CN2575321Y - 带抗磨蚀涂层的水轮机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种带抗磨蚀涂层的水轮机，属金属基复合材料与机械制造交叉学科的技术领域。该水轮机由公知的不需配合封水的水轮机构件和需配合封水的水轮机构件组成。其中，不需配合封水的水轮机构件的表面设置有用常规火焰喷焊法制取的含碳化钨和镍的硬面陶瓷涂层；需配合封水的水轮机构件的表面设置有用周期反相电镀法制取的由稀土铬基相和含混合稀土硫酸盐或碳酸盐颗粒第二相组成的稀土铬硬面涂层。带上述两种涂层的水轮机构件，其抗磨蚀性能比现用不锈钢水轮机有大幅度的提高，使水轮机的连续工作寿命提高2～6倍。

Description

带抗磨蚀涂层的水轮机
技术领域：
本实用新型涉及一种带抗磨蚀涂层的水轮机，属金属基复合材料与机械制造交叉学科的技术领域。
背景技术：
水轮机因受空蚀和泥沙磨损的联合作用而过早损坏是个国际性科技难题，妨害着水能资源的充分开发利用。目前的水轮机多由不锈钢做成，因其抗磨蚀性不理想而较早损坏(据各水电站水质和工况的不同，部分水轮机过流件能连续工作1～2年，部分水轮机过流件甚至仅能连续工作3～6个月)，需频繁地更换过流件，造成水能资源的损失和发电运行成本增加。为克服此难题，国内外的研究者均进行了较多的攻关研究，例如日本公布了用等离子喷焊法，在水轮机母材钢上制取(Cr3C2-Co)硬面涂层，并做了涂层的抗空蚀和抗泥沙磨损试验。瑞士学者A·karimi和C·Verdon也在试验室内作过(WC-Co)涂层在泥沙介质中的磨蚀试验，并指出这类涂层适合用于水轮机和水泵。但并不见上述涂层用于水轮机制造和生产应用的报导。因上述两类以钴为基(Co占45-65％)的涂层价值很贵(涂层粉末500-600元/kg)，在我国无人研究这类涂层的抗磨蚀性能和在水轮机中的应用，也没有国内的任何水电站愿意采用这类带昂贵涂层的水轮机。但在中国却有较多喷涂NiCr合金粉末作为水轮机抗磨蚀涂层的报导。NiCr合金涂层能使水轮机的抗磨蚀性能有所提高，但提高的幅度不大，而且因不能解决NiCr合金喷涂后的热变形问题，因此，绝大多数水电站仍不愿意采用其作为水轮机的涂层。
参考文献：
1、松林一，森田益夫et al，“Japan patent 3-146297”(19914)
2、A Karimi.Ch.Verdem et al“wear”186-187(1995)480-486
3、C.verdon.A.Karimi et al.“Materials science and Engineering”A 248(1998)11-24.
4、陈晓平“水利水电技术”1996年第12期，33-35。
5、康进兴，赵文珍：“材料保护”，Vol.35.No.6(2002).9-11。
6、郭鹤桐等“电镀与精饰”Vol.18.№.3(1998)。
发明内容：
带抗磨蚀涂层的水轮机水轮机由公知的不需配合封水的水轮机构件(如转轮的叶片、水斗、上冠下环、转轮室、导叶瓣体等)，和需配合封水的水轮机构件(抗磨扳、导叶端面、喷针头及护环等)组成。其中，不需配合封水的水轮机构件的表面(1)设置有用常规火焰喷焊法制取含碳化钨和镍组成的硬面陶瓷涂层(2)，涂层厚0.6-0.7mm，涂层的硬度为HV1150-1250；需配合封水的水轮机构件的表面(3)设置有用周期反相电镀法制取的由稀土铬基相和含混合稀土硫酸盐或碳酸盐颗粒第二相组成的稀土铬硬面涂层(4)，镀层的厚度为0.28～0.35mm，镀层硬度为HV1000。带上述两种涂层的水轮机构件，其抗磨蚀性能比现用不锈钢水轮机有大幅度的提高，使水轮机的连续工作寿命提高2～6倍。
