吳 鵬，蔣 磊

（1.國電安徽毛尖山水電有限公司，安徽宣城 242300；2.江蘇瑞斯邁工業(yè)技術(shù)有限公司，江蘇南京 210042）

0 引言

水輪機是水輪發(fā)電成套設(shè)備的主機，它與水輪發(fā)電機、電站控制設(shè)備、勵磁系統(tǒng)和調(diào)速器配套使用，組成水力發(fā)電站的主體。作為水輪機的關(guān)鍵部件之一，槳葉性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到機組的檢修周期和運行安全。

常規(guī)的水輪發(fā)電機組大修都是將水輪機吊出基坑，通過長途運輸返回原廠家進行處理，增加了人工、運輸?shù)瘸杀荆苍黾恿似鸬酢⑦\輸?shù)劝踩L險，若能采在現(xiàn)場處理水輪機氣蝕等缺陷，將節(jié)省大量成本，并降低安全風險。

2015 年，劉村壩電站1號機組使用金屬陶瓷修復材料對水輪機進行現(xiàn)場修復，處理完24 h 后即可進入滿負荷運行狀態(tài)，完全不影響正常生產(chǎn)，至今水輪機外觀未出現(xiàn)明顯氣蝕或者材料剝落現(xiàn)象。

1 水輪機氣蝕情況

劉村壩電站裝有3 臺2000 kW 容量貫流式水輪發(fā)電機組。水輪機槳葉長期運行過程中，發(fā)生汽蝕、雙金屬腐蝕、磨損等現(xiàn)象，造成過流面不平整，轉(zhuǎn)輪根部氣蝕嚴重部位深達4 cm，尤其是轉(zhuǎn)動部件葉輪，大面積出現(xiàn)汽蝕坑洞、磨損缺陷、甚至部分葉片葉型損失，不但給平時檢修維護帶來困難，增加了檢修成本和安全風險，而且還大大降低了水輪機的有效運行效率，增大了運行噪聲，造成人力、財力、能源的損耗。

2 金屬陶瓷修復材料的特點及要求

根據(jù)該設(shè)備具體運行工況條件，推薦使用英國RESIMACDE Polymers 公司生產(chǎn)的系列材料。英國RESIMAC-DEP201 陶瓷金屬修復材料常用于因磨損、腐蝕、汽蝕等原因造成的腐蝕坑洞、缺陷、條紋等部位的修復與復原。

RESIMAC-DEP201 耐腐蝕金屬陶瓷涂料用于葉輪等容易腐蝕的部位底層涂覆，RESIMAC-DEP203 防汽蝕金屬陶瓷涂料用于葉輪等容易汽蝕的部位面層涂覆。

2.1 RESIMAC-DEP201 材料

2.1.1 應(yīng)用

用于重建被化學物質(zhì)腐蝕損壞的金屬修復系統(tǒng)。將高分子重反應(yīng)聚合物與硅鋼合金混和，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)成由兩種原料組成的修復系統(tǒng)。本系統(tǒng)經(jīng)過特殊設(shè)計，非常耐磨，不可車削機加工只能磨削，可以對泵體內(nèi)壁的鑄造缺陷進行有效修復。

2.1.2 技術(shù)參數(shù)

（1）粘合力（拉伸剪切）。在粗糙度為75 μm 的碳鋼下按ASTMD1002 標準測試結(jié)果：188 kg/cm2（2675 psi）。

（2）抗壓強度。按ASTMD695 標準測試結(jié)果：1089 kg/cm2（15.5 psi）。

（3）抗擾強度。按ASTMD790 標準測試結(jié)果：703 kg/cm2（10 psi）。

（4）硬度。按ASTMD785 測試結(jié)果：100 HRC。

2.2 RESIMAC-DEP202 材料

2.2.1 應(yīng)用

本陶瓷涂層系統(tǒng)經(jīng)過特殊設(shè)計，用于恢復保護化學物質(zhì)腐蝕的表面。將高分子重反應(yīng)聚合物與硅鋼合金混和并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)成由基料和固化基組成的修復保護系統(tǒng)?？杀Ｗo金屬表面免受磨損損壞。

2.2.2 技術(shù)參數(shù)

