52水輪機(jī)聚烯烴塑料與金屬復(fù)合抗磨板2004. No6_倪苗苗,王民富',姚傳賢(1.哈爾濱大電機(jī)研究所,黑龍江哈爾濱150040;2.哈爾濱新科發(fā)電設(shè)備配件廠,黑龍江哈爾濱150040)[摘要]介紹了水輪機(jī)抗磨板的使用情況及存在的問題。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(jié)果表明,聚烯烴塑料合金與金屬復(fù)合抗磨板具有優(yōu)良的耐磨性能,尺寸穩(wěn)定性機(jī)械強(qiáng)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(jī);聚烯烴塑料;抗磨板[中圖分類號]TK730.5"3 [文獻(xiàn)標(biāo)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(yīng)用業(yè)績資在水輪機(jī)運(yùn)行中，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)頂蓋和底環(huán)的過流表料。其中TTVAR - 88的沙漿耐磨試驗(yàn)，即材料在沙漿面受到高速水流的沖刷作用,當(dāng)停機(jī)備用時(shí),導(dǎo)葉端面中以1750r/ min轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)7.5h,以碳鋼磨損率為漏水,受到間隙空蝕的損害。因此,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)100,被試材料失重量相對100而言,數(shù)字越小，耐磨性對頂蓋和底環(huán)與導(dǎo)葉端面對應(yīng)處的過流表面采取防護(hù)能越好,其結(jié)果見表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(jié)構(gòu)。磨損后的抗磨板在機(jī)材料磨損率TIVAR- 88碳鋼100組大修時(shí)可更換修復(fù)。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?yán)Ь郯敝琁磷青銅193聚四氟乙烯490難,受到一定限制。也曾采用過MC尼龍抗磨板,工藝304不銹鋼34低密度聚乙烯530比較簡單,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(wěn)定性差,用螺釘把合到頂蓋、底環(huán)上也存在問題。在運(yùn)行中出現(xiàn)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(jī)廠有電站水輪機(jī)抗磨板的尺寸，訂制了兩塊TTVAR- 88限責(zé)任公司(簡稱哈電)介紹德國FIBERGLIDE軸承,板。裝機(jī)試用結(jié)果,耐磨性能令人滿意。2004. No6大電機(jī)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(fù)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(jié)構(gòu)水輪機(jī)上。生產(chǎn)實(shí)踐證明，這種材料的缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度和剛度低,在與頂蓋、底環(huán)的連接、固定上相當(dāng)困難,綜上所述,采用聚烯烴塑料合金制造抗磨板,其耐存在許多問題,不得不放棄。磨性能、尺寸穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、可加工性等綜合指標(biāo)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(shù)量級,用螺釘直接與頂蓋、底環(huán)連接存在一些問題?？鼓?聚烯烴塑料合金抗磨板.板處于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)過流部位,受到復(fù)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(jī)在運(yùn)行中轉(zhuǎn)輪上環(huán)頂蓋連接的可靠性,研制開發(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(xiàn)有任何抗磨板。過流部件受力的復(fù)雜性。因此，傳統(tǒng)的金屬抗磨板采(1)足夠的機(jī)械強(qiáng)度用螺釘把合,并具有相當(dāng)大的把合預(yù)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(qiáng)的承受應(yīng)力和分散應(yīng)力的作用。因而能提高材料例如，某大型水輪機(jī)的不銹鋼抗磨板，采用M16的機(jī)械性能,見表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(jī)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(jié)構(gòu)上的可靠性。2表2幾種材料的物理 機(jī)械性能M16交聯(lián)填充項(xiàng)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(qiáng)度(MPa) 3024206(彎曲強(qiáng)度(MPa)359(無缺口沖擊強(qiáng)度9815900圖1(2)吸水率小尺寸穩(wěn)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(dāng)抗磨板把緊后的預(yù)緊力為V時(shí),螺釘伸長量為長期在水中具有良好的尺寸穩(wěn)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(yīng)力，可以消除尼龍抗磨板在運(yùn)行中出現(xiàn)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(jī)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(nèi)應(yīng)用，應(yīng)為常數(shù)。當(dāng)機(jī)組在運(yùn)的沙漿,速度為23 m/s的沖刷試驗(yàn)結(jié)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λ,,此時(shí)總伸長量為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(yùn)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(yù)緊力?？鼓グ宓倪B接結(jié)構(gòu)必須保證在機(jī)組運(yùn)行的各種工況下都有足夠的剩余預(yù)緊力。例0.00050 0.00052 0.00170 0.00200 0.00250 0.00480如圖1的連接結(jié)構(gòu)，當(dāng)每只螺釘把緊力V=700kg, 螺54水輪機(jī)聚烯烴塑料與金屬復(fù)合抗磨板2004. No6力容易保證光滑齊平,無空蝕源。4)傳統(tǒng)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(dāng)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(fù)合抗磨板,拆卸時(shí)鏟掉封堵，用標(biāo)準(zhǔn)螺釘扳手拆除螺釘,節(jié)省大量檢修勞動(dòng)量。這種聚烯烴塑料合金抗磨板,已在轉(zhuǎn)輪直徑Di=變形2.8m的3臺水輪機(jī)上應(yīng)用,圖4為該抗磨板的照片。圖釘伸長量入。= 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(yù)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(jié)構(gòu),同樣的把緊力,當(dāng)采用塑料抗磨板時(shí),被連接件的壓縮量達(dá)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(jié)語證連接的緊密性和可靠性。為了解決上述問題，研制開發(fā)了聚烯烴塑料合金聚烯烴塑料合金與金屬復(fù)合抗磨板是在總結(jié)水輪與金屬復(fù)合抗磨板結(jié)構(gòu)(專利號: 02251030.3),圖3為機(jī)曾采用過的各種材料抗磨板的設(shè)計(jì)加工、運(yùn)行維護(hù)聚烯烴塑料合金與金屬復(fù)合抗磨板用螺釘與頂蓋、底實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研制開發(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。克服了純塑1)抗磨板的過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)螺釘連接存在的問題,達(dá)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(tǒng)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(jié)構(gòu)處理，比傳統(tǒng)金屬抗磨2)抗磨板與頂蓋、底環(huán)的連接,和傳統(tǒng)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(jī)泥沙磨損經(jīng)驗(yàn)證明，耐磨材料對不同夠的預(yù)緊力,保證抗磨板在各種運(yùn)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(yù)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(jī)抗磨板的技術(shù)水平，對我國3)把合螺釘?shù)某量?，用?jīng)特殊處理的聚烯烴塑料水電機(jī)組，特別是多泥沙河流電站機(jī)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(jì)運(yùn)行提供 了更好的保證。耐磨封堵[收稿日期]200-04-02[作者簡介]耐磨層.倪苗苗(1965-),女,上海市人, 1986 年畢業(yè)復(fù)合抗磨板于哈爾濱市化學(xué)工業(yè)學(xué)校有機(jī)化學(xué)專業(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，遼寧遼陽人，1958年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械專業(yè)，一直從事水輪機(jī)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)工作,高級工程師。圖3(編輯:尹繼紅)