附图说明：
图1为带碳化钨和镍硬面涂层(2)的水轮机转轮叶片(1)的横断面图。
图2为带由稀土铬基相和含混合稀土硫酸盐或碳酸盐颗粒第二相组成的稀土铬硬面涂层(4)的冲击式水轮机喷针头(3)的纵剖面图。
由于该水轮机各零部件除带有抗磨蚀涂层外，各零部结构件及装配关系均与现有技术相同，故省略其它视图。
具体实施方式：
用常规火焰喷焊法制取含碳化钨和镍硬面涂层(WC-Ni)的水轮机，涂层厚0.6-0.7mm，涂层的硬度为HV1150-1250。带上述涂层的水轮机构件，其抗磨蚀性能比现用不锈钢水轮机有大幅度的提高，使水轮机的连续工作寿命显著提高。表1给出了带有(WC-Ni)硬面层水轮机在两个大中型水电站的应用情况。表1
  水电站               黄河三门峡           四川小关子
构件及材料 无钴(WC-Ni)涂层叶片 NiCr涂层叶片 OCr13Ni4Mo叶片   无钴(WC-Ni)涂层导叶 OCr13Ni4o导叶
运行一年后 完好 完好     大量锈斑蚀抗 完好     局部锈斑蚀抗
运行二年后 完好   局部锈斑和蚀抗 需更新 完好     严重磨蚀需更新
运行三年后 完好   大量锈斑蚀抗需更换 完好
从表1的可以看出，带有(WC-Ni)涂层的水轮机过流件，在试用过的三种水机材料中，具有最优的抗磨蚀性能和最长的连续工作寿命。
用周期反相电镀法制取含稀土盐颗粒第二相的稀土铬涂层水轮机，可按水轮机构件的常规机加工工艺精加工到设计尺寸，然后实施周期反相电镀。经过12小时的周期反相电镀，可在水轮机母材上获得0.28～0.32mm的稀土铬镀层，镀层硬度为HV1000。镀层均匀平整，光洁度9级以上。带上述涂层的水轮机构件，其抗磨蚀性能比现用不锈钢水轮机有大幅度的提高，表2给出了带有周期反相电镀稀土铬涂层水轮机在水电生产中应用的情况。表2
水电站名称 水机构件名称和材料   原来的工件寿命   稀土铬电镀件的寿命 工作寿命提高倍数
    以礼河(32万kw)  2Cr13喷针头及护环 约6个月 ＞30个月 ＞5
    元江滑石板(1.6万kw)  2Cr13喷针头及护环 约4个月 ＞24个月 ＞6
    元江小河底(1.2万kw)  18-8钢抗磨板 约12个月 ＞36个月 ＞3
    曲靖天生坝(1.2万kw)  18-8钢混流式转轮 约12个月 ＞36个月 ＞3
从表2的结果可见，电镀稀土铬用到水轮机的封水件上(如喷针头及其护环和抗磨板等)，将具有更突出的效果。

Claims (1)

1.一种带抗磨蚀涂层的水轮机，由不需配合封水的水轮机构件和需配合封水的水轮机构件组成，其特征在于不需配合封水的水轮机构件的表面设置有含碳化钨和镍的硬面陶瓷涂层；需配合封水的水轮机构件的表面设置有由稀土铬基相和含混合稀土硫酸盐或碳酸盐颗粒第二相组成的稀土铬硬面涂层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100587123C (zh) * 2007-05-11 2010-02-03 昆明理工大学 一种纳米碳化钨-镍复合涂层的制备方法和应用
CN102506002A (zh) * 2012-01-01 2012-06-20 白山发电厂 耐汽蚀水轮机叶片及热喷涂方法
CN106676458A (zh) * 2017-01-23 2017-05-17 四川中物红宇科技有限公司 一种水能机叶片的涂层及水能机叶片

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