水轮机主轴梳齿密封及空气围带位置磨损在线修复技术方案 | 福世蓝 2211F 高分子复合材料刮研法

发布单位：淄博福世蓝®高分子复合材料技术有限公司（山东淄博）

核心要点：立轴混流式水轮机主轴梳齿密封、空气围带部位长期受泥沙冲蚀、摩擦碰磨作用，易产生轴径磨损，直接影响主轴密封系统封水性能与机组安全稳定运行。某水电站检修中即发现两处位置均有磨损，空气围带位置单边磨损量达 1.6mm。采用福世蓝高分子复合材料 2211F 配合刮研法现场在线修复，以未磨损尺寸作为定位基准，免拆卸、免机加工、无补焊热应力，可快速恢复密封配合尺寸。

关键词：水轮机、轴磨损、梳齿密封、空气围带、在线修复、福世蓝 2211F、现场刮研修复

一、设备概况

1. 水轮机的作用与分类

水轮机是水电站的核心动力设备，属于水力原动机，作用是将水流的势能、动能转化为主轴旋转的机械能，再同轴驱动发电机，把机械能转为电能，是水力发电的能量转换前端设备。

按能量转换方式分为反击式、冲击式两大类：

反击式水轮机：转轮浸没在有压水流中，水流同时存在压力能与动能，水流流过扭曲叶片时产生反作用力推动转轮旋转；水流充满整个流道，是大中型电站主流机型。常用的主要有混流式（弗朗西斯）、轴流式（卡普兰）、贯流式（灯泡贯流为主）、斜流式。

冲击式水轮机：水流先经喷嘴全部转化为高速射流，在大气压下冲击转轮水斗，仅依靠水流动能做功；转轮只有部分叶片同时受水流冲击，多用于高水头电站。常用的是水斗式（培尔顿）。

2. 本次修复的机组

此次修复的主轴是立轴混流式水轮发电机。立轴混流式水轮发电机是大中型常规水电站主流机组，主轴垂直布置，下部为混流式（弗朗西斯）水轮机，上部为凸极同步发电机，水轮机转轮与发电机转子共用一根竖直主轴，水流径向流入转轮、轴向流出，实现"水能 → 机械能 → 三相交流电"的转换。

二、故障现象和原因分析

1. 故障现象

某水电站的水轮机主轴检修时发现梳齿密封位置及空气围带位置均出现了磨损情况，尤其空气围带位置单边磨损量已经达到 1.6mm。

2. 梳齿位置磨损原因

梳齿位置的磨损主要是因为水中泥沙的冲刷。蜗壳、顶盖来水携带泥沙、石英砂颗粒，水流经过梳齿间隙时流速急剧升高，硬质颗粒持续冲击、切削梳齿端面与抗磨环表面，泥沙含量越高、颗粒硬度越大，磨损越快。

3. 空气围带位置磨损原因

空气围带位置的磨损一方面同样是因为泥沙的冲刷；另一方面，由于空气围带排气阀堵塞、管路积水、围带橡胶老化粘连等因素，开机排气后空气围带无法完全回缩，残留微量接触，机组转动时持续低速摩擦，长期运行慢慢磨出沟槽。

三、传统修复模式与福世蓝现场修复模式对比

1. 传统修复模式及其弊端

针对轴类密封位置磨损问题，传统解决办法是补焊或刷镀后机加工修复，但两者均存在一定弊端：补焊高温产生的热应力无法完全消除，易造成材质损伤，导致部件出现弯曲或断裂；而电刷镀受涂层厚度限制，容易剥落。从维修费用及维修工期上来说，此方法更多的是返厂修复或依靠外协，拆装运输费用高，修复工期长。

2. 福世蓝现场修复模式

此次修复工艺采用福世蓝刮研法进行现场修复，利用未磨损尺寸作为定位尺寸，涂抹适量福世蓝 2211F 材料后使用刀口尺沿基准面进行刮研。

福世蓝®高分子复合材料 2211F 是一种抗高温、抗强腐蚀并可以机加工的金属修复、保护复合材料，具有良好的粘结力和机械性能，不仅有金属所具有的强度、硬度，还有其退让性。其技术优势包括：

