CN103201505A - 用于保护水力机械的组件免于腐蚀的方法 - Google Patents

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Abstract

一种保护水力机械的组件免于腐蚀的方法，所述方法包括以下步骤：在平坦状态下制备多个聚合合成材料的薄片(300)；将粘合剂涂层(200)涂敷在每个薄片(300)的一个侧面上；以及，将所述薄片(300)铺设(F1)在所述组件的要遮盖覆盖层的表面上。

Description

用于保护水力机械的组件免于腐蚀的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造水力机械组件的方法，该水力机械组件的至少一个表面遮盖有防腐蚀的保护性的覆盖层。
背景技术
已知，必须保护水力机械组件趋向于被穿过机器的强制流(forced flow)弄湿的表面免于由于在强制流中存在的固体颗粒所造成的磨损，且通常防止任意形式的腐蚀。某些耐磨的复合材料趋向于粘着在例如水轮机的叶片上。因这些材料所获得的耐腐蚀特性依赖于这些材料是如何被涂敷的。
为了涂敷所述材料，已知对例如法氏轮(Francis wheel)或导叶的轮叶的水力组件的表面进行喷砂，然后在使用喷射枪向两个组件涂敷厚度大于1mm的复合材料之前，还使用喷射枪涂敷底漆。这样构成防腐蚀的保护层。这样涂敷的所述复合材料的硬化时间为三个星期，组件在该期间必须是被固定的。如果修复现有能量转换设备，这会引起生产的重大中断。进一步地，当将包括该保护层的材料涂敷在弯曲的/不平坦的表面上时，由于保护层相对大的厚度而存在相当大的运行风险，至少会观察到桔皮效应(orange-peel effect)。
在以多个具有相对较小厚度(例如400微米(μm)大小)的连续层涂敷复合材料的情况中，将减小运行风险但桔皮方面仍然存在。进一步地，材料以几层进行涂敷将引起该材料粘附中的实质降解，因为其中该粘附依赖于两个连续材料层之间的涂敷时间。这将导致在一部分保护层上发生局部分离的风险。
在相对较大的组件(诸如法氏轮)的情况中，通常部分地进行该涂敷以涂敷保护材料层。在对一部分进行喷砂的过程中，必须保护已经遮盖有保护性的覆盖层的其他部分免于受到沙子的喷射。实现该过程是很精细的，且需要时间。
本发明尤其趋向于通过提出一种用于制造水力机械组件的新的方法来克服这些缺点，其中所述水力机械组件更容易实现且取得比已知方法更好的表面光洁度(surface finish)。
发明内容
为了该效果，本发明涉及一种保护水力机械的组件免于腐蚀的方法，所述水力机械组件的至少一个弯曲的/不平坦的表面被保护性的覆盖层遮盖。所述方法包括至少以下步骤：
a)在平坦状态下制备多个(several)聚合合成材料的薄片；
b)将粘合剂涂层至少涂敷在每个薄片的一个面上；
c)通过使用薄片构成所述覆盖层，将所述薄片铺设在所述组件的将被遮盖的所述弯曲的/不平坦的表面上。
由于本发明，提供在水力机械组件的一个表面上的保护性的覆盖层的制造发生在多个连续步骤中，其中所述步骤a)发生在直接作用于所述组件之前的多个星期。可以在处于适当条件的专用车间中进行该预先步骤，该预先步骤使得可能获得完全令人满意的趋向于与经过水力机械的强制流相互作用的覆盖层外部面的表面光洁度。由于可以在平坦状态下制备聚合合成材料的薄片，因此可以获得“镜子”类型的表面光洁度，这样防止了运行的风险。
根据本发明，腐蚀包括经由气蚀和/或侵蚀的磨损和耗损。
根据本发明的有利但非强制性的方面，考虑到技术上的可能组合，所述方法可以包含以下特征的一个或多个：
在所述步骤a)的过程中，使用预聚物基质(prepolymer base)和尤其为异氰酸盐类型的硬化剂来实现所述薄片，所述预聚物基质尤其是与至少一种多元醇和/或一种胺部分共聚合的异氰酸盐类型。所述预聚物基质有利地包括至少一种流化剂或分散剂和/或填充物。
在所述步骤a)的过程中，所述薄片被实现为具有在0.5mm和3mm之间、更优选在1mm和2mm之间的厚度。
所述方法包括在所述步骤a)和所述步骤b)之间的储存所述薄片以最终完成(finalisation)所述聚合的中间步骤d)。
所述储存的步骤要进行多个星期，更优选进行至少两个月。
在所述步骤a)的过程中，所述薄片被实现为具有在0.5mm和3mm之间、更优选在1mm和2mm之间的厚度。
