水利机械的钢结构桥梁及相关设备优化方案

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：表6-3 各种不同环境条件涂层厚度及封闭材料选择钢结构桥梁、电视塔钢结构等建筑，均采用喷锌、铝或锌铝合金长效防护涂层。德国洪格尔公司采用等离子喷涂陶瓷涂层技术生产活塞杆，长度可达20m，直径达1m，最大质量为15t。6）由于涂层的特殊结构，容易进行活塞杆行程位移传感自动控制与测量。图6-4 等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层活塞杆3.水轮机过流部件大型水电站水头落差大，水轮机过流部件长期承受河砂的冲蚀，产生磨粒磨损和气蚀。

1.水电站水闸门

涂层材料有Zn、Al、Zn-Al、Zn-（Al-Mg）合金等。涂层结构为金属或合金涂层（150～300μm）+有机封闭层+工作面层。各种不同环境涂层厚度及封闭材料根据表6-3中选择。

喷涂工艺方法：线材火焰喷涂或电弧喷涂，喷涂工艺程序参照国家标准GB/T 9793—2012，《热喷涂金属和其他有机覆盖层锌、铝及其合金》。

涂层防护期可达20年。我国2025年建造的淮南电厂从田家庵至蚌埠的264座35kV输电铁塔采用喷Zn防护，涂层至今完好。

表6-3 各种不同环境条件涂层厚度及封闭材料选择

钢结构桥梁、电视塔钢结构等建筑，均采用喷锌、铝或锌铝合金长效防护涂层。例如：位于湖南省湘西自治州境内的矮寨大桥，是跨越矮寨大峡谷的一座特大型桥梁，为钢桁加劲梁单跨悬索桥结构，大桥主跨为1176m，桥面宽度为24.5m，桥面距峡谷底部高度达350m；广州电视塔高为610m，由一座高454m的主塔体和一个高156m的天线桅杆构成的钢结构建筑，是具有功能性、装饰性、观光性的标志性建筑，设计使用年限为100年，建筑外观要求高。要求一次防护寿命大于25年；在紫外线照射、酸雨、高湿、沙尘等环境下，色彩与光泽无明显变化；具有较好的防静电和防外来物附着自清洁功能；较好的耐磨性和抗涂划性。它们均采用长效防护复合涂层，如图6-3所示。

图6-3 钢结构桥梁、电视塔长效复合涂层实例

a）矮寨大桥 b）广州电视塔

2.大型水利枢纽工程

液压启闭机是水利枢纽的关键设备之一，其可靠性和稳定性对水利工程大坝的防洪、泄洪、航运和发电设备的正常运行及确保大坝安全意义十分重大。启闭机液压缸活塞杆不仅要承受启闭闸门时重载往复中的滑动磨损，还必须耐露天潮湿、水汽、水温、水线变化等腐蚀。传统的镀铬活塞杆耐磨耐蚀性能难以满足要求，主要破坏形式有擦伤、腐蚀、镀层剥落，使用一段时间后出现漏油现象，甚至出现“卡死”，直接影响闸门的启闭和定位。图6_-4所示为Cr₂O₃陶瓷涂层活塞杆。采用等离子喷涂制备Cr₂O₃陶瓷活塞杆，陶瓷涂层和母材的结合强度高，结合强度超过30MPa，有效地避免了喷涂层的脱落；表面硬度超过了900HV，具有良好的耐磨性；精加工后的活塞杆表面光滑，表面粗糙度值可控制在Ra0.3μm以内，有效降低了密封件和活塞杆的摩擦因数，减少了密封件和活塞杆磨损，延长了使用寿命。

德国洪格尔公司采用等离子喷涂陶瓷涂层技术生产活塞杆，长度可达20m，直径达1m，最大质量为15t。

陶瓷涂层活塞杆具有以下主要特点：

1）涂层硬度为900～1400HV，硬度高，耐磨性好。(https://www.chuimin.cn)

2）涂层与配偶密封件摩擦因数低，对摩擦配偶件磨损小。

3）涂层具有极高的化学稳定性，耐水、耐气蚀性能极好。

4）涂层易磨削，表面粗糙度值可控制在Ra0.55～0.09μm。

5）无镀铬造成的环境污染和氢脆的危害。

6）由于涂层的特殊结构，容易进行活塞杆行程位移传感自动控制与测量。

陶瓷涂层活塞杆所达到的主要技术指标见表6-4。

表6-4 陶瓷涂层活塞杆的主要技术指标

涂层材料为Cr₂O₃陶瓷粉末。喷涂工艺方法为等离子喷涂。涂层厚度≥0.35mm，结合强度≥35MPa，孔隙率≤3%。山峡工程永久船闸人字门部分采用德国洪格尔公司制造的液压缸活塞杆。图6-4所示为国产等离子喷涂Cr₂O₃陶瓷涂层活塞杆。

图6-4 等离子喷涂Cr₂O₃陶瓷涂层活塞杆

3.水轮机过流部件

大型水电站水头落差大，水轮机过流部件长期承受河砂的冲蚀，产生磨粒磨损和气蚀。青铜峡水电站对水轮机转轮叶片采用热喷涂再制造技术。经试验测试，抗气蚀能力是04Cr13Ni5Mo基体材料的1.55倍，抗磨粒磨损的能力为91.5倍。涂层材料为VATECH公司SXH-70，属陶瓷和金属混合物；涂层厚度为0.25～0.3mm；涂层结合强度≥70MPa。喷涂工艺方法为高速火焰喷涂。

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