表面技術(shù)在機電和金結中應用展看

摘要：三峽工程是“千年大計、國運所系”的跨世紀工程。工程的質(zhì)量、壽命、運行可靠性和檢驗維護用度，取決于多學(xué)科技術(shù)的發(fā)展水平。對表面工程技術(shù)在三峽工程機電設備和金屬結構工程上的理論，提出優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的表面工藝技術(shù)，在設備和零部件的表面進(jìn)行嚴格的處理以保證設備可靠運行。轉速表| 壓力表| 壓力計| 真空表| 硬度計| 探傷儀| 電子稱(chēng)| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 試驗機
2.2水工閘門(mén)和金屬結構三峽工程的水工閘門(mén)埋設件、閘門(mén)本體、輸水鋼管及啟閉機等金屬結構總量約26萬(wàn)t。其中大壩及電站合計共有30種不同規格的閘門(mén)539扇，永久船閘有各類(lèi)人字門(mén)、充泄水閥門(mén)等共89扇，兩者共約7.3萬(wàn)t。其中工作環(huán)境最?lèi)毫拥氖菍Я鞯卓缀托购樯羁椎幕⌒喂ぷ鏖T(mén)，最高工作水頭達85m，流速達35m/s，并有局部開(kāi)啟的要求。
2.3對外交通工程三峽工區對外交通工程的金屬結構表面防護，包括橋梁表面涂覆、裝卸重件碼頭上的起重設備和金屬結構的表面處理以及集裝箱碼頭鋼管樁和粉煤灰鋼罐內表面的防腐等。三峽工程對外交通金屬結構工程包括大中橋梁34座，其中聯(lián)系壩區兩岸的西陵長(cháng)江大橋1118.66m。3三峽工程應用表面技術(shù)的試驗與實(shí)踐3.1三峽機電設備和金屬結構表面的工作環(huán)境三峽機電設備和金屬結構表面，根據其功能要求，分別暴露在在室內外大氣和濕潤大氣中，干濕交替環(huán)境。在靜水工況、動(dòng)水工況、高速含沙水流中和與混凝土結合的環(huán)境下工作運行。

(1)暴露在大氣中工作的有：大壩頂部分式起重機及軌道、自動(dòng)抓梁、廠(chǎng)房頂敞開(kāi)式高壓電氣設備、高壓出線(xiàn)塔、主廠(chǎng)房大門(mén)、電站尾水門(mén)式起重機及軌道以及部分閘門(mén)的局部外露部分。還有永久船閘、臨時(shí)船閘和垂直升船機的橋機、大梁及清污機等。這些暴露在大氣中的結構和裝備表面，常年經(jīng)受日曬雨淋、風(fēng)雪冰霜的襲擊。

(2)在室內大氣中工作的設備主要有：水輪發(fā)電機組、變壓器'>變壓器的外露表面、主付廠(chǎng)房?jì)雀鞣N橋機、大梁、軌道、廠(chǎng)內高壓設備、大電流母線(xiàn)設備和其他機組輔助設備如水泵、空壓機、制冷機表面，電站廠(chǎng)房屋架、船閘人字門(mén)啟閉機及其附屬設備、中低壓配電盤(pán)、動(dòng)力盤(pán)、保護盤(pán)柜表面等。

(3)在濕潤大氣中工作的結構和設備如：電站廠(chǎng)房進(jìn)水口豎式液壓?jiǎn)㈤]機、長(cháng)期存放于門(mén)庫中的檢驗門(mén)及埋件、閘門(mén)吊桿、尾水排水閥、水輪機頂蓋排水泵等。這些設備常年處在濕潤的空氣中，易銹蝕和腐蝕。(4)在干濕交替環(huán)境中工作的結構極易發(fā)生表面破壞如：船閘人字門(mén)、所有閘門(mén)的門(mén)槽埋件、船閘浮式系船柱、泄水表孔閘門(mén)和檢驗門(mén)等。有的干濕交替頻繁，有的交替頻度不大，對結構表面科學(xué)與工程相結合，為了結合三峽工程的空氣環(huán)境、水環(huán)境和工作環(huán)境特點(diǎn)，通過(guò)試驗研究提出有效的工程措施，達到改善材料的表面性能、有效延長(cháng)使用壽命、節約資源、進(jìn)步生產(chǎn)力和減少環(huán)境污染的目的。為此，中國長(cháng)江三峽工程開(kāi)發(fā)總公司委托武漢材料保護研究所進(jìn)行了不同涂覆材料和多種表面技術(shù)復合處理的實(shí)驗。
