SXH70材料在魏家堡水电站中的应用

2015-12-21马艳丽

杨凌职业技术学院学报 2015年3期

SXH70材料在魏家堡水电站中的应用

马艳丽

(杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100)

摘要：SXH70材料的抗磨蚀性能是不锈钢X5CrNi13-4的91.5倍；抗空蚀能力是不锈钢X5CrNi13-4的1.55倍，该材料在魏家堡电站的导叶和转轮表面进行高速火焰喷涂，提高了水轮机的效率，稳定了机组的出力，延长机组的大修周期。实验证明了SXH70材料是一种有效的解决泥沙磨蚀和空蚀联合作用的表面防护材料。

关键词：SXH70材料；水轮机；磨蚀；魏家堡电站；高速火焰喷涂

收稿日期：2015-03-24

作者简介：马艳丽(1976-)，女，陕西蓝田人，讲师，主要从事水利水电动力工程专业的教学与科研工作。

中图分类号：TK730.8

Application of SXH70 Material in Weijiabu Hydropower Station

MA Yan-li

(Yangling Vocational and Technical College, Yangling, Shaanxi 712100, China)

Abstract:The cavitation erosion and the abrasion resistance of SXH70 material were 1.55 times and 91.5 times that of X5CrNi13-4 stainless steel. Through spraying SXH70 material on the guide vane and runner surface of turbine, Weijiabu Hydropower Station improved the efficiency of turbine, and stabilized the unit of output of turbine, shortened the period of checking and repairing of turbine. The result proved that SXH70 material is an effective surface protection material to resist the combined effect of silt abrasion and cavitation.

Key words: SXH70 material ;turbine；abrasion；Weijiabu Hydropower Station；high velocity oxygen flame

1前言

宝鸡峡魏家堡水电站处于渭河中下游，长期以来泥沙的磨蚀使该电站水轮机的过流部件损害严重，特别是宝鸡峡渠首加闸、加坝工程前，转轮、导叶等过流部件磨蚀严重，检修费用高达90多万。由于磨蚀造成水轮机的效率急剧下降；机组振动、摆度严重超标；导叶、止漏环漏水加大，机组无法实现正常停机和迅速并网[1]。因此不得不进行拆卸大修和技术改造。为了解决泥沙的磨蚀问题，电站多次进行研究和试验，通过对各种材料的比对和筛选，最终选用高速火焰喷涂SXH70材料，成功的解决了机组转轮和导叶的磨蚀问题。

2SXH70材料的性能

SXH70喷涂材料是由西北电力试验研究院和瑞士苏尔寿公司合作开发的产品。该涂层是用HVOF热喷涂的方法在钢材上制取厚度为0.2～0.5 mm厚的碳化钨-钴金属陶瓷涂层。涂层表面粗糙度为1.6 μm；涂层密度为13 500 kg/m3；涂层的显微硬度在1 300～1 500之间(300 kgf负荷)；涂层的粘结强度为70～100 MPa。所得的涂层与不锈钢X5CrNi13-4在黄河沙中进行圆盘磨蚀试验，结果表明SXH70涂层是不锈钢X5CrNi13-4的抗磨蚀能力的91.5倍；抗空蚀能力的1.55倍，试验结果如图1所示。

图1　SXH70抗磨蚀和抗空蚀能力比较

该涂层的抗腐蚀力比不锈钢X5CrNi13 - 4稍差一些。在普通清水中运行不受腐蚀，但在污水中有轻微的腐蚀，因此不适用于抽取工业污水的泵站或潮汐式水电站的水力机械。通过试验还发现SXH70涂层适用于水流冲击表面角度<30 ℃的水力条件，该涂层可以长期保护80%以上的喷涂区域[2]。

3SXH70材料在魏家堡水电站的应用情况介绍

魏家堡水电站在1999年对转轮的叶片和导叶、止漏环等部件采用高速火焰喷涂SXH70材料，喷涂面积为4.12 m2，涂层厚度0.25 mm。该项技术是把喷涂SXH70材料以粉末状态注入高速喷射的火焰中，燃料为氢氧混合体，温度为3 000 ℃，喷射速度大约为2 000 m/s，高温高速的气体使加速运动的粉末颗粒紧密均匀地镶嵌在基材表面，从而形成少空隙、低氧化、高粘合力、低残余应力的高质量涂层。由于高速运动的颗粒与基材表面是物理结合，该工艺基材表面温度低于150 ℃，因此基材不会发生任何形变，表面硬度可达1 100～1 300 HV 。经过3年后的机组大修检查，除了导叶出水面有小面积的破损外，大部分涂层基本完好[3]。

4魏家堡水电站的应用效果

魏家堡水电站在没有使用涂层前，由于磨蚀机组的转轮、导叶、止漏环、顶盖、底环等过流部件不同程度存在蜂窝状的磨蚀坑。导叶整体都被磨薄，出水边呈锯齿状；顶盖、底环等过流部件被磨穿；转轮叶片进水边，从上到下最大磨蚀面为32 cm×13 cm，空蚀深度高达3～6 mm，沿进水边磨痕呈带状分布；转轮室与底环连接处的磨蚀面积为30 cm×2 cm，最深处达3.5 cm。在2000年机组经过技术改造后在转轮叶片、止漏环和导叶表面采用高速火焰

(HVOF) 喷涂SXH70材料，并通过真机试验取得了良好的效果。其中机组的检修周期由过去1年延长到3年，喷涂保护后机组的出力基本稳定在6 400 kW，机组的效率稳定在92%左右[4]。如图2、3所示机组进行喷涂SXH70材料后对机组的出力和效率的影响情况。

图2　SXH70涂层对水轮机出力的影响

图3　SXH70涂层对水轮机效率的影响

5SXH70材料在其他电站的使用情况

SXH70涂层除了在魏家堡水电站使用，在其他电站的使用也取得了较好的效果，尤其是抵抗空蚀和泥沙磨损的联合作用。例如在刘家峡电站小机转轮运行8 740 h后涂层完好，1#运行6 724 h后也基本完好无损。青铜峡经过一个大修期发现叶片正面和导叶完好，叶片背面有小面积脱落[5]。表1为SXH70涂层在其他电站的使用情况统计表。