表面技术在机电和金结中应用展望(一)

1、外表技术在机电和金结中应用展望 (一 )摘要：三峡工程是 “千年大计、国运所系 的跨世纪工程。工程的质量、寿命、运行可靠性和 检修维护费用， 取决于多学科技术的开展水平。 对外表工程技术在三峡工程机电设备和金属 结构工程上的应用进行了全面的讨论和分析，对三峡工程机电设备、金属结构外表预处理、 外表涂覆技术和产品提出了技术要求。关键词：金属结构机电设备外表技术 1 引言 外表工程， 是经过外表预处理后，通过外表涂覆、 外表改性或多种外表技术复合处理， 改变 固体金属外表或非金属外表的形态、 化学成分和应力状态， 以获得所需外表性能的系统工程。 三峡工程通常被人们称为 “土木 工程，但是大坝全长

2、2309.47m 中，实际上起挡水作用的溢 洪闸门、电厂进水口闸门、船闸人字门和输泄水闸门占坝线全长的72%(1679m)，实际上就好似一个 “钢秩 工程。三峡工程作为一项水资源综合利用的工程， 其机电设备和金属结构的 总重量达50万t，其费用占工程总概算的 1/3。外表工程以多个学科交叉、 综合、 复合为特色， 以应用多种外表技术及其复合外表技术为特 点，是主导工业开展的关键技术之一。三峡工程是 “千年大计 、 “国运所系 的世纪性工程， 一定要重视质量问题，把质量看成是三峡工程的生命。在国际招标的机电设备技术条件中， 明确了应用外表加工技术、 外表技术和复合外表技术的要求， 以改善提高零部

3、件材料外表性 能，有效地提高设备运行可靠性， 延长使用寿命和方便维护和修复。 外表工程技术在三峡工 程建设中得到广泛应用。2 三峡工程应用外表技术的对象三峡水利枢纽由挡水和泄水建筑物、 发电建筑物和通航建筑物组成， 大坝轴线全长 2309.47m。 泄水建筑物位于河床中部，设有表孔、深孔和导流底孔； 电站厂房位于泄水建筑物左、 右两 侧，为坝后式厂房，共装设 26 台 700MW 水轮发电机组。通航建筑物布置在枢纽左岸，包 括双线连续五级永久船闸、单线垂直升船机和施工期通航的临时船闸。2.1 水轮发电机组和其它机电设备三峡电站水轮发电机组及辅助机电设备总重量约达26万t。埋设在混凝土中的设备部

4、件、常年受含沙水流冲刷的水轮机过流部件和常年暴露在空气中的机电设备外表都需要应用表 面工程的根底理论， 提出优质、 高效、低耗的外表工艺技术， 在设备和零部件的外表进行严 格的处理以保证设备可靠运行。2.2 水工闸门和金属结构三峡工程的水工闸门埋设件、闸门本体、输水钢管及启闭机等金属结构总量约26万t。其中大坝及电站合计共有 30 种不同规格的闸门 539 扇，永久船闸有各类人字门、充泄水阀门 等共89扇，两者共约7.3万t。其中工作环境最恶劣的是导流底孔和泄洪深孔的弧形工作门， 最高工作水头达85m，流速达35m/s，并有局部开启的要求。2.3 对外交通工程三峡工区对外交通工程的金属结构外表

5、防护， 包括桥梁外表涂覆、 装卸重件码头上的起重设 备和金属结构的外表处理以及集装箱码头钢管桩和粉煤灰钢罐内外表的防腐等。三峡工程对外交通金属结构工程包括大中桥梁 34 座，其中联系坝区两岸的西陵长江大桥 1118.66m。3 三峡工程应用外表技术的试验与实践3.1 三峡机电设备和金属结构外表的工作环境 三峡机电设备和金属结构外表，根据其功能要求，分别暴露在在室内外大气和潮湿大气中， 干湿交替环境。 在静水工况、 动水工况、高速含沙水流中和与混凝土结合的环境下工作运行。(1) 暴露在大气中工作的有：大坝顶部门式起重机及轨道、自动抓梁、厂房顶敞开式高压电 气设备、 高压出线塔、 主厂房大门、 电