(1)大氣暴露實(shí)驗從1995年1月開(kāi)始，在三峽壩區、宜昌市區和秭回縣城，對30多個(gè)國內外廠(chǎng)家的120多種防腐體系的試件作掛片試驗，其中有機涂裝體系42種，熱噴涂金屬體系7種�，F在試驗仍在進(jìn)行中。
(2)水環(huán)境暴露實(shí)驗分別對全暴露在水環(huán)境中(全浸)和干濕交替的環(huán)境進(jìn)行了試驗。實(shí)驗安排在三峽壩址下游40km處的葛洲壩水利關(guān)鍵進(jìn)行，全浸試件浸沒(méi)在葛洲壩二號船閘上閘首的人字門(mén)上，干濕交替試件裝設在葛洲壩二號船閘下閘首的人字門(mén)上。試驗涂裝材料有，有機涂裝體系35種，熱噴涂金屬體系7種，電化學(xué)保護1種。
(3)室內加速腐蝕實(shí)驗分別對13個(gè)廠(chǎng)家的34種防腐體系，即4種水溶性無(wú)機富鋅類(lèi)、3種醇溶性無(wú)機富鋅類(lèi)、4種環(huán)氧富鋅類(lèi)、13種富鋅底漆/中間漆/面漆、5種金屬?lài)娡繉印?種金屬?lài)娡繉?封閉底漆進(jìn)行試驗，分別應用常規試樣和劃叉破壞性試樣在中性鹽霧條件下進(jìn)行加速腐蝕試驗、在5鹽水溶液中浸漬試驗、紫外線(xiàn)加速腐蝕老化天氣試驗、在自來(lái)水和鹽水中的電化學(xué)對比試驗、涂層電氣學(xué)保護性能試驗以及涂層與基體(或其他涂層)界面粘結力試驗。上述各項現場(chǎng)掛片試驗的初步成果，已在機電設備和金屬結構招標文件的技術(shù)規范中得到應用，供貨廠(chǎng)商將根據合同的要求進(jìn)行表面涂覆和表面改性處理。

3.4三峽工程應用表面技術(shù)的實(shí)踐三峽工程自1994年12月正式公布開(kāi)工以來(lái)，表面技術(shù)在橋涵、碼頭、施工變電所和儲運設備等方面得到比較廣泛的應用。
(1)橋梁三峽對外交通工程橋梁中特大橋4座，大橋7座，中橋23座，合計34座，累計長(cháng)3793m其中較具特色的有蓮沱大橋、黃柏河大橋、下牢溪大橋和橫跨長(cháng)江南北兩岸的西陵長(cháng)江大橋。蓮沱大橋全長(cháng)340.87m，主橋為中承式三孔鋼管混凝土連續拱橋。拱上橋面總寬20m。鋼管的壽命直接影響大橋的安全。鋼管拱表面防護，采用三道漆，分別為底漆、中間漆和面漆，干膜總厚度達305μm。在涂裝前表面經(jīng)除銹處理達Sa2.5級，粗糙度Ra30。下牢溪大橋全長(cháng)286.06m，為六孔三柱墩結構，最大跨徑160m為鋼管拱結構。鋼管拱表面防護采用熱噴鋁。黃柏河大橋全長(cháng)284.76m，為七孔樁臺式雙柱墩結構，最大跨徑160m為鋼管拱結構。鋼管拱表面采用熱噴鋅。上述鋼管拱的涂裝壽命要求達到20年。西陵長(cháng)江大橋是橫跨長(cháng)江的壩區南北重要通道，和其他大橋一樣，都是永久性的公路大橋。大橋全長(cháng)1118.66m，主孔跨度900m為單跨雙鉸式鋼箱加勁梁懸索結構。兩座主塔高120m，為鋼筋混凝土三層門(mén)式柜架結構。主塔基礎為12根中Φ2.2m挖孔灌注樁。兩根主纜各由10010根φ5.1mm鍍鋅平行高強鋼絲組成，直徑為φ570mm，每根主纜長(cháng)約1478m，重約2300t。兩岸各有一重力式錨錠。在大橋施工過(guò)程中，為了解決懸索鞍座的推移以調整力的平衡，全軍裝備維修表面工程研究中心提出了復合減摩涂層設計及相應的現場(chǎng)施工方案，替換國外采用的在鞍座磨擦副中安裝數千枚滾針的方案，使鞍座順利推移到位。采用這種復合減摩技術(shù)使磨擦系數降低1倍以上，大大節省了施工用度。此外，主塔表面和鋼纜都采用了表面涂裝防護，主塔表面總漆膜厚度達280μm。涂裝壽命為5年，修復不需鏟除只需在原涂裝上再次涂覆。
