曹慶皎，趙林明，楊樹強

新型耐磨陶瓷技術在水輪機上的應用

曹慶皎1，趙林明1，楊樹強2

（1．河北工程大學水電學院，河北邯鄲056038；2．邯鄲市摩圣機械維修服務有限公司，河北邯鄲056001）

結合小覺水電站被磨損轉輪的修復過程，介紹一種新型耐磨陶瓷技術。采用這種技術，可以有效地修復被磨損的轉輪，并使轉輪等水輪機過流部件有較強的耐磨損性能。圖4幅。

水輪機；磨損；耐磨陶瓷；抗磨處理；平衡處理；加熱處理

1 概 述

小覺水電站位于水資源較豐富的河北省平山縣西部山區(qū)的滹沱河流域。電站安裝有3臺單機容量為1500kW的水輪發(fā)電機組，近年來年發(fā)電量達1000萬kW?h以上。但由于所在河流含有大量泥沙，造成該電站水輪機過流部件的嚴重磨損，縮短了水輪機轉輪等過流部件的使用壽命，降低了水能轉換的效率；因此需要采用一定的技術，解決水輪機磨損的問題。鑒于這種情況，研究了一種新型的耐磨陶瓷技術，對該電站的水輪機轉輪進行了修復。

2 耐磨陶瓷涂層簡介

解決水輪機過流部件的磨損問題可以從設計、制造、運行等多方面考慮［1］，但是目前采用的主要方法還是對磨損部位進行修復。針對中小型水電站的特點，可以考慮采用表面涂層技術，使用的材料是金屬陶瓷。金屬陶瓷是一種由金屬（合金）與一種（或幾種）陶瓷相所組成的非均質復合材料，在金屬陶瓷中，陶瓷相體積分數占15%～90%，這使得金屬陶瓷既保持了陶瓷的高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學穩(wěn)定性等特性，又具有較好的韌性和塑性。金屬陶瓷中陶瓷相通常是由高熔點氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等物質組成［2］。

耐磨陶瓷是一種由陶瓷顆粒和硅鋼粉末混合成的雙組份聚合材料，其中包含大顆粒耐磨防護劑、小顆粒耐磨防護劑、超金屬修補劑、白色刷涂陶瓷粉末和灰色刷涂陶瓷粉末5種雙組份的環(huán)氧耐磨防護涂層組合而成。耐磨陶瓷含有超強耐磨材料，具有良好的防磨性和防腐性，耐磨性能是一般金屬的2倍以上，廣泛應用于水泵葉輪修復防磨、泵體磨損復原、料斗修復防磨、法蘭面沖蝕腐蝕修復、閥門修復防磨、焊縫保護、金屬管道本體修復等。

超滑金屬是一種由陶瓷和硅鋼粉末混合成的雙組份聚合材料，涂層固化后，可產生極其光滑的表面，可減少流體的阻力，從而提高設備的運行效率，同時具有極好的抗腐蝕能力和抗沖擊性能，它在各種流體機械的增效防護中被廣泛應用。

陶瓷具有高熔點、高硬度、高強度、高化學穩(wěn)定性、高絕緣能力、低熱導率、低熱膨脹系數等特點，用作涂層可以有效地提高基體材料的耐磨損、耐高熱、耐腐蝕和抗高溫氧化等性能。陶瓷具有金屬材料難以達到的性能，所以被廣泛應用于制備各種陶瓷涂層。耐磨陶瓷將陶瓷的優(yōu)點和金屬材料的韌性結合起來，在材料表面噴涂，可使材料兼具金屬的強韌性、可加工性等特性及陶瓷的耐磨損、耐高溫、耐腐蝕及絕緣性等性能，對于延長零部件的使用壽命具有重要意義。

3 耐磨陶瓷涂層的實施技術

如圖所示是被磨損的水輪機轉輪（見圖1），修復時，首先應將已經磨損的部分進行焊接修復（見圖2）。

圖1 磨損后的水輪機轉輪

圖2 經焊接修復后的轉輪

對焊接修復后的轉輪要進行平衡處理及表面清理。表面清理后，要送入升溫房整體加熱處理，然后再進行表面抗磨處理（見圖3）。

圖3 表面修復耐磨陶瓷涂層后的轉輪

經表面抗磨處理后，轉輪的抗磨性能得以提高，但為了減少水力損失，應再在表面涂1層新型光滑抗磨材料，最終修復后的轉輪如下所示（見圖4）。

圖4 最終修復后的轉輪

4 結 論

中小型水電站中水輪機過流部件的抗磨損問題影響了水輪機的高效運行，本文中給出一種綜合性的表面修復技術，不僅可用于修復被磨損的轉輪，也可以用于新轉輪的表面強化處理。此外，所給出的修復技術還可以減少過流部件的表面摩擦，提高水輪機的效率。另外，需要強調的一點是，表面涂層還可以重復修復，從長遠角度看，可以降低修復成本，提高水輪機的利用小時，為水電站帶來可觀的經濟效益。

［1］ 顧四行，等．水機磨蝕研究與實踐50年［M］．北京：中國水利水電出版社，2005．

［2］ 張文毓．耐磨陶瓷涂層研究現狀與應用［J］．陶瓷，2013（11）：12_15．

責任編輯 吳 昊

2014－12－12

曹慶皎（1990－），女，在職研究生，研究方向：水利水電工程。E_mail：752287145＠qq.com