一种用于水轮机导水密封结构的钢塑复合抗磨板的制作方法

本发明属于水电站机组导水机构密封技术领域，尤其涉及一种用于水轮机导水密封结构的钢塑复合抗磨板。

背景技术：

水轮机导水机构过流表面，在运行过程中受到高速水流的冲刷作用，特别是当水中含沙量大时，磨蚀破坏十分严重，是含沙多相流水质、中高水头水电站水轮机的疑难通病，长期以来危及电厂安全经济运行。

在水轮机结构设计中，导水机构的底环和顶盖的过流表面需要采用特殊的覆面层保护，此特殊覆面层即抗磨板。传统的抗磨板是采用螺钉连接到底环和顶盖上，当抗磨板磨损后机组大修时，将旧的抗磨板拆卸，更换新的抗磨板。由于此种抗磨板尺寸大，重量大，在材料的选择和加工工艺方面都受到一定的限制。一般用普通钢板制造，当水中含沙量大或水头高时，采用不锈钢板制造。但耐磨性能并不理想，特别是含沙量大时，此种抗磨板的寿命往往控制机组的大修期。抗磨板的更换需要长时间停机，耗费大量材料和劳动工时，造成巨大经济损失(检修停电损失：以单机容量为20万kw机组为例，每天发电量损失为4.8×10⁵度，上网电价按0.3元/度计算，每天损失144万元)。

通过现有文献资料检索和水电站实际运行调研发现，有的水电站曾采用尼龙作底环抗磨板代替金属抗磨板，虽然抗磨能力有一定提高，但效果不明显；还有的水电站采用超高密度聚乙烯制作抗磨板，虽然这种抗磨板的抗磨性能比尼龙材质的抗磨板好，但长期使用易于变形，在水中浸泡2～3年后，因吸水膨胀导致变形，产生扩大的“楔形间隙”，由此出现间隙“二次窜流”，间隙汽蚀与泥沙高频大冲角撞击叠加在一起，导致水轮机止漏环汽蚀严重，威胁水轮机的安全运行。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种用于水轮机导水密封结构的钢塑复合抗磨板，其能够确保导叶在停机全关状态下具有良好的密封性，同时在开停机时具有良好的抗汽蚀能力，保障机组安全运行，增加发电效益。

技术方案：一种用于水轮机导水密封结构的钢塑复合抗磨板，包括水轮机底环和水轮机顶盖，

所述水轮机底环的上端面设有底环抗磨板组件，

所述底环抗磨板组件包括多个结构相同的呈扇形的底环抗磨板单元，多个底环抗磨板单元沿水轮机底环的上端面均匀布设，

所述底环抗磨板单元由聚氨酯弹性体内嵌第一不锈钢骨架而成，所述底环抗磨板单元的外表面径向中部设有一导叶下端面密封凸起；

所述底环抗磨板单元上均匀布设有多个第一台肩孔，所述底环抗磨板单元与所述水轮机底环通过所述第一台肩孔和螺栓固定连接，

所述水轮机顶盖的下端面固设有顶盖抗磨板组件，

所述顶盖抗磨板组件包括多个结构相同的呈扇形的顶盖抗磨板单元组成，所述顶盖抗磨板单元由第一顶盖抗磨板单元和第二顶盖抗磨板单元组成，所述第一顶盖抗磨板单元、所述第二顶盖抗磨板单元依次交替沿着水轮机顶盖的下端面均匀布设；

所述第一顶盖抗磨板单元由聚氨酯弹性体内嵌第二不锈钢骨架而成，该第一顶盖抗磨板单元的外表面径向中部设有一导叶上端面密封凸起；

所述第二顶盖抗磨板单元由聚氨酯弹性体内嵌第三不锈钢骨架而成，该第二顶盖抗磨板单元的外表面径向中部设有一导叶上端面密封凸起；

所述第一顶盖抗磨板单元均匀布设有多个第二台肩孔，所述第一顶盖抗磨板单元通过第二台肩孔和螺栓与所述水轮机顶盖固定连接，

所述第二顶盖抗磨板单元上均匀布设多个第二台肩孔，所述第二顶盖抗磨板单元通过第二台肩孔和螺栓与所述水轮机顶盖固定连接。

进一步地，所述螺栓为不锈钢螺栓。

更进一步地，布设在第一台肩孔中的不锈钢螺栓的顶端涂覆有聚氨酯灌注胶。

更进一步地，布设在第二台肩孔中的不锈钢螺栓的顶端设有复合树脂砂浆。

进一步地，所述第一台肩孔内侧、所述第二台肩孔内侧均设有螺纹锁固胶。

进一步地，所述底环抗磨板单元的中部设有第一同心孔，所述第一同心孔与活动导叶的安装孔同心且直径相同。

进一步地，所述第一不锈钢骨架由第一台肩孔和第一不锈钢骨架网孔组成。

进一步地，所述第一顶盖抗磨板单元中部设有第二同心孔，所述第二同心孔与活动导叶安装孔同心且直径相同。

进一步地，所述第二不锈钢骨架由第二台肩孔和第二不锈钢骨架网孔组成。

进一步地，所述第三不锈钢骨架21由第二台肩孔和第三不锈钢骨架网孔组成。

有益效果：本发明公开的一种用于水轮机导水密封结构的钢塑复合抗磨板具有以下有益效果：

(1)导叶下端面密封凸起和导叶上端面密封凸起有效提高了导叶全关状态下的密封性能，与导叶密封板配合使用，改善了正常停机时因漏水量增大而导致机组潜动现象；

(2)采用聚氨酯弹性体，该弹性体具有较高的弹性、强度以及优异的耐水性、耐磨性、耐油性、耐疲劳、耐撕裂及抗震动性，其耐磨性是普通碳钢的10倍以上，是超高密度聚乙烯的3倍以上，水中浸泡六年各种强度指标下降不超过10％；

