水轮机聚烯烃塑料与金属复合抗磨板

52水轮机聚烯烃塑料与金属复合抗磨板2004. No6_倪苗苗,王民富',姚传贤(1.哈尔滨大电机研究所,黑龙江哈尔滨150040;2.哈尔滨新科发电设备配件厂,黑龙江哈尔滨150040)[摘要]介绍了水轮机抗磨板的使用情况及存在的问题。将新型抗磨板材料聚烯烃塑料合金与其他材料的耐磨性能进行了比较。结果表明,聚烯烃塑料合金与金属复合抗磨板具有优良的耐磨性能,尺寸稳定性机械强度以及可加工性,并确保了抗磨板与顶盖、底环连接的可靠性。[关键词]水轮机;聚烯烃塑料;抗磨板[中图分类号]TK730.5"3 [文献标识码]B[文章编号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同时展示了POLY- HI/ MENASHA公司(美国)的1前言TIVAR - 88和TTVAR- 100产品、性能以及应用业绩资在水轮机运行中，导水机构顶盖和底环的过流表料。其中TTVAR - 88的沙浆耐磨试验，即材料在沙浆面受到高速水流的冲刷作用,当停机备用时,导叶端面中以1750r/ min转速，旋转7.5h,以碳钢磨损率为漏水,受到间隙空蚀的损害。因此,在结构设计中,应100,被试材料失重量相对100而言,数字越小，耐磨性对顶盖和底环与导叶端面对应处的过流表面采取防护能越好,其结果见表1。措施,即镶抗磨板。表1各种材料磨损率早期的抗磨板,特别是对于铸铁顶盖和底环,多采用普通钢板，用螺钉把合结构。磨损后的抗磨板在机材料磨损率TIVAR- 88碳钢100组大修时可更换修复。但普通钢板耐泥沙磨损性能TVAR- 10015聚乙烯醇缩乙醛110差,很不理想。曾采用过耐磨性能较好的Cr5Cu钢板或尼龙66聚丙烯190者在普通钢的母体上采用宽带堆焊不锈钢，但工艺困聚氨脂I磷青铜193聚四氟乙烯490难,受到一定限制。也曾采用过MC尼龙抗磨板,工艺304不锈钢34低密度聚乙烯530比较简单,耐磨性能也较好。但是材料的吸水率大,尺高密度聚乙烯36硬氯丁橡胶800聚碳酸酯山核桃木967寸稳定性差,用螺钉把合到顶盖、底环上也存在问题。在运行中出现局部鼓包变形,电站很难处理而被放弃考虑到TTVAR-88吸水率和耐磨性能都优于尼使用。龙,用作抗磨板可能克服尼龙抗磨的缺点,便按刘家峡80年代初,香港冠德器材公司向哈尔滨电机厂有电站水轮机抗磨板的尺寸，订制了两块TTVAR- 88限责任公司(简称哈电)介绍德国FIBERGLIDE轴承,板。装机试用结果,耐磨性能令人满意。2004. No6大电机技术53TIVAR - 88属超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 材3聚烯烃塑料合金与金属复合抗磨板与顶盖、料,哈电曾采用这种材料制造抗磨板,用于泥沙河流的底环的连接结构水轮机上。生产实践证明，这种材料的缺点是机械强度和刚度低,在与顶盖、底环的连接、固定上相当困难,综上所述,采用聚烯烃塑料合金制造抗磨板,其耐存在许多问题,不得不放弃。磨性能、尺寸稳定性、机械强度、可加工性等综合指标目前哈电采用0Cr13Ni5Mo等不锈钢抗磨板,但对优于尼龙、超高分子量聚乙烯等材料。但是,它和其他多泥沙河流的电站,其耐磨性能也不理想。工程塑料抗磨板- -样，弹性模量E比钢低两个数量级,用螺钉直接与顶盖、底环连接存在一些问题。抗磨2聚烯烃塑料合金抗磨板.板处于导水机构过流部位,受到复杂的脉动、变载荷的为了进一步提高抗磨板的耐磨性能并确保与底水力作用。譬如，某电站大型水轮机在运行中转轮上环顶盖连接的可靠性,研制开发了聚烯烃塑料合金抗冠的减压板把合螺钉曾发生全部断掉事故，足以证明磨板。其综合性能优于现有任何抗磨板。过流部件受力的复杂性。因此，传统的金属抗磨板采(1)足够的机械强度用螺钉把合,并具有相当大的把合预紧力,以保证连接聚烯烃塑料合金,其大分子相互缠绕在一-起,具有的可靠性。很强的承受应力和分散应力的作用。因而能提高材料例如，某大型水轮机的不锈钢抗磨板，采用M16的机械性能,见表2。螺钉与顶盖、底环把合,如图1所示。从表2中可以看出，聚烯烃塑料合金的机械性能比超高分子量聚乙烯高，也优于经交联或填充改性处理的UHMWPE。这就有可能进--步提高抗磨板在结构上的可靠性。2表2几种材料的物理 机械性能M16交联填充项聚烯烃UHMWPEUHMWPE UHMWPE尼龙6 .密度(g/cm)0.940.911.15吸水率(%)0.030.011.