水輪機聚烯烴塑料與金屬復合抗磨板

52水輪機聚烯烴塑料與金屬復合抗磨板2004. No6_倪苗苗,王民富',姚傳賢(1.哈爾濱大電機研究所,黑龍江哈爾濱150040;2.哈爾濱新科發(fā)電設備配件廠(chǎng),黑龍江哈爾濱150040)[摘要]介紹了水輪機抗磨板的使用情況及存在的問(wèn)題。將新型抗磨板材料聚烯烴塑料合金與其他材料的耐磨性能進(jìn)行了比較。結果表明,聚烯烴塑料合金與金屬復合抗磨板具有優(yōu)良的耐磨性能,尺寸穩定性機械強度以及可加工性,并確保了抗磨板與頂蓋、底環(huán)連接的可靠性。[關(guān)鍵詞]水輪機;聚烯烴塑料;抗磨板[中圖分類(lèi)號]TK730.5"3 [文獻標識碼]B[文章編號1000-3983(2004)06-0052-03The Turbine Facing Plate Compounded Polyolefine and MetalNI Miao-miao', WANG Min-fu', YAO Chuan-xian2(1. Harbin Institute of Large Elecric Machine , Harbin 150040, China;2. Harbin Xinke Power Equipment fttings Plant, Harbin 150040 China)Abstract: The service status and existing questions of turbine facing plate were introduced. Thewear-resistance performances of a new facing plate material Polyolefine - metal were compared with those ofother materials. The results show that the facing plate compounded Polyolefine and metal has goodwearresistance performances, size stability , mechanical strengh and machnability , and the rliablity of fit-ting the facing plate on head cover and bottorn ring is ensured .Key words: hydaulic turbine; Polyolefine; facing plate同時(shí)展示了POLY- HI/ MENASHA公司(美國)的1前言TIVAR - 88和TTVAR- 100產(chǎn)品、性能以及應用業(yè)績(jì)資在水輪機運行中，導水機構頂蓋和底環(huán)的過(guò)流表料。其中TTVAR - 88的沙漿耐磨試驗，即材料在沙漿面受到高速水流的沖刷作用,當停機備用時(shí),導葉端面中以1750r/ min轉速，旋轉7.5h,以碳鋼磨損率為漏水,受到間隙空蝕的損害。因此,在結構設計中,應100,被試材料失重量相對100而言,數字越小，耐磨性對頂蓋和底環(huán)與導葉端面對應處的過(guò)流表面采取防護能越好,其結果見(jiàn)表1。措施,即鑲抗磨板。表1各種材料磨損率早期的抗磨板,特別是對于鑄鐵頂蓋和底環(huán),多采用普通鋼板，用螺釘把合結構。磨損后的抗磨板在機材料磨損率TIVAR- 88碳鋼100組大修時(shí)可更換修復。但普通鋼板耐泥沙磨損性能TVAR- 10015聚乙烯醇縮乙醛110差,很不理想。曾采用過(guò)耐磨性能較好的Cr5Cu鋼板或尼龍66聚丙烯190者在普通鋼的母體上采用寬帶堆焊不銹鋼，但工藝困聚氨脂I磷青銅193聚四氟乙烯490難,受到一定限制。也曾采用過(guò)MC尼龍抗磨板,工藝304不銹鋼34低密度聚乙烯530比較簡(jiǎn)單,耐磨性能也較好。但是材料的吸水率大,尺高密度聚乙烯36硬氯丁橡膠800聚碳酸酯山核桃木967寸穩定性差,用螺釘把合到頂蓋、底環(huán)上也存在問(wèn)題。