所述方法包括在所述步骤c)之前的步骤e)，所述步骤e)为将底漆涂层涂敷在所述组件的将被防腐蚀的所述保护性的覆盖层遮盖的表面上；且在所述步骤c)的过程中，通过使所述粘合剂涂层与所述底漆涂层相互接触来铺设所述薄片。有利地，在所述步骤e)的过程中，所述底漆被涂敷为具有在20μm和100μm之间、更优选为50μm大小的厚度。
所述方法包括在所述步骤b)和所述步骤e)之后的步骤f)，在所述步骤c)中铺设所述薄片之前，在所述步骤f)中存在用于所述粘合剂和所述底漆熟化的等待期。
在所述步骤b)的过程中，所述粘合剂被涂敷为具有在20μm和150μm之间、更优选地在50μm和70μm之间的厚度。
在所述步骤b)的过程中涂敷的所述粘合剂是聚氨酯类型或具有聚氨酯基质、是聚酯类型或具有聚酯基质、或者是氰基丙烯酸酯类型或具有氰基丙烯酸酯基质。
在所述步骤a)的过程中制备多个薄片，且在所述步骤c)的过程中，这些涂敷有粘合剂的薄片被边缘对边缘地安装在组件的表面上，且这些薄片可能遮盖有底漆涂层。
本发明进一步涉及一种水力机械的组件，趋向于被穿过机器的水的强制流弄湿的至少一些弯曲的/不平坦表面遮盖有由薄片构成的保护性的覆盖层，所述薄片在它们被铺设在这些表面上之前通过聚合而制备，同时更优选地根据如上所述的方法粘着该保护层。
在这种情况中，所述薄片可具有72的肖氏硬度，且具有大约400％的弹性延伸能力，以及具有根据NF T46-002标准的28兆帕的抗拉强度，且具有根据NF T46-007标准的35牛顿的抗撕裂能力。
最后，本发明涉及一种用于将水能转换为电能或机械能或者进行相反转换的设备，所述设备包括：水力机械、水供应管线及至少一个表面被经过所述设备的水流扫过的至少一个组件。该设备的特点在于所述组件是如上面所提到的组件。
附图说明
结合附图，且当阅读仅通过实施例的方式对设备实施方式及用于按照其原理的制造方法的描述，将更好地理解本发明，且本发明的其他优点将变得更清楚，其中：
图1是根据本发明的设备的原理的轴向截面图；
图2是在制造方法的第一步骤的过程中，对应于图1设备的轮子的形成该图中细节II的部分的更大尺寸的视图；
图3是在根据所述方法的第三步骤的过程中的类似于图2但是为较小尺寸的视图；
图4是根据图3中的平面P4的较大尺寸的部分截面图；
图5是所述方法在图3的步骤之后的步骤的过程中的类似于图4的视图；
图6是图1设备的导叶在所述制造方法第一步骤的过程中的立体图；以及
图7是在所述制造方法的后续步骤的过程中类似于图6的立体图。
具体实施方式
图1中示出的设备1包括法氏水轮机(Francis turbine)2，使用强制管线(forced line)5在其中敞开的罐4供应法氏水轮机2的轮子3。所述水轮机2进一步包括轴6，轮子3安装在轴6上，且轴6与轮子3一起围绕竖直轴线X6旋转，同时竖直轴线X6还是轴6的纵向轴线。轴6与形成驱动交流发电机8的构件的另一轴7整体旋转。这样，设备1将水能(hydraulic energy)转换为电能。可选择地，可以用机械装置取代交流发电机8，在这种情况中设备1将水能转换为机械能。
在罐4和轮子3之间设置一系列固定轮叶导叶(stay vane wicket gate)9和导叶(wichet gate)11，固定轮叶导叶9和导叶11的功能是引导来自管线5和罐4且趋向于以朝向吸入管线12的方向经过轮子3的流动E。
轮子3包括在轮毂(hub)32和冠状物(crown)33之间延伸的轮叶31。每个轮叶31在前缘312和后缘314之间延伸，且每个轮叶31具有在该前缘和后缘之间延伸的两个侧表面。在图2至图5中可以看到附图标记为316的这些表面中的一个。
当设备1运行时，流动E扫过表面316及相对于图2至图5中示出的表面从轮叶31的另一侧延伸的相反的表面。在实践中，流动E沿表面316流动，且以大于或等于20米/秒(m/s)的速度流动。为了防止该流动过早地磨损表面316和与轮叶31相反的表面，而将防腐蚀的保护性的覆盖层50粘着在这些表面(316和类似表面)上。
为了做到这些，当完成轮子1时，对轮叶31进行喷砂。然后，将被称为“底漆”的材料的第一涂层100涂敷在表面316上，该底漆涂层100具有使随后粘着至涂层100上的另一涂层相对于轮叶31便于粘着的效果。图2中示出在涂敷过程中的涂层100，图中示出表面316的在前缘312和轮毂32附近的一部分。
