CN111843373A - 一种提高水轮机过流部件磨蚀损伤快速冷修复强度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高水轮机过流部件磨蚀损伤快速冷修复强度的方法，先采用金属纤维或金属丝织构骨架，然后采用粘稠填充体进行填充，经固化后形成高强度的修复层，具体步骤如下：(1)对气蚀、磨损区域进行打磨，形成平滑过渡的凹坑；(2)采用金属纤维或金属丝，通过储能焊接的方式在待修复凹坑内进行栽种，作为粘稠填充体的骨架；(3)将环氧树脂、陶瓷颗粒和纤维混合并加入固化剂，形成粘稠填充体；(4)将粘稠填充体灌入凹坑中，使其以金属丝为骨架，填充在凹坑中；(5)待其固化后采用磨光机打磨平整。本发明具有工艺简单、修复层结合强度高、工件不易发生变形、工期短、安全风险低的特点。

Description

一种提高水轮机过流部件磨蚀损伤快速冷修复强度的方法
技术领域
本发明涉及水轮机过流部件磨蚀损伤及电力设备修复技术领域，具体涉及一种提高水轮机过流部件磨蚀损伤快速冷修复强度的方法。
背景技术
多泥沙流域的水电站水轮机过流部件如导叶、顶盖、底环、桨叶、转轮等部件在含砂水流的环境中易于受到气蚀、磨损等磨蚀损伤，随着部件运行时间的延长，磨蚀损伤深度加深；此外当流体中固体颗粒如长石、石英等高硬度矿物质颗粒含量越高时，过流部件的损伤速度越快，磨蚀程度更严重，降低部件的服役寿命，引起系统安全故障，增加检修和维护成本。
目前在电力和机械领域，对于气蚀、磨损类的表面损伤，修复工艺主要为焊接修复，即手工焊接、手工打磨的方式进行修复，这种修复方式能彻底的恢复部件型线，具有冶金结合特点。但对于磨蚀严重的机组，仍在在工期、工作量、质量和安全性等方面存在一定的缺陷，主要表现为：(1)焊接修复工艺的工作量大、工期长，对于高泥沙含量流域的机组，过流部件磨蚀面积大，磨蚀深度深，焊接修复工作量大，由此带来的打磨修型工作量大，焊接修复工期长。尤其在机组短工期的小修期间，实施大量焊接修复难度较大，而每年进行数十天的大修，会降低电厂发电量，经济效益较差。(2)热输入高，薄壁叶片易于变形。(3)难度大、质量不可控，除了机组大修外，每年的小修都是在机坑内实施，存在各种角度的焊接与打磨工作，大部分焊接位置为立焊和仰焊，打磨过程中需高举打磨工具进行打磨，且流道内通常焊接和打磨角度较小，实施难度较大，型线修磨过程中质量无法控制。(4)安全风险高，不拆机的小修中，焊接后余高需要进行打磨恢复型线，主要采用旋转机械进行打磨，在狭小空间中进行打磨需要特殊打磨工具，打磨工具的安全防护困难，一旦砂轮破损飞出，会对施工人员造成伤害。
除上述焊接修复工艺外，部分电厂还采用了一种商用金属修补剂的方法进行临时修复，这种修复工艺主要以环氧树脂与金属粘结的方式进行修复，但这种方法具有结合强度低的特点。
鉴于以上分析，对于发生气蚀、磨损的水轮机过流部件，需要一种在机组短工期的小修中即可实施的快速修复技术，不会引起修复部件变形，且能使机组快速恢复发电状态，待大修期满后再拆机进行焊接修复，从而降低现场修复的工期、质量隐患和安全风险。
发明内容
为了克服现有焊接修复不能满足高泥沙流域水轮机小修过程短工期、不变形、安全可靠的技术要求，本发明提供了一种提高水轮机过流部件磨蚀损伤快速冷修复强度的方法，具有工艺简单、工期短、低安全风险，修复后结合强度高等特点。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种提高水轮机过流部件磨蚀损伤快速冷修复强度的方法，先采用金属纤维或金属丝织构骨架，然后采用粘稠填充体进行填充，经固化后形成高强度的修复层，包括如下步骤：
