轮如下所示（见图4）。

图4 最终修复后的转轮

4 结 论

中小型水电站中水轮机过流部件的抗磨损问题影响了水轮机的高效运行，本文中给出一种综合性的表面修复技术，不仅可用于修复被磨损的转轮，也可以用于新转轮的表面强化处理。此外，所给出的修复技术还可以减少过流部件的表面摩擦，提高水轮机的效率。另外，需要强调的一点是，表面涂层还可以重复修复，从长远角度看，可以降低修复成本，提高水轮机的利用小时，为水电站带来可观的经济效益。

［1］ 顾四行，等．水机磨蚀研究与实践50年［M］．北京：中国水利水电出版社，2005．

［2］ 张文毓．耐磨陶瓷涂层研究现状与应用［J］．陶瓷，2013（11）：12_15．

责任编辑 吴 昊

2014－12－12

曹庆皎（1990－），女，在职研究生，研究方向：水利水电工程。E_mail：752287145＠qq.com