（1）粘合力（拉伸剪切）。在粗糙度75 μm 的碳鋼下按ASTMD1002 標準測試結(jié)果：187 kg/cm2（2875psi）。

（2）抗壓強度。按ASTMD695 標準測試結(jié)果：735 kg/cm2（13.65 psi）。

（3）抗擾強度。按ASTMD790 標準測試結(jié)果：570 kg/cm2（9000 psi）。

（4）硬度。按ASTMD785 標準測試結(jié)果：100 HRC。

2.3 RESIMAC-DEP203 材料

2.3.1 應(yīng)用

本陶瓷涂層系統(tǒng)經(jīng)過特殊設(shè)計，用于恢復保護化學物質(zhì)腐蝕的表面。將高分子重反應(yīng)聚合物與硅鋼合金混和并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)成由基料和固化基組成的修復保護系統(tǒng)?？杀Ｗo金屬表面免受損壞。

2.3.2 技術(shù)參數(shù)

（1）粘合力（拉伸剪切）。在粗糙度75 μm 的碳鋼下按ASTMD1002 標準測試結(jié)果：187 kg/cm2（2650 psi）。

（2）抗壓強度。按ASTMD695 標準測試結(jié)果：735 kg/cm2（10.45 psi）。

（3）抗擾強度。按ASTMD790 標準測試結(jié)果：570 kg/cm2（8100 psi）。

（4）硬度。按ASTMD785 標準測試結(jié)果：85 HRC。

2.4 現(xiàn)場環(huán)境要求

溫度要求≥5 ℃，相對濕度＜90%，現(xiàn)場無煙塵和漂浮灰塵。

2.5 設(shè)備要求

設(shè)備基體的表面應(yīng)該干燥整潔（表面處理應(yīng)清潔、堅固、干燥、粗糙四原則）。

2.6 材料的使用

2.6.1 產(chǎn)品要求

產(chǎn)品應(yīng)在保質(zhì)期內(nèi)使用，且包裝無損壞、無分層、結(jié)塊、變色等現(xiàn)象。

2.6.2 混合

將固化劑與基料按產(chǎn)品要求比例混合，混合應(yīng)充分，使混合后的材料顏色均勻一致，即拌即用。RESIMAC-DEP201 體積混合比為3∶1（基料∶固化劑）；RESIMAC-DEP202 體積混合比為8∶1（基料∶固化劑）；RESIMAC-DEP203 重量混合比為5∶1（基料∶固化劑）。

由于以上材料均為混合比例要求高、操作時間短的產(chǎn)品，因此現(xiàn)場混料時要嚴格按比例或整罐混合，并在材料規(guī)定的時間內(nèi)使用完畢。

2.6.3 施料

施料時應(yīng)用力且均勻，確保材料與基體表面充分地接觸，特別是第一層修復和涂層必須用力抹涂，使其達到最佳粘結(jié)效果。第一道表面凝固后方可涂第二道涂層。注意產(chǎn)品的操作時限，該時限從材料開始混合時算起。產(chǎn)品的操作時限參照產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)。

2.6.4 固化

施料完畢后，應(yīng)讓防腐層充分固化。防腐層完全固化后設(shè)備方可將投入使用。

3 金屬陶瓷修復材料施工工藝的優(yōu)點

拆解后的葉輪進行噴砂處理和清洗，首先采用金屬陶瓷修復材料修復汽蝕缺陷，若汽蝕深度較大，先進行涂層浸潤后再進行修復，保證汽蝕缺陷修復完整不留空，修復后恢復原來的輪廓。待修復材料表面凝固后涂覆兩層陶瓷涂層，設(shè)備常溫完全固化24 h 后既可投入使用。

3.1 缺陷修復

可對設(shè)備缺陷進行常溫無損修復，修復材料無溶劑、無塌陷、無熱應(yīng)力等優(yōu)點，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

3.2 延長使用壽命

對設(shè)備涂覆陶瓷涂層，可防汽蝕、防磨損，保護設(shè)備安全穩(wěn)定運行，從而延長設(shè)備使用壽命。

3.3 節(jié)能降耗

經(jīng)修復涂覆后的設(shè)備，完善了流體在流道內(nèi)流動曲線，不但可以把對設(shè)備的損害降到最低，同時超滑涂層降低了流體在流道內(nèi)的阻滯力，相應(yīng)的能耗將會下降。

