改性聚氨酯弹性体涂层新技术在水轮机气蚀部位处理的研究与实施

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1 概述

莲花发电厂4#水轮发电机组机组为两导半伞式结构，水轮机为立轴混流式，机型号为HLA551-LJ-610，最大水头57.2m，设计水头47.0m。转轮名义直径6100mm，最大外径6585mm，高3810mm，重104t，13只叶片，整体铸焊结构。上冠为优质低合金钢ZG20SiMn铸造，叶片和下环为抗空蚀性能优良的不锈钢ZG06Cr13Ni5Mo铸造。

近些年来，高分子耐磨材料在水力机械磨蚀防护领域应用的越来越多，尤其聚氨酯材料，应用的越来越广泛。聚氨酯弹性材料是一种主体上有较多氨基甲酸酯官能团的合成材料，物理性质介于一般橡胶和塑料之间的弹性材料，既具有橡胶的高弹性，又具有塑料的高强度，改性后的聚氨酯涂层具有卓越的抗汽蚀性能。目前涂层较多采用的成型方法为喷涂成型。

2 改性聚氨酯弹性体涂层新技术在水轮机气蚀部位处理的工艺流程

2.1 喷砂、打磨，清理气蚀区

利用棕刚玉喷砂材料通过喷砂枪将上冠气蚀区的污渍、锈迹进行清理，尤其注意清除气蚀区蜂窝状内部锈蚀，该位置气蚀较深，不易清理干净，部分地方使用角磨片进行打磨，使其露出金属光泽，便于钢板网与母体的焊接。

2.2 焊接修复

将经过打磨喷砂处理后的施工部位进行测量设计，将金属网摆放至需要处理的位置，进行焊接。利用交流焊机、电阻焊和氩弧焊及脉冲焊技术，可靠地焊接到指定区域。焊接时要及时检查，防止虚焊，避免出现焊接薄弱位置。

2.3 喷砂、打磨

采用喷砂、机械打磨的方式，对待处理面进行清理，除去表面锈迹、污渍，同时待处理面达到一定的粗糙度，同时增加金属表面成分的反应活性，刷涂底胶后能够更加有效的反应，增加聚氨酯弹性体涂层与金属面的粘接强度。喷砂采用优质金刚砂。

2.4 刷涂底胶

将聚氨酯涂层专用底胶与特种有机溶剂进行混合，稀释后搅拌均匀配制专用底胶。利用喷涂设备将底胶喷涂到修复作业面，喷涂时要尽可能保证每个部位有底胶，防止粘接薄弱部位出现，然后对底胶进行加热干燥，使稀释用溶剂尽量挥发完全。底胶刷涂2-3遍。

2.5 制作模具、注胶

采用特制的金属板制作浇注模具，利用浇注专用密封材料将模具四周进行密封；待密封材料完全固化后，利用真空浇注系统进行聚氨酯胶的浇注。首先配置聚氨酯胶，混合均匀，倒入压力容器，利用浇注系统的压力设备将聚氨酯胶浇注到模具[1]。

2.6 加热固化

采用高效电热加热设备，对转轮上冠气蚀区浇注聚氨酯涂层进行加热固化。加热温度70℃-140℃，时间6-8h，加热过程中严格控制温度范围，防止温度过高烧坏聚氨酯涂层，同样防止温度过低，聚氨酯涂层未得到较好的反应。

2.7 脱模及打磨修整

拆除模具，利用角磨机对涂层进行打磨修整。确保周围平整，有利于与后期的砂浆更好结合，平稳过渡，保证涂层的完整性。

2.8 各工序完成后效果见图2

图2

3 该技术的创新点

3.1 高粘接强度浇注聚氨酯弹性体涂层技术

聚氨酯弹性材料是一种主体上有较多氨基甲酸酯官能团的合成材料，物理性质介于一般橡胶和塑料之间的弹性材料，既具有橡胶的高弹性，又具有塑料的高强度，改性后的聚氨酯涂层具有卓越的抗汽蚀性能。

3.2 真空浇注聚氨酯弹性体成型工艺

聚氨酯弹性体涂层目前采用较多的成型方法为喷涂成型。喷涂成型主要依靠催化剂在室温下进行快速固化，部分情况下，高分子链结构没有完全达到最优状态，反应不完全，导致涂层性能不能完全发挥出来，另外涂层的粘接主要依靠聚氨酯与基面进行粘接，粘接力有限，在高速水流冲蚀下易被大片的剥离下来。采用真空浇注技术，可以保证树脂混合过程中掺杂的空气抽出，减少气泡，从而有效降低涂层的内部缺陷，提高涂层的综合性能；另外通过高效的加热系统，使聚氨酯充分反应，尽可能发挥出底胶及聚氨酯的最优性能。

总之，通过采用改性聚氨酯弹性体涂层防护技术，结合聚氨酯弹性体涂层的特点，提高了转轮的耐气蚀性能。本项目改变了原有的处理转轮气蚀的方式，一定程度上解决了由于常规方式处理过程中产生的一系列不利影响。