在这种情况中使用的底漆是异氰酸盐(isocyanate)和多元醇(polyol)的混合物。
使用喷射枪涂覆底漆涂层100，涂敷的底漆涂层100厚度在20μm和100μm之间，优选为50μm大小。
由于轮子3的几何形状在它一被形成时就已知道，因此应预先计划制造足够数量的且具有足以遮盖轮叶31的整个侧面316和对等表面的单位面积的聚合合成材料薄片。图4中示出在被铺设在轮叶31的涂敷有涂层100的表面316上之前的涂敷有200的这些薄片中的四个(附图标记为300)。
通过聚合预聚物基质和异氰酸盐类型的硬化剂来预制每个薄片300，该预聚物基质可以是与至少一种多元醇或/和一种胺部分共聚合的异氰酸盐类型。有利地，除纳米粉末类型或其他类型的氮化钛的一种或几种填充物(例如陶瓷填充物)之外，还将一种或几种流化剂(fluidifying agent)和/或分散剂并入预聚物基质中。在制造薄片300的过程中还可以使用一种或几种催化剂。
一旦发生聚合，则包括薄片300的材料是聚氨酯类型。
可以在将薄片300铺设在轮叶31的侧表面316上之前多个星期制备薄片300。在实践中，薄片300被实现为具有在0.5mm和3mm之间的厚度e300。使用厚度在1mm和2mm之间的薄片可预期获得完全满意的结果。
根据基质为大约2/3且硬化剂为1/3的重量比率混合包括薄片300的材料(即基质和硬化剂)。然后将混合的材料倾倒在设置为平坦状态(flat state)的模具中。然后进行聚合反应，由此产生薄片300。然后通过将这些薄片储存多个星期，更优选存储至少两个月使这些薄片搁置静止，以使薄片的厚度完全固定且聚合反应终止。
这样，预期薄片300的制造与轮子3的金属部件的制造有关。
在受保护的环境中，薄片300的制备步骤和储存步骤在平坦状态下发生，使得每个薄片300的在薄片300安装在轮子3上时趋向于朝向流动E的方向定向的面302可以具有尤其为平滑或“镜子”类型的受到很好控制的表面光洁度。
在制备且储存薄片300的步骤之后，可以手动操作这些薄片中的每个片，而不会有使薄片受到污染或使薄片的机械性能及其表面光洁度被周围灰尘破坏的风险。
在制备终止时且完全固定之后，薄片300具有72的肖氏硬度，且具有大约400％的弹性延伸能力。根据NF T46-002标准，薄片300的抗拉强度(tensilestrength)是28兆帕(MPa)；同时根据NF T46-007标准，薄片300的抗撕裂能力(resistance to tearing)是35牛顿(N)。
这样，对于轮子3的制造，存在具有适合尺寸和机械特征的足够数量的薄片300。例如，每个薄片300可以具有大小为2米(m)的长度和大小为500mm的宽度。
当识别出趋向于遮盖表面316的薄片300时，使用喷射器将粘合剂材料的涂层200涂敷在每个薄片300的趋向于转向表面316的面304上。该粘合剂材料有利地是聚氨酯。但是该粘合剂材料可以是另一材料，诸如聚酯、氰基丙烯酸酯(cyanoacrylate)，或具有聚氨酯、聚酯或氰基丙烯酸酯的材料。这里，术语“氰基丙烯酸酯”用作它通常被接受和指定的2-氰基丙烯酸甲酯。粘合剂涂层200被涂敷为具有在20μm和150μm之间，更优选地在50μm和70μm之间的厚度e200。图4中，放大了厚度e200以便于标记粘合剂涂层200。在实践中，还将粘合剂涂层200涂敷在薄片300的一些或所有边缘或截面306上。
一旦已经完成粘合剂涂层200的涂敷步骤，则在将每个涂敷有粘合剂涂层200的薄片300铺设在轮叶31的涂敷有涂层100的表面316或等价物之上之前，存在大约一个小时的等待期以允许粘合剂和底漆熟化。然后朝表面316的方向推动每个涂层的面304，使涂层100和涂层200相接触。根据表面316的几何形状，可以切割一个或多个薄片300以遵循在轮叶31和轮毂32之间的连接边缘或在轮叶31和冠状物33之间的连接边缘332。
粘合剂涂层200被涂覆为具有在20μm和150μm之间，更优选地在50μm和70μm之间的厚度e200。
包括底漆涂层100和粘合剂涂层200的材料的选择确保涂层200牢固地粘附至涂层100，这样保证将每个薄片300维持在轮叶31上的适当位置。
图3中，箭头F1示出将薄片300铺设在表面316上时的移动，同时虚线L300界定了为各薄片300提供的位置。这些虚线的使用是可选择的。这些虚线通过用作操作者的引导线(guideline)来使薄片300的安装方便。