(3)采用钢塑复合技术加工成型后，整体性强，局部需处理时可进行机加工，与水轮机底环和水轮机顶盖通过不锈钢螺栓固定，表面用高抗磨蚀聚氨酯胶获复合树脂砂浆进行密封，保证与抗磨板表面无凹坑和明显间隙，光滑齐平，运行中不产生磨损汽蚀源。

(4)安装方式简单，拆卸方便，现场安装条件要求不苛刻，具有互换性，大大节省维修时间。

附图说明

图1为水轮机底环与底环抗磨板组件的安装示意图；

图2为第一底环抗磨板单元的俯视图；

图3为图2的A-A面的剖视图；

图4为第一不锈钢骨架的俯视图；

图5为水轮机顶盖与顶盖抗磨板组件的安装示意图；

图6为第一顶盖抗磨板单元的俯视图；

图7为第二顶盖抗磨板单元的俯视图；

图8为图6的B-B面的剖视图；

图9为图7的C-C面的剖视图；

图10为第二不锈钢骨架的俯视图；

图11为第三不锈钢骨架的俯视图；

其中：

1-水轮机底环 2-底环抗磨板组件

3-底环抗磨板单元 4-第一台肩孔

5-螺栓 6-导叶下端面密封凸起

7-第一同心孔 8-聚氨酯弹性体

9-第一不锈钢骨架 10-螺纹锁固胶

11-聚氨酯灌注胶 12-第一不锈钢骨架网孔

13-水轮机顶盖 14-顶盖抗磨板组件

15-第一顶盖抗磨板单元 16-第二顶盖抗磨板单元

17-导叶上端面密封凸起 18-第二同心孔

19-复合树脂砂浆 20-第二不锈钢骨架

21-第三不锈钢骨架

22-第二不锈钢骨架网孔

23-第三不锈钢骨架网孔

24-第二台肩孔

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

如图1～11所示，一种用于水轮机导水密封结构的钢塑复合抗磨板，包括水轮机底环1和水轮机顶盖13，

水轮机底环1的上端面设有底环抗磨板组件2，

底环抗磨板组件2包括多个结构相同的呈扇形的底环抗磨板单元3，多个底环抗磨板单元3沿水轮机底环1的上端面均匀布设，

底环抗磨板单元3由聚氨酯弹性体8内嵌第一不锈钢骨架9而成，底环抗磨板单元3的外表面径向中部设有一导叶下端面密封凸起6；

底环抗磨板单元3上均匀布设有多个第一台肩孔4，底环抗磨板单元3与水轮机底环1通过第一台肩孔4和螺栓5固定连接，

水轮机顶盖13的下端面固设有顶盖抗磨板组件14，

顶盖抗磨板组件14包括多个结构相同的呈扇形的顶盖抗磨板单元组成，顶盖抗磨板单元由第一顶盖抗磨板单元15和第二顶盖抗磨板单元16组成，第一顶盖抗磨板单元15、第二顶盖抗磨板单元16依次交替沿着水轮机顶盖13的下端面均匀布设；

第一顶盖抗磨板单元15由聚氨酯弹性体8内嵌第二不锈钢骨架20而成，第一顶盖抗磨板单元15的外表面径向中部设有一导叶上端面密封凸起17；

第二顶盖抗磨板单元16由聚氨酯弹性体8内嵌第三不锈钢骨架21而成，该第二顶盖抗磨板单元16的外表面径向中部设有一导叶上端面密封凸起17；

第一顶盖抗磨板单元15均匀布设有多个第二台肩孔24，第一顶盖抗磨板单元15通过第二台肩孔24和螺栓5与水轮机顶盖13固定连接，

第二顶盖抗磨板单元16上均匀布设多个第二台肩孔24，第二顶盖抗磨板单元16通过第二台肩孔24和螺栓5与水轮机顶盖13固定连接。

进一步地，螺栓5为不锈钢螺栓。

更进一步地，布设在第一台肩孔4中的不锈钢螺栓的顶端涂覆有聚氨酯灌注胶11。

更进一步地，布设在第二台肩孔24中的不锈钢螺栓的顶端设有复合树脂砂浆19。

进一步地，第一台肩孔4内侧、第二台肩孔24内侧设有螺纹锁固胶10。

进一步地，底环抗磨板单元3的中部设有第一同心孔7，第一同心孔7与活动导叶的安装孔同心且直径相同。

进一步地，第一不锈钢骨架9由第一台肩孔4和第一不锈钢骨架网孔12组成。

进一步地，第一顶盖抗磨板单元15中部设有第二同心孔18，第二同心孔18与活动导叶安装孔同心且直径相同。

进一步地，第二不锈钢骨架20由第二台肩孔24和第二不锈钢骨架网孔22组成。

进一步地，第三不锈钢骨架21由第二台肩孔24和第三不锈钢骨架网孔23组成。

使用时，导叶通过导叶下端面密封凸起6、导叶上端面密封凸起17卡设于底环抗磨板组件2与顶盖抗磨板组件14之间，可有效抑制导叶关机状态时的漏水问题。

上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。