步骤1：对水轮机过流部件气蚀、磨损区域进行打磨，必要时去除预设厚度的金属本体，形成平滑过渡的待修复凹坑，清理待修复凹坑表面污物；
步骤2：采用金属纤维或金属丝，通过储能焊接的方式在待修复凹坑内进行栽种，然后剪断高出修复后平面的金属纤维金属丝；栽种后的金属纤维或金属丝作为填充修复粘稠体的骨架；
步骤:3：将环氧树脂、陶瓷颗粒和纤维混合并加入固化剂，形成粘稠填充体；
步骤4：将粘稠填充体灌入栽种有金属纤维或金属丝的待修复凹坑中，使粘稠填充体以金属纤维或金属丝为骨架，填充在待修复凹坑中；
步骤5：待粘稠填充体固化后采用磨光机打磨平整即可。
优选地，栽种在待修复凹坑中的金属纤维或金属丝的直径为0.1mm～2mm，金属纤维或金属丝的栽种密度不大于4根/cm2。
优选地，所述陶瓷颗粒为氧化铝颗粒、碳化钨颗粒、氧化硅颗粒或碳化钛颗粒；陶瓷颗粒粒度范围为50-200目，形状为球形或破碎形，陶瓷颗粒与环氧树脂的质量比为(0.5～2):1。
优选地，所述粘稠填充体中的纤维的直径为10-50微米，长度为100-1000微米，纤维材质为玻璃纤维、碳纤维或金属纤维，纤维与环氧树脂的质量比为(1～50)：100。
所述粘稠填充体中的纤维首先与环氧树脂混合均匀后，再加入陶瓷颗粒，并混合均匀。
本发明和现有焊接修复和商用金属修补剂相比，具有工期短，不变形，结合牢固、安全风险低的优点。
1、工期短，本发明实施过程中主要工期为固化时间，多点修复时，固化时间并不完全叠加，因此相比焊接修复，其工期明显缩短。
2、结合牢固，本发明采用了金属骨架增强修复层与工件之间的结合强度，并将纤维加入粘稠体中构成混合体，增强了修复层内部的强度。
3、安全风险低，固化后只需采用机械打磨工具进行表面磨平即可，不需要大量的打磨工作，因此安全风险显著降低。
4、不变形、耐磨性好，该工艺不引入热量，不会引起变形，且加入了金属骨架、纤维和陶瓷颗粒，在增强修复层强度的同时，提高其耐磨性。
5、本发明实施过程简单，操作灵活，工艺稳定，可重复性好，适合现场施工。
附图说明
图1为实施例3磨蚀沟槽修复前的视图。
图2为实施例3磨蚀沟槽修复后的视图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1：某高水头、高泥沙含量的水电厂在小修过程中发现水轮机顶盖的导叶孔附近受到泥沙作用磨蚀严重，深度达到5～10mm，磨蚀区域尺寸为120mm×60mm，已不能正常控制流量，影响机组效率。采用本发明方法进行修复，首先对孔周边发生了磨蚀的区域进行打磨，形成底部平滑过渡，最深10mm的待修复凹坑，然后采用1mm的金属丝，通过储能焊接的方式进行栽种，栽种密度为2～3根/cm2。将高出原始平面的金属丝剪断，完成金属丝的栽种。然后采用500g环氧树脂与体积比为25g的φ10μm×300μm的碳纤维、600g的100目碳化钨粉末进行均匀混合，并加入一定固化剂，形成粘稠填充体。将制成的粘稠填充体灌入栽种了金属丝的凹坑中，经过4小时凝固后，采用气动磨光机进行打磨，恢复型线。