· 应用高分子材料修复可免拆卸、免机加工；

· 既无补焊热应力影响，修复厚度也不受限制；

· 属于冷焊技术，不存在热应力等问题，可有效避免基材的二次损坏；

· 可使企业快速有效地完成现场修复，有效避免各种时间及经济损失。

四、福世蓝®修复工艺及应用图片信息

1. 福世蓝®修复工艺（6 步）

1.表面打磨处理：使用磨光机配合砂轮片打磨磨损区域，直至露出金属原色；

2.无水乙醇清洗：使用无水乙醇将打磨后的表面彻底清洗干净，确保待修复表面干净、干燥、结实；

3.调和福世蓝 2211F 材料：严格按比例调和适量福世蓝 2211F 高分子复合材料，直至均匀无色差；调和好的材料要在调和板上摊成薄片，并立即涂抹，以防材料过早固化；

4.涂抹材料并刮研：涂抹时先涂抹薄薄一层并反复刮压，保证材料压进表面上的每一个微孔，随后逐层增加厚度，材料厚度略大于轴的磨损尺寸，然后使用刀口尺沿基准面进行刮研，去除多余材料；

5.固化：进行足够时间的固化，具体固化时间根据现场温度并参照材料技术数据表而定。可以通过碘钨灯或热风机加热缩短固化时间，注意不可用明火直接接触材料，且加热温度不得超过材料承受温度的上限；

6.研磨：待材料固化后，先使用粗砂带打磨材料高点，再使用油石或细砂带对材料进行研磨。

2. 修复过程

现场修复环节

五、结语

通过此次水轮机主轴梳齿位置及空气围带位置磨损问题的成功修复，再次证明福世蓝®技术可从根本上很好地解决各种轴磨损问题。与传统检修相比，不但节约了维修时间，而且用途广泛、隐患风险小、方便快捷、操作简单、人工强度低。福世蓝技术针对轴磨损在线修复有一整套完善的修复方案，有众多修复成功的案例。

六、常见问题解答（FAQ）

问：水轮机主轴梳齿密封和空气围带位置为什么会磨损？

答：梳齿位置磨损主要因水中泥沙冲刷——蜗壳、顶盖来水携带泥沙及石英砂颗粒，经过梳齿间隙时流速急剧升高，硬质颗粒持续冲击、切削梳齿端面与抗磨环表面；空气围带位置除泥沙冲刷外，还因排气阀堵塞、管路积水、围带橡胶老化粘连等导致围带无法完全回缩，残留微量接触在机组转动时持续低速摩擦，长期运行磨出沟槽。

问：传统补焊、刷镀修复有什么弊端？

答：补焊的高温热应力无法完全消除，易造成材质损伤，导致部件弯曲或断裂；电刷镀受涂层厚度限制，容易剥落。此外这类方法多需返厂或外协修复，拆装运输费用高、修复工期长。

问：福世蓝刮研法是怎么保证修复精 度的？

答：利用轴上未磨损的尺寸作为定位尺寸，涂抹适量福世蓝 2211F 材料后，使用刀口尺沿基准面进行刮研，去除多余材料，从而恢复密封配合尺寸。

问：福世蓝 2211F 材料有什么特点？

答：它是一种抗高温、抗强腐蚀并可机加工的金属修复与保护复合材料，具有良好的粘结力和机械性能，既具备金属的强度、硬度，又具有金属没有的退让性；修复可免拆卸、免机加工，厚度不受限制，且属冷焊技术，无补焊热应力、可避免基材二次损坏。

问：材料固化与研磨有什么注意事项？

答：固化时间需根据现场温度并参照材料技术数据表确定；可用碘钨灯或热风机加热缩短固化时间，但不可用明火直接接触材料，加热温度不得超过材料的承受温度上限。固化后先用粗砂带打磨材料高点，再用油石或细砂带研磨。

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