(2)公路專(zhuān)用公路采用封閉治理，為保證晝夜行車(chē)安全，設有公路防眩網(wǎng)及護欄，網(wǎng)和護欄波形梁表面采用熱浸鍍鋅防護，鋅層厚度在61～85μm。
(3)碼頭在三峽壩區設有一座楊家灣港口集裝箱、雜貨碼頭和一座重型設備裝卸的重件碼頭。碼頭是三峽壩區水上的貨物吞吐口，保證安全運作十分重要。楊家灣碼頭的水下φ800/1000的鋼管樁是碼頭的基礎，鋼管樁采用16mm的3號鎮靜甲類(lèi)鋼，其表面用氯化橡膠鋁粉和氯化橡膠防腐漆進(jìn)行處理。2×300/50t重件碼頭的起吊設備為2臺300t小車(chē)的橋式起重機，橋架結構總重300t。橋機及吊梁金屬結構的所有內、外表面，機械零部件非接觸表面，都進(jìn)行了表面涂裝處理。表面先經(jīng)噴丸、機械手或手工除銹處理，然后涂以底漆、中間漆和面漆，分別采用環(huán)氧鐵紅車(chē)間底漆、環(huán)氧云鐵防銹漆和可涂覆聚氨酯面漆。
(4)粉煤灰儲運罐罐體為鋼結構，全部?jì)�運罐總重約1830t，對其罐體、中轉倉進(jìn)行涂裝處理，用鐵紅為底漆，合成樹(shù)脂調和漆用作中間漆和面漆，輸送粉煤灰的地下管道用環(huán)氧煤焦油瀝青涂料。表面工程在三峽工程的應用實(shí)踐，不但起到了對金屬和非金屬表面的防護作用，還增添了建筑物的美感。據不全面的檢查，涂復材料和工藝的應用是成功的，其使用壽命還有待進(jìn)一步跟蹤調查和考驗。4機電設備、金屬結構表面技術(shù)參考了三峽地區掛片試驗的成果，按國家和行業(yè)規定的標準，對不同工作環(huán)境下工作的設備和構件，提出了不同的要求。對經(jīng)常處于水下或干濕交替環(huán)境，不易檢驗，或檢驗對航運、發(fā)電及泄洪有重要影響的設備或結構。要求采用具有高機械強度的防腐體系，有較好的抗沖洗能力，附著(zhù)力極強，抗微生物和附著(zhù)生物的性能優(yōu)異，其保護年限長(cháng)達20年。對經(jīng)常處于水下或干濕交替的環(huán)境，但易檢驗且對發(fā)電、航運、泄洪影響不大的鋼結構和設備。要求采用粘附力強、耐水性的、抗微生物和附著(zhù)生物性能優(yōu)異的防腐體系，其保護年限可達10年。對在大氣環(huán)境中，包括室內與室外的鋼結構和設備，要求采用具有較強的耐天氣變化性能的裝飾性能好的防腐體系，表面涂料要求不易變色，不粉化，其保護年限應達15～20年。對這些設備和構件的表面處理，要求按國標GB6484-6487規定，要求基體清潔度達到GB8923規定的Sa2.5級。對防腐材料亦作明確的規定，要求采用國家或行業(yè)標準產(chǎn)品系列，底、中、面漆最好選用同一廠(chǎng)家產(chǎn)品。對各類(lèi)水工閘門(mén)和金屬結構的具體表面涂覆要求，合同中都有具體規定，例如：永久船閘人字工作門(mén)和第一閘首事故檢驗門(mén)及其埋件，總重約23865.2t。門(mén)體和底層采用熱噴鋅，最小局部厚度不小于160μm，封閉層為磷化底漆一道，面漆為氯化橡膠兩道，干膜厚度100μm，涂層總厚不小于260μm。電站壓力輸水鋼管14條，總重2萬(wàn)余t，對鋼管的明管內外壁和鋼管內壁，底漆采用無(wú)機富鋅漆，面漆為厚漿型環(huán)氧瀝青漆，漆膜總厚度不小于450μm，鋼管外壁與混凝土接觸面涂無(wú)苛性鈉水泥沙漿，厚度約500μm。