拉伸强度(MPa) 3024206(弯曲强度(MPa)359(无缺口冲击强度9815900图1(2)吸水率小尺寸稳定性好1.M16 特殊圆头螺钉; 2.不锈钢抗磨板;,3.底环从表2中还看出,聚烯烃塑料合金的吸水率较低，当抗磨板把紧后的预紧力为V时,螺钉伸长量为长期在水中具有良好的尺寸稳定性，抗磨板不产生变λ.,被连接件(抗磨板和顶盖或底环)的压缩量为8。o此形和变形应力，可以消除尼龙抗磨板在运行中出现的时，螺钉和被连接件的力与变形量的关系如图2所鼓包变形等问题。示。分别为:(3)极优异的耐磨性能如前所述，聚烯烃塑料合金的大分子相互缠绕在一=tgy=Cs= const，一= tgβ= Cm = const一起,不仅提高了材料的机械性能,更提高了其耐磨性式中, C,和Cm分别为螺钉和被连接件的刚度,在能。表3示出了新疆石河子电站的沙样，浓度为20%材料的比例极限范围内应用，应为常数。当机组在运的沙浆,速度为23 m/s的冲刷试验结果。聚烯烃塑料行中,抗磨板受到与顶盖或底环有脱离趋势的力P作合金的耐磨性能优于UHMWPE、尼龙和不锈纲等目前用时,螺钉将又伸长λ,,此时总伸长量为λ。+λ;被连曾用作抗磨板的所有材料。接件压缩量减小λ,,总压缩量为δ。-λ;螺钉总拉紧力表3各种材料的体积磨损为Po=V+P:=V'+P,其中V"为抗磨板连接在运行No1聚烯至号金UHMWPE。 纳米不锈钢UHMWPE 45号钢中受力后的剩余预紧力。抗磨板的连接结构必须保证在机组运行的各种工况下都有足够的剩余预紧力。例0.00050 0.00052 0.00170 0.00200 0.00250 0.00480如图1的连接结构，当每只螺钉把紧力V=700kg, 螺54水轮机聚烯烃塑料与金属复合抗磨板2004. No6力容易保证光滑齐平,无空蚀源。4)传统的不锈钢抗磨板为消除把合螺钉沉孔产生的空蚀源,常采用特殊螺钉(如图1),当电站检修更换抗磨板时，必须在螺钉头部焊上附件方能拆卸。聚烯| δ-λ。2烃塑料合金与金属复合抗磨板,拆卸时铲掉封堵，用标准螺钉扳手拆除螺钉,节省大量检修劳动量。这种聚烯烃塑料合金抗磨板,已在转轮直径Di=变形2.8m的3台水轮机上应用,图4为该抗磨板的照片。图钉伸长量入。= 0.0058mm,抗磨板和顶盖的压缩量δ.=0.0016 mm,作用力P= 560 kg时，剩余预紧力V'= 260kg,完全保证抗磨板连接的紧密性和可靠性。但是，与图1同样的结构,同样的把紧力,当采用塑料抗磨板时,被连接件的压缩量达0.1 mm,此外,工程塑料服从虎克定律的比例极限范围很小，再考虑冷流蠕变等特性,用螺钉直接和顶盖、底环连接,难以保4结语证连接的紧密性和可靠性。为了解决上述问题，研制开发了聚烯烃塑料合金聚烯烃塑料合金与金属复合抗磨板是在总结水轮与金属复合抗磨板结构(专利号: 02251030.3),图3为机曾采用过的各种材料抗磨板的设计加工、运行维护聚烯烃塑料合金与金属复合抗磨板用螺钉与顶盖、底实践经验的基础上研制开发的。这种材料的耐磨性能环连接的剖视图。从图中可以看出:优于目前采用的所有金属和塑料抗磨板。克服了纯塑1)抗磨板的过流表面有足够厚度的聚烯烃塑料合料抗磨板与顶盖、底环螺钉连接存在的问题,达到了传金耐磨层，如上所述，由于它优异的耐磨性能，可大幅统金属抗磨板和顶盖、底环连接的紧密、牢固和可靠程度地提高抗磨板的使用寿命。度。对于连接螺钉沉孔的结构处理，比传统金属抗磨2)抗磨板与顶盖、底环的连接,和传统金属抗磨板板更符合消除空蚀源和便于更换减少检修劳动量的原的连接相同，为金属与金属的螺钉连接。可以得到足则。我国水轮机泥沙磨损经验证明，耐磨材料对不同够的预紧力,保证抗磨板在各种运行工况下,各种水力沙样耐磨性能可能存在差异,因此,建议利用指定电站脉动等变载荷作用下有足够的剩余预紧力，保证连接的沙样筛选塑料合金配方，使耐磨性能更具针对性。的紧密、牢固、可靠。这就进一步提高了水轮机抗磨板的技术水平，对我国3)把合螺钉的沉孔，用经特殊处理的聚烯烃塑料水电机组，特别是多泥沙河流电站机组的安全可靠经合金封堵,牢固、不脱落,用木工工具可以修刮、研磨，济运行提供 了更好的保证。耐磨封堵[收稿日期]200-04-02[作者简介]耐磨层.倪苗苗(1965-),女,上海市人, 1986 年毕业复合抗磨板于哈尔滨市化学工业学校有机化学专业，一直从事绝缘材料及胶粘剂的研究工作，工程师。M16特殊螺钉王民富(1931-),男，辽宁辽阳人，1958年毕业于哈尔滨工业大学机械专业，一直从事水轮机结构试验工作,高级工程师。图3(编辑:尹继红)