在運行中出現局部鼓包變形,電站很難處理而被放棄考慮到TTVAR-88吸水率和耐磨性能都優(yōu)于尼使用。龍,用作抗磨板可能克服尼龍抗磨的缺點(diǎn),便按劉家峽80年代初,香港冠德器材公司向哈爾濱電機廠(chǎng)有電站水輪機抗磨板的尺寸，訂制了兩塊TTVAR- 88限責任公司(簡(jiǎn)稱(chēng)哈電)介紹德國FIBERGLIDE軸承,板。裝機試用結果,耐磨性能令人滿(mǎn)意。2004. No6大電機技術(shù)53TIVAR - 88屬超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 材3聚烯烴塑料合金與金屬復合抗磨板與頂蓋、料,哈電曾采用這種材料制造抗磨板,用于泥沙河流的底環(huán)的連接結構水輪機上。生產(chǎn)實(shí)踐證明，這種材料的缺點(diǎn)是機械強度和剛度低,在與頂蓋、底環(huán)的連接、固定上相當困難,綜上所述,采用聚烯烴塑料合金制造抗磨板,其耐存在許多問(wèn)題,不得不放棄。磨性能、尺寸穩定性、機械強度、可加工性等綜合指標目前哈電采用0Cr13Ni5Mo等不銹鋼抗磨板,但對優(yōu)于尼龍、超高分子量聚乙烯等材料。但是,它和其他多泥沙河流的電站,其耐磨性能也不理想。工程塑料抗磨板- -樣，彈性模量E比鋼低兩個(gè)數量級,用螺釘直接與頂蓋、底環(huán)連接存在一些問(wèn)題?？鼓?聚烯烴塑料合金抗磨板.板處于導水機構過(guò)流部位,受到復雜的脈動(dòng)、變載荷的為了進(jìn)一步提高抗磨板的耐磨性能并確保與底水力作用。譬如，某電站大型水輪機在運行中轉輪上環(huán)頂蓋連接的可靠性,研制開(kāi)發(fā)了聚烯烴塑料合金抗冠的減壓板把合螺釘曾發(fā)生全部斷掉事故，足以證明磨板。其綜合性能優(yōu)于現有任何抗磨板。過(guò)流部件受力的復雜性。因此，傳統的金屬抗磨板采(1)足夠的機械強度用螺釘把合,并具有相當大的把合預緊力,以保證連接聚烯烴塑料合金,其大分子相互纏繞在一-起,具有的可靠性。很強的承受應力和分散應力的作用。因而能提高材料例如，某大型水輪機的不銹鋼抗磨板，采用M16的機械性能,見(jiàn)表2。螺釘與頂蓋、底環(huán)把合,如圖1所示。從表2中可以看出，聚烯烴塑料合金的機械性能比超高分子量聚乙烯高，也優(yōu)于經(jīng)交聯(lián)或填充改性處理的UHMWPE。這就有可能進(jìn)--步提高抗磨板在結構上的可靠性。2表2幾種材料的物理 機械性能M16交聯(lián)填充項聚烯烴UHMWPEUHMWPE UHMWPE尼龍6 .密度(g/cm)0.940.911.15吸水率(%)0.030.011.拉伸強度(MPa) 3024206(彎曲強度(MPa)359(無(wú)缺口沖擊強度9815900圖1(2)吸水率小尺寸穩定性好1.M16 特殊圓頭螺釘; 2.不銹鋼抗磨板;,3.底環(huán)從表2中還看出,聚烯烴塑料合金的吸水率較低，當抗磨板把緊后的預緊力為V時(shí),螺釘伸長(cháng)量為長(cháng)期在水中具有良好的尺寸穩定性，抗磨板不產(chǎn)生變λ.,被連接件(抗磨板和頂蓋或底環(huán))的壓縮量為8。o此形和變形應力，可以消除尼龍抗磨板在運行中出現的時(shí)，螺釘和被連接件的力與變形量的關(guān)系如圖2所鼓包變形等問(wèn)題。示。分別為:(3)極優(yōu)異的耐磨性能如前所述，聚烯烴塑料合金的大分子相互纏繞在一=tgy=Cs= const，一= tgβ= Cm = const一起,不僅提高了材料的機械性能,更提高了其耐磨性式中, C,和Cm分別為螺釘和被連接件的剛度,在能。表3示出了新疆石河子電站的沙樣，濃度為20%材料的比例極限范圍內應用，應為常數。當機組在運的沙漿,速度為23 m/s的沖刷試驗結果。聚烯烴塑料行中,抗磨板受到與頂蓋或底環(huán)有脫離趨勢的力P作合金的耐磨性能優(yōu)于UHMWPE、尼龍和不銹綱等目前用時(shí),螺釘將又伸長(cháng)λ,,此時(shí)總伸長(cháng)量為λ。