6、站尾水门式起重机及轨道以及局部闸门的局部外露部 分。还有永久船闸、 临时船闸和垂直升船机的桥机、大梁及清污机等。 这些暴露在大气中的 结构和装备外表，常年经受日晒雨淋、风雪冰霜的袭击。(2) 在室内大气中工作的设备主要有：水轮发电机组、变压器的外露外表、主付厂房内各种 桥机、大梁、轨道、厂内高压设备、大电流母线设备和其他机组辅助设备如水泵、空压机、 制冷机外表，电站厂房屋架、船闸人字门启闭机及其附属设备、中低压配电盘、动力盘、保 护盘柜外表等。(3) 在潮湿大气中工作的结构和设备如：电站厂房进水口竖式液压启闭机、长期存放于门库 中的检修门及埋件、 闸门吊杆、 尾水排水阀、 水轮机顶盖排水泵等。

7、这些设备常年处在潮湿 的空气中，易锈蚀和腐蚀。(4) 在干湿交替环境中工作的结构极易发生外表破坏如：船闸人字门、 所有闸门的门槽埋件、船闸浮式系船柱、泄水表孔闸门和检修门等。 有的干湿交替频繁， 有的交替频度不大， 对结 构外表影响也有所不同。(5) 在静水状况下工作的装备有：船闸人字门、检修闸门和叠梁门，电站进水口检修门，泄 洪坝段深孔和表孔检修门等。他们都是在闸门前后平压后才开启或下落的。(6) 动水工况下工作的电站进水口工作闸门、压力钢管、拦污栅事故检修门、水轮机过流部 件包括涡壳、导水机构、转轮、根底环和尾水管里肘等。(7) 在特别恶劣的环境中工作的排沙孔工作闸门及事故检修门、底孔工作

8、门、深孔工作门、 船闸输泄水廊道阀门、 钢衬护以及水轮机转轮都是在高流速的含沙水流中工作和运转的， 泥 沙磨蚀的破坏作用，对其材料和外表的处理都有特殊要求。(8) 一些与混凝土面结合的钢结构，如压力钢管外壁，所有闸门和启闭机构以及钢结构的埋 件、水轮机钢里衬、蜗壳、座环以及发电机埋件、设备根底埋件等。3.2 三峡坝区的空气和水环境特性 三峡坝址位于湖北宜昌市二斗坪镇， 此区域属南温带和亚热带过渡地带， 其气候特征是高温、 高湿、雾多风小，秋雨多温差小。坝区大气年平均相对湿度75.8%，平均温度2122C,最高温度43.9C,最低9.8C。年平均降雨量达1251mm，以7、8月份较高。大气中S0

9、2浓度较 高，酸雨比拟严重，降雨 pH 值为 5.44，大气环境腐蚀性大。三峡坝址处多年平均水量达4500亿m3，多年平均流量为14400m3/s，水中含有泥沙，多年平均含沙量 1.2kg/m3 。实测最大含沙量 10.5kg/m3 。泥沙中推移质相对较小，悬移质居多， 平均粒径小于 0.1mm。水中有生物作用，如海蜊子等。江水的PH值为7.95，水中溶解 O2为6.4mg/L。在动水下工作的装备和结构，承受的动水速度多不相同，拦污栅的过栅流速约 lm/s，压力钢管内约8m/s，船闸输水廊道内约 20m/s，深孔、底孔闸门处 3035m/s，排沙 底孔内1828m/s，水轮机转轮叶片约 304

10、0m/s。这些结构和装备特别是在高速含沙水流 中工作的结构和装备，面临空化和泥沙磨损的联合破坏。3.3 三峡工程设备和钢结构的外表技术应用试验为了使外表科学与工程相结合， 为了结合三峡工程的空气环境、 水环境和工作环境特点， 通 过试验研究提出有效的工程措施， 到达改善材料的外表性能、 有效延长使用寿命、 节约资源、 提高生产力和减少环境污染的目的。为此，中国长江三峡工程开发总公司委托武汉材料保护研究所进行了不同涂覆材料和多种表 面技术复合处理的实验。(1) 大气暴露实验从 1995 年 1 月开始，在三峡坝区、宜昌市区和秭归县城，对 30多个国内 外厂家的 120多种防腐体系的试件作挂片试验

