[發明專利]一種提高水輪機過水部件耐氣蝕能力的工藝

無效

• 申請號: 201410121733.0
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103912436A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 許宏偉;劉榮海;吳章勤;趙明;艾川;李志翔;鄭欣;孫成剛;楊迎春;利佳;楊鵬;孫晉明;唐利輝;何智華;周靜波;羅傳旭
• 申請（專利權）人: 云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院;云南電網公司技術分公司
• 主分類號: F03B11/04
• 分類號: F03B11/04
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 何健

技術領域

本發明涉及一種利用超音速噴涂保護技術在水輪機過水部件上噴涂金屬合金，提高水輪機過水部件的耐氣蝕能力的工藝。

背景技術

????水輪機的氣蝕現象是水流在能量轉換過程中產生的一種特殊現象。大約在本世紀初，發現輪船的高速金屬螺旋槳在很短時間內就被破壞，后來在水輪機中也發生了轉輪葉片遭受破壞的情況，氣蝕現象就開始被人們發現和重視。

????水輪機的工作介質是液體。液體的質點并不像固體那樣圍繞固定位置振動，而是質點的位置遷移較容易發生。在常溫下，液體就顯示了這種特性。液體質點從液體中離析的情況取決于該種液體的汽化特性。例如，水在一個標準大氣力作用下，溫度達到100℃時，發生沸騰汽化，而當周圍環境壓力降低到0.24m水柱時，氣蝕現象即可發生。

????由于液體具有氣化特性，則當液體在恒壓下加熱，或在恒溫下用靜力或動方法降低其周圍環境壓力，都能使液體達到汽化狀態。但在研究氣蝕和空蝕時，對于由這兩個不同條件形成的液體汽化現象在概念上是不同的。任何一種液體在衡定壓力下加熱，當液體溫度高于某一溫度時，液體開始汽化，形成汽泡，這稱為沸騰。當液體溫度一定時，降低壓力到某一臨界壓力時，液體也會汽化或溶解于液體中的空氣發育形成空穴，這種現象稱為氣蝕。

????我們以前通常所講的氣蝕現象，實際上包括了氣蝕和空蝕兩個過程。氣蝕乃是在液體中形成空穴使液相流體的連續性遭到破壞，它發生在壓力下降到某一臨界值的流動區域中。在空穴中主要充滿著液體的蒸汽以及從溶液中析出的氣體。當這些空穴進入壓力較低的區域時，就開始發育成長為較大的氣泡，然后，氣泡被流體帶到壓力高于臨界值的區域，氣泡就將潰滅，這個過程稱為氣蝕。氣蝕過程可以發生在液體內部，也可以發生固定邊界上。空蝕是指由于空泡的潰滅，引起過流表面的材料損壞。在空泡潰滅過程中伴隨著機械、電化、熱力、化學等過程的作用。空蝕是氣蝕的直接后果，空蝕只發生在固體邊界上。

????根據對氣蝕現象的多年觀測，認為氣蝕和空蝕破壞主要是機械破壞，化學和電化作用是次要的。在機械作用的同時，化學和電化腐蝕加速了機械破壞過程。氣蝕和空蝕在破壞開始時，一般是金屬表面失去光澤而變暗，接著是變毛糙而發展成麻點，一般呈針孔狀，深度在1~2mm以內；再進一步使金屬表面十分疏松成海綿狀，也稱為蜂窩狀深度為3mm到幾十毫米。氣蝕嚴重時，可能造成水輪機葉片的穿孔破壞。氣蝕和空蝕的存在對水輪機運行極為不利，其影響主要表現在以下幾方面：（1）破壞水輪機的過流部件，如導葉、轉輪、轉輪室、上下止漏環及尾水管等；（2）降低水輪機的出力和效率，因為氣蝕和空蝕會破壞水流的正常運行規律和能量轉換規律，并會增加水流的漏損和水力損失；（3）氣蝕和空蝕嚴重時，可能使機組產生強烈的振動、噪音及負荷波動，導致機組不能安全穩定運行。（4）縮短了機組的檢修周期，增加了機組檢修的復雜性。氣蝕和空蝕檢修不僅耗用大量鋼材，而且延長工期，影響電力生產。

????上世紀60年代初期，美國人J.Browning發明了超音速火焰噴涂技術，稱之為Jet-Kote，并于1983年獲得美國專利。近些年來，國外超音速火焰噴涂技術發展迅速，許多新型裝置出現，在不少領域正在取代傳統的等離子噴涂。在國內，武漢材料保護研究所、北京鋼鐵研究總院、北京鈦得新工藝材料有限公司等也在進行這方面研究,并生產出有自己特色的超音速噴涂裝置。???

???燃料氣體(氫氣,丙烷,丙烯或乙炔－甲烷-丙烷混合氣體等)與助燃劑（O₂）以一定的比例導入燃燒室內混合，爆炸式燃燒，因燃燒產生的高溫氣體以高速通過膨脹管獲得超音速。同時通入送粉氣（Ar或N₂），定量沿燃燒頭內碳化鎢中心套管送入高溫燃氣中，一同射出噴涂于工件上形成涂層。???

????在噴涂機噴嘴出口處產生的焰流速度一般為音速的4倍，即約1520m/s，最高可高達2400m/s（具體與燃燒氣體種類，混合比例，流量，粉末質量和粉末流量等有關）。粉末撞擊到工件表面的速度估計為550-760m/s，與爆炸噴涂相當。Jet-Kote法之所以能有這么高的速度，關鍵在于按流體力學的原理合理設計制造了一個噴嘴，稱之為Laval管的膨脹管。只要管子設計合理,則流體在速度低時，只要經過足夠壓縮,即可在管器某一截面(如AB)達到聲速，過了這一截面后，將獲得超音速。