实施例2某冲击式水轮机水斗部分常常发生气蚀损伤，主要损伤区域位于分水刃两侧，为增强该区域的抗气蚀行为和修复层的强度，首先采用机械打磨的方法对气蚀区域进行打磨，直到无气蚀缺陷，并平滑周边区域，然后采用0.5mm的金属丝，通过储能焊接的方式进行栽种，栽种密度为2～3根/cm2。将高出原始平面的金属丝剪断，完成金属丝的栽种。然后采用1000g环氧树脂与50g的φ10μm×500μm的碳纤维、1000g的球形碳化钛粉末进行均匀混合，并加入一定固化剂，形成粘稠填充体。将制成的粘稠填充体灌入栽种了金属丝的凹坑中，经过4小时凝固后，采用气动磨光机进行打磨，恢复型线。
实施例3：某水电厂马氏体不锈钢止漏环磨损严重，分别在各个梳齿圆环侧面产生深度达到2～5mm，宽度为30mm的磨蚀沟槽，已不能发挥止漏环的功能，影响机组效率及安全。采用本发明方法进行修复，首先对磨蚀沟槽周边区域进行清理，形成去除污渍，然后采用0.5mm的金属丝，通过储能焊接的方式进行栽种，栽种密度为2根/cm2。将高出原始平面的金属丝剪断，完成金属丝的栽种。增强修复的结合强度，然后采用3000g环氧树脂与300g的φ10μm×300μm碳纤维、2500g氧化铝陶瓷粉末进行均匀混合，并加入一定固化剂，形成粘稠填充体。将制成的粘稠填充体灌入喷砂后的磨蚀凹坑中，经过4小时凝固后，采用气动磨光机进行打磨，恢复型线。采用硬度计检测修复后的硬度，修复区域的里氏硬度值为714HLD，与马氏体不锈钢的硬度718HLD接近，修复质量完好，修复前后对比如图1和图2所示。

Claims (5)

1.一种提高水轮机过流部件磨蚀损伤快速冷修复强度的方法，其特征在于：先采用金属纤维或金属丝织构骨架，然后采用粘稠填充体进行填充，经固化后形成高强度的修复层，包括如下步骤：
步骤1：对水轮机过流部件气蚀、磨损区域进行打磨，必要时去除预设厚度的金属本体，形成平滑过渡的待修复凹坑，清理待修复凹坑表面污物；
步骤2：采用金属纤维或金属丝，通过储能焊接的方式在待修复凹坑内进行栽种，然后剪断高出修复后平面的金属纤维金属丝；栽种后的金属纤维或金属丝作为粘稠填充体的骨架；
步骤:3：将环氧树脂、陶瓷颗粒和纤维混合并加入固化剂，形成粘稠填充体；
步骤4：将粘稠填充体灌入栽种有金属纤维或金属丝的待修复凹坑中，使粘稠填充体以金属纤维或金属丝为骨架，填充在待修复凹坑中；
步骤5：待粘稠填充体固化后采用磨光机打磨平整即可。
2.根据权利要求1所述的一种提高水轮机过流部件磨蚀损伤快速冷修复强度的方法，其特征在于：栽种在待修复凹坑中的金属纤维或金属丝的直径为0.1mm～2mm，金属纤维或金属丝的栽种密度不大于4根/cm2。
3.根据权利要求1所述的一种提高水轮机过流部件磨蚀损伤快速冷修复强度的方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒为氧化铝颗粒、碳化钨颗粒、氧化硅颗粒或碳化钛颗粒；陶瓷颗粒粒度范围为50-200目，形状为球形或破碎形，陶瓷颗粒与环氧树脂的质量比为(0.5～2):1。
4.根据权利要求1所述的一种提高水轮机过流部件磨蚀损伤快速冷修复强度的方法，其特征在于：所述粘稠填充体中的纤维直径为10-50微米，长度为100-1000微米，纤维材质为玻璃纤维、碳纤维或金属纤维，纤维与环氧树脂的质量比为(1～50)：100。
5.根据权利要求1所述的一种提高水轮机过流部件磨蚀损伤快速冷修复强度的方法，其特征在于：所述粘稠填充体中的纤维首先与环氧树脂混合均匀后，再加入陶瓷颗粒，并混合均匀。
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