在制造轮子3的对应于图2至图5中示出的轮叶31的部分的步骤结束时，四个薄片300在表面316上的适当位置且边对边设置，如图5中所示。由于薄片300以相同方式制造且具有受到很好控制的厚度，使得薄片300转向流动E的的相应表面可以彼此齐平，因此所述边对边设置是可能的。薄片300的边缘306的胶合动作以及薄片非常高的弹性有利于薄片300的相应表面302的连续性，而没有任何唇缘(lip)。
薄片300一起构成表面316的防腐蚀的保护性的覆盖层50。薄片300的几何形状通过贴装(taping)或任何其他适当的技术而适应于表面316的几何形状。
按照上面提到的在铺设薄片300之前的粘合剂和底漆熟化的等待期，一旦将装配有粘合剂涂层200的薄片300铺设在涂层100上时，涂层100和涂层200的粘度足以防止薄片300相对于轮叶31发生滑动。
一旦薄片300被铺设在适当位置(如图5所示)，在使轮子3工作之前等待48小时(h)至96小时(h)就足够了。
如图6和图7所示，导叶11还可以装配有由聚合合成材料的薄片400形成的防腐蚀的保护性的覆盖层50。
在预先在趋向于转向导叶的面404上涂敷有粘合剂涂层200的薄片400在粘合剂涂层200和底漆涂层100熟化之后粘着到涂层100上之前，导叶11的外侧表面116预先涂敷有底漆涂层100。注意，在图7中，薄片400在导叶10的表面102上延伸以遮盖表面102的前缘112。在该图中还应注意，薄片400没有完全遮盖表面116。但是，用薄片400完全遮盖表面116是可能的。
图6示出在涂敷时的涂层200，图中示出其中一个薄片400的面404。如前所述，粘合剂涂层200还可以涂敷在薄片400的确定边缘406上，尤其是下薄片400的上边缘和/或上薄片400的下边缘上。
薄片400一起构成用于表面116的防腐蚀的保护性的覆盖层50。
以与薄片300相同的方式制造薄片400，且薄片400具有与薄片300基本相同的特性。
按照它们的厚度及它们所包含的材料，薄片300和薄片400足够柔韧以适应于弯曲的/不平坦的、尤其是不可以展开(developed)的表面116和表面316的弯曲的/不平坦的几何形状。
通过根据本发明实现的薄片式的保护性的覆盖层可以保护设备1的其他部分。具体地，轮毂32的朝向轮叶31的表面和冠状物33的朝向轮叶31的表面可以装配有类似薄片300的薄片。固定轮叶导叶9也可以装配有图7中示出的薄片400类型的薄片。
本发明在修复现有设备1的情况中尤其有利。实际上，只要在现场干预之前已知轮子3、固定轮叶导叶9或导叶10的几何形状，就可以在设备停止前两个月内制备适合数量的薄片300、400和等价物。在设备停止的过程中，可以在将薄片300和/或薄片400快速铺设在要防腐蚀的表面上之前，对整个轮子3进行喷砂，且可以涂敷底漆涂层100和粘合剂涂层200。只要对于轮子3的干预(intervention)相对较快，则没有发生金属氧化的风险，且可以在大范围表面上进行喷砂或研磨。由于薄片300或薄片400已经进行了多个星期的储存步骤，因此它们可以符合“惰性”的要求，这是因为聚合反应已经完成，从而使得它们在设备1的水流打开之前被铺设在轮子3或导叶11上时或和干燥粘合剂涂层200的过程中没有受到灰尘破坏的风险。
上述实施方式和替代方式的技术特征可以组合在一起。
虽然高度有利，但底漆涂层100的使用并不是强制性的，且可以考虑将粘合剂涂层200直接涂敷在组件3、11或其它组件的表面116、316或等价物上。
图中示出的薄片300和薄片400具有直的边缘。可选择地，这些边缘可以是有斜面的。在这种情况中，一个薄片的边缘可以遮盖另一相邻薄片的边缘。那么，粘合剂涂层在这两个边缘之间延伸。
本发明应用于水力机械的任何组件，而不管该组件是可移动的还是固定的。本发明可以用于任何已知类型的水轮机，诸如泵或涡轮泵中的法氏水轮机、卡普兰水轮机、灯泡式水轮机等。当本发明用于泵或涡轮泵中时，设备将机械能或电能转换为水能。

Claims (15)

1.一种保护水力机械(2)的组件(3，11)免于腐蚀的方法，所述水力机械组件(3，11)的至少一个弯曲的/不平坦的表面(116，316)被保护性的覆盖层(50)遮盖，其特征在于，所述方法包括至少以下步骤：
a)在平坦状态下制备多个聚合合成材料的薄片(300，400)；