3.4 快捷

高分子技術(shù)修復葉輪，可以實現(xiàn)現(xiàn)場快速處理設(shè)備缺陷，并快速投入使用，可以避免不必要的設(shè)備換新投入、備件的投入、停機維護投入等間接經(jīng)濟損失。

3.5 特征

通過改變表面光潔度達到節(jié)能降耗的目的，與傳統(tǒng)的變頻技術(shù)節(jié)能降耗不沖突。

3.6 粘結(jié)機理

材料中含有較多的極性大的羥基和醚鍵，基團的極性使其分子和相鄰界面產(chǎn)生電磁間的吸引力。特別是主鏈上具有很高反應(yīng)活性的基能，可以和金屬表面上的活性游離鍵起反應(yīng)，形成牢固的化學鍵，極大地增強了結(jié)合力。另外，材料可以相當平穩(wěn)地從液態(tài)變成固態(tài)，幾乎不收縮，故能保持原有的鍵，和基體形成極強的粘結(jié)力。材料中微米級的聚合添加物，不但大大改變了其防腐耐磨抗汽蝕性能，同時增加了表面的疏水性能，減少介質(zhì)在泵內(nèi)部的運行阻力和粘滯力，達到節(jié)能效果。

4 金屬陶瓷修復材料施工工藝

4.1 表面處理

為保證設(shè)備的修復和防護質(zhì)量，高分子材料施工工藝要求對過流部位進行噴砂處理，去除銹層、垢層，噴砂后粗糙度≥75 μm。實現(xiàn)表面清潔、堅固、干燥、粗糙（表面處理四原則）。

4.2 表面清洗

噴砂后及時清砂、打掃，并用壓縮空氣吹掃表面。然后用專用清洗劑對所有噴砂表面進行清洗，去除浮塵和可能的油脂物質(zhì)。

4.3 缺陷修復

（1）清洗之后，使用進口高分子修復材料RESIMAC-DEP201對槳葉因磨損、汽蝕出現(xiàn)的凹坑、蜂窩狀缺陷部位進行修復，恢復其原有的內(nèi)部形廓。

（2）若出現(xiàn)汽蝕深度較大，尤其是葉輪位置，必須先使用RESIMAC-DEP202 涂層材料進行充分浸潤后，再使用RESIMACDEP201 修復材料進行修復和造型。

（3）槳葉缺陷較大時，沒有固定附著和輪廓，必須按照輪廓走向焊接支撐龍骨，配合鐵絲網(wǎng)，然后使用修復材料進行重整和塑型，這個過程需要非常細致的操作。

（4）施工時注意用力，使材料和凹坑基體充分接觸，不要留空。修復完畢后即可進行下一步涂覆。

4.4 涂層涂敷

（1）修復材料表固之后，調(diào)和RESIMAC-DEP202 耐磨陶瓷涂料第一層對槳葉、（過流面）均勻涂敷，不要出現(xiàn)漏涂、流掛等缺陷，單層干膜厚度0.25～0.40 mm。注意用力，尤其是已經(jīng)修復部位，涂層材料充分浸潤，避免留空。

（2）待第一層防護涂層觸手可干后，接著涂覆RESIMACDEP203 超級光滑涂層第二層防護涂層，其技術(shù)要求與第一層相同。

4.5 固化說明

修復、涂敷完畢后，常溫固化24 h 后涂層可以完全固化（冬季溫度較低，固化時間適當延長），設(shè)備即可投入使用。

5 施工前后對比

水輪機槳葉未處理前表面如圖1 所示，處理后如圖2所示，運行30 個月后的表面情況如圖3 所示。

圖1 水輪機槳葉未處理前

圖2 水輪機槳葉處理后

圖3 槳葉運行30 個月后

6 結(jié)語

本文主要研究了金屬陶瓷修復材料的性能和施工方法，由于國內(nèi)小水電大發(fā)展時期過后會有一波小水電轉(zhuǎn)輪集中修復期，這種在現(xiàn)場就能使用的修復方法施工簡單、用時少、成本低，修復后設(shè)備能立即投入使用，可為企業(yè)節(jié)省大量生產(chǎn)成本和降低安全風險，有一定的推廣和應(yīng)用價值。