11、，其中有机涂装体系 42种，热喷涂金属体系7 种。现在试验仍在进行中。(2) 水环境暴露实验分别对全暴露在水环境中(全浸 )和干湿交替的环境进行了试验。实验安排在三峡坝址下游 40km 处的葛洲坝水利枢纽进行， 全浸试件浸没在葛洲坝二号船闸上闸首的 人字门上， 干湿交替试件装设在葛洲坝二号船闸下闸首的人字门上。试验涂装材料有， 有机 涂装体系 35 种，热喷涂金属体系 7 种，电化学保护 1 种。(3) 室内加速腐蚀实验分别对 13 个厂家的 34种防腐体系， 即 4种水溶性无机富锌类、 3 种醇 溶性无机富锌类、 4种环氧富锌类、 13种富锌底漆 /中间漆/面漆、 5种金属喷涂层、 8种金

12、属喷涂层 / 封闭底漆进行试验，分别应用常规试样和划叉破坏性试样在中性盐雾条件下进行 加速腐蚀试验、在 5%盐水溶液中浸渍试验、紫外线加速腐蚀老化气候试验、在自来水和盐 水中的电化学比照试验、涂层电气学保护性能试验以及涂层与基体(或其他涂层 )界面粘结力试验。上述各项现场挂片试验的初步成果， 已在机电设备和金属结构招标文件的技术标准中得到应 用，供货厂商将根据合同的要求进行外表涂覆和外表改性处理。3.4 三峡工程应用外表技术的实践三峡工程自 1994 年 12 月正式宣布开工以来， 外表技术在桥涵、 码头、 施工变电所和储运设 备等方面得到比拟广泛的应用。(1) 桥梁三峡对外交通工程桥梁中特大

13、桥4 座，大桥 7 座，中桥 23 座，合计 34 座，累计长3793m 其中较具特色的有莲沱大桥、黄柏河大桥、下牢溪大桥和横跨长江南北两岸的西陵 长江大桥。莲沱大桥全长340.87m ,主桥为中承式三孔钢管混凝土连续拱桥。拱上桥面总宽20m。钢管的寿命直接影响大桥的平安。钢管拱外表防护，采用三道漆，分别为底漆、中间漆和面漆， 干膜总厚度达305叩。在涂装前外表经除锈处理达Sa2.5级，粗糙度Ra30。下牢溪大桥全长286.06m，为六孔三柱墩结构，最大跨径160m为钢管拱结构。钢管拱外表防护采用热喷铝。黄柏河大桥全长284.76m，为七孔桩台式双柱墩结构，最大跨径160m为钢管拱结构。钢管拱

14、外表采用热喷锌。上述钢管拱的涂装寿命要求到达 20 年。 西陵长江大桥是横跨长江的坝区南北重要通道，和其他大桥一样，都是永久性的公路大桥。大桥全长1118.66m ,主孔跨度900m为单跨双铰式钢箱加劲梁悬索结构。两座主塔高120m ,为钢筋混凝土三层门式柜架结构。主塔根底为12根中 2.2m挖孔灌注桩。两根主缆各由10010根$ 5.1mm镀锌平行高强钢丝组成，直径为 $ 570mm,每根主缆长约 1478m，重约 2300t。两岸各有一重力式锚锭。在大桥施工过程中，为了解决悬索鞍座的推移以调整力的 平衡,全军装备维修外表工程研究中心提出了复合减摩涂层设计及相应的现场施工方案,替代国外采用的

15、在鞍座磨擦副中安装数千枚滚针的方案, 使鞍座顺利推移到位。 采用这种复合 减摩技术使磨擦系数降低 1 倍以上, 大大节省了施工费用。 此外, 主塔外表和钢缆都采用了 外表涂装防护，主塔外表总漆膜厚度达280 ym。涂装寿命为5年，修复不需铲除只需在原涂装上再次涂覆。(2) 公路专用公路采用封闭管理,为保证昼夜行车平安,设有公路防眩网及护栏,网和护栏波形梁外表采用热浸镀锌防护，锌层厚度在6185ymo(3) 码头在三峡坝区设有一座杨家湾港口集装箱、杂货码头和一座重型设备装卸的重件码头。 码头是三峡坝区水上的货物吞吐口,保证平安运作十分重要。杨家湾码头的水下 $800/1000的钢管桩是码头的根底,钢管桩采用 16mm 的 3号镇静甲类 钢,其外表用氯化橡胶铝粉和氯化橡胶防腐漆进行处理。2 X 300/501重件码头的起吊设备为 2台300t小车的桥式起重机， 桥架结构总重300t。桥机及 吊梁金属结构的所有内、 外外表,机械零部件非接触外表,都进行了外表涂装处理。外