+λ;被連曾用作抗磨板的所有材料。接件壓縮量減小λ,,總壓縮量為δ。-λ;螺釘總拉緊力表3各種材料的體積磨損為Po=V+P:=V'+P,其中V"為抗磨板連接在運行No1聚烯至號金UHMWPE。 納米不銹鋼UHMWPE 45號鋼中受力后的剩余預緊力?？鼓グ宓倪B接結構必須保證在機組運行的各種工況下都有足夠的剩余預緊力。例0.00050 0.00052 0.00170 0.00200 0.00250 0.00480如圖1的連接結構，當每只螺釘把緊力V=700kg, 螺54水輪機聚烯烴塑料與金屬復合抗磨板2004. No6力容易保證光滑齊平,無(wú)空蝕源。4)傳統的不銹鋼抗磨板為消除把合螺釘沉孔產(chǎn)生的空蝕源,常采用特殊螺釘(如圖1),當電站檢修更換抗磨板時(shí)，必須在螺釘頭部焊上附件方能拆卸。聚烯| δ-λ。2烴塑料合金與金屬復合抗磨板,拆卸時(shí)鏟掉封堵，用標準螺釘扳手拆除螺釘,節省大量檢修勞動(dòng)量。這種聚烯烴塑料合金抗磨板,已在轉輪直徑Di=變形2.8m的3臺水輪機上應用,圖4為該抗磨板的照片。圖釘伸長(cháng)量入。= 0.0058mm,抗磨板和頂蓋的壓縮量δ.=0.0016 mm,作用力P= 560 kg時(shí)，剩余預緊力V'= 260kg,完全保證抗磨板連接的緊密性和可靠性。但是，與圖1同樣的結構,同樣的把緊力,當采用塑料抗磨板時(shí),被連接件的壓縮量達0.1 mm,此外,工程塑料服從虎克定律的比例極限范圍很小，再考慮冷流蠕變等特性,用螺釘直接和頂蓋、底環(huán)連接,難以保4結語(yǔ)證連接的緊密性和可靠性。為了解決上述問(wèn)題，研制開(kāi)發(fā)了聚烯烴塑料合金聚烯烴塑料合金與金屬復合抗磨板是在總結水輪與金屬復合抗磨板結構(專(zhuān)利號: 02251030.3),圖3為機曾采用過(guò)的各種材料抗磨板的設計加工、運行維護聚烯烴塑料合金與金屬復合抗磨板用螺釘與頂蓋、底實(shí)踐經(jīng)驗的基礎上研制開(kāi)發(fā)的。這種材料的耐磨性能環(huán)連接的剖視圖。從圖中可以看出:優(yōu)于目前采用的所有金屬和塑料抗磨板?？朔思兯?)抗磨板的過(guò)流表面有足夠厚度的聚烯烴塑料合料抗磨板與頂蓋、底環(huán)螺釘連接存在的問(wèn)題,達到了傳金耐磨層，如上所述，由于它優(yōu)異的耐磨性能，可大幅統金屬抗磨板和頂蓋、底環(huán)連接的緊密、牢固和可靠程度地提高抗磨板的使用壽命。度。對于連接螺釘沉孔的結構處理，比傳統金屬抗磨2)抗磨板與頂蓋、底環(huán)的連接,和傳統金屬抗磨板板更符合消除空蝕源和便于更換減少檢修勞動(dòng)量的原的連接相同，為金屬與金屬的螺釘連接?？梢缘玫阶銊t。我國水輪機泥沙磨損經(jīng)驗證明，耐磨材料對不同夠的預緊力,保證抗磨板在各種運行工況下,各種水力沙樣耐磨性能可能存在差異,因此,建議利用指定電站脈動(dòng)等變載荷作用下有足夠的剩余預緊力，保證連接的沙樣篩選塑料合金配方，使耐磨性能更具針對性。的緊密、牢固、可靠。這就進(jìn)一步提高了水輪機抗磨板的技術(shù)水平，對我國3)把合螺釘的沉孔，用經(jīng)特殊處理的聚烯烴塑料水電機組，特別是多泥沙河流電站機組的安全可靠經(jīng)合金封堵,牢固、不脫落,用木工工具可以修刮、研磨，濟運行提供 了更好的保證。耐磨封堵[收稿日期]200-04-02[作者簡(jiǎn)介]耐磨層.倪苗苗(1965-),女,上海市人, 1986 年畢業(yè)復合抗磨板于哈爾濱市化學(xué)工業(yè)學(xué)校有機化學(xué)專(zhuān)業(yè)，一直從事絕緣材料及膠粘劑的研究工作，工程師。M16特殊螺釘王民富(1931-),男，遼寧遼陽(yáng)人，1958年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械專(zhuān)業(yè)，一直從事水輪機結構試驗工作,高級工程師。圖3(編輯:尹繼紅)