b)将粘合剂涂层(200)至少涂敷在每个薄片(300，400)的一个面(304，404)上；
c)通过使用薄片构成所述覆盖层(50)，将所述薄片(300，400)铺设(F1)在所述组件的将被遮盖的所述弯曲的/不平坦的表面(116，316)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤a)的过程中，使用预聚物基质和尤其为异氰酸盐类型的硬化剂来实现所述薄片(300，400)，所述预聚物基质尤其是与至少一种多元醇和/或一种胺部分共聚合的异氰酸盐类型。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤a)的过程中，所述薄片(300，400)被实现为具有在0.5mm和3mm之间、更优选在1mm和2mm之间的厚度(e300)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述步骤a)和所述步骤b)之间的储存所述薄片以最终完成所述聚合的中间步骤d)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述储存的步骤要进行多个星期，更优选进行至少两个月。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤a)的过程中，所述薄片(300，400)被实现为具有在0.5mm和3mm之间、更优选在1mm和2mm之间的厚度(e300)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述步骤c)之前的步骤e)，所述步骤e)为将底漆涂层(100)涂敷在所述组件(3，11)的将被防腐蚀的所述保护性的覆盖层(50)遮盖的表面(116，316)上；且在所述步骤c)的过程中，通过使所述粘合剂涂层(200)与所述底漆涂层(100)相互接触来铺设所述薄片(300，400)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步骤e)的过程中，所述底漆被涂敷为具有在20μm和100μm之间、更优选为50μm大小的厚度。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述步骤b)和所述步骤e)之后的步骤f)，在所述步骤c)中铺设所述薄片之前，在所述步骤f)中存在用于所述粘合剂和所述底漆熟化的等待期。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤b)的过程中，所述粘合剂被涂敷为具有在20μm和150μm之间、更优选地在50μm和70μm之间的厚度(e200)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤b)的过程中涂敷的所述粘合剂是聚氨酯类型或具有聚氨酯基质、是聚酯类型或具有聚酯基质、或者是氰基丙烯酸酯类型或具有氰基丙烯酸酯基质。
12.一种水力机械(2)的组件(3，11)，其特征在于，所述组件的趋向于被穿过机器的水的强制流(E)弄湿的至少一些弯曲的/不平坦表面(116，316)遮盖有由多个薄片(300，400)构成的保护性的覆盖层(50)，所述薄片(300，400)在它们被铺设在所述表面上之前经由平坦状态下的聚合而制备。
13.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，所述薄片(300，400)具有72的肖氏硬度，且具有大约400％的弹性延伸能力。
14.根据权利要求12或13所述的组件，其特征在于，所述薄片(300，400)具有根据NF T46-002标准的28兆帕的抗拉强度，且具有根据NF T46-007标准的35牛顿的抗撕裂能力。
15.一种用于将水能转换为电能或机械能或者进行相反转换的设备(1)，所述设备包括：水力机械(2)，将水供应至所述水力机械的管线(5)，及至少一个表面(216，316)被经过所述设备的水的强制流(E)扫过的至少一个组件(3，16)；其特征在于，所述组件(3，11)是根据权利要求12所述的组件。
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