電站壓力輸水鋼管14條，總重2萬(wàn)余t，對鋼管的明管內外壁和鋼管內壁，底漆采用無(wú)機富鋅漆，面漆為厚漿型環(huán)氧瀝青漆，漆膜總厚度不小于450μm，鋼管外壁與混凝土接觸面涂無(wú)苛性鈉水泥沙漿，厚度約500μm。電站進(jìn)水口快速工作閘門(mén)、排沙孔工作門(mén)約4911t，表面涂覆采用底層熱噴鋅加封閉涂料防腐。熱噴鋅厚度為120～160μm，封閉漆為不飽和乙烯樹(shù)脂一道，干膜厚30μm，中間漆環(huán)氧云鐵一道，干膜厚50μm，面漆為改性耐磨壞氧兩道，干膜厚100μm。涂層總厚300～340μm。泄洪深孔弧形工作閘門(mén)23扇、排漂孔弧形工作閘門(mén)2扇及其埋件，息重約10306t。門(mén)體采用底層熱噴鋅加封閉涂料防腐休系。要求熱噴鋅厚120～160μm，封閉漆為不飽和乙烯材脂一道，于膜厚30μm，中同漆壞氧云鐵一道，干膜厚50μm，面漆為環(huán)氧金剛沙二道，干膜厚100μm。涂層總厚300～400μm。5結語(yǔ)表面工程技術(shù)在三峽工程的應用，一直受到國家有關(guān)部分、單位的重視，通過(guò)上述的討論，我們可以看到表面技術(shù)與三峽工程成功建設、運行可靠和市省維護用度息息相關(guān)。(1)三峽工程在中國國家科技攻關(guān)項目，如“六五”、“七五”、“八五”和“九五”攻關(guān)項目的安排，在三峽工程重新論證和投計審查中，始終是一項研究和討論的重要課題之一。從材料表面加工工藝選擇、涂覆材料及噴涂工藝研究以及表面電化保護等在“九五”三峽工程重大裝備研制項目中占有重要地位。在三峽工程開(kāi)工后，為有效的使用有關(guān)表面處理材料和適應三峽壩區的環(huán)境，迸行了多廠(chǎng)商多種材料的涂裝掛片試驗，以便有針對性的選擇合適的涂裝材料和工藝，以使表面材料應用達到壽命長(cháng)、裝飾美的效果。
(2)如前所述，所有機械設備、金屬結構、水工閘門(mén)都在不同程度上離不開(kāi)表面技術(shù)，他們運行的可靠性、經(jīng)濟性都在不同程度上仰仗表面技術(shù)的應用，這牽涉到多專(zhuān)業(yè)、多學(xué)科的應用，不但是簡(jiǎn)單的現場(chǎng)的涂裝技術(shù)，還有很多是在設計中要求應用的在工廠(chǎng)實(shí)施的技術(shù)、工芝，從目前的應用范圍看，它是一項在工程中無(wú)所不在、應用廣泛的技術(shù)。歡迎國內外表面工程學(xué)界積極參與三峽工程表面技術(shù)應用研究。
(3)隨著(zhù)國內外表面技術(shù)的研究和發(fā)展，將使三峽工程通過(guò)表面技術(shù)的應用廣泛受益。采用長(cháng)效且與壞境適宜的表面涂裝材料和工藝，對延長(cháng)設備的使用壽命，延長(cháng)維護性涂裝的周期，有著(zhù)重要的經(jīng)濟效益。與整個(gè)建筑和周邊環(huán)境協(xié)調的裝飾涂裝，將會(huì )給人們美的享受。針對三峽工程具體的環(huán)境、目標進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)的成果和產(chǎn)品，將會(huì )給三峽工程帶來(lái)更大的經(jīng)濟效益。
(4)對三峽工程表面技術(shù)應用的跟綜研究將水電工程或類(lèi)似工程的應用提供有價(jià)值的參考。三峽工程表面技術(shù)應用廣泛，應用材料品種之多，應用對象工作壞境的千差萬(wàn)別，按照目前技術(shù)和工藝水平應用的表面工程技術(shù)能否獲得預期效果，還有待長(cháng)期跟綜研究和改迸。毋容置疑，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，表面工程技術(shù)作為現代科學(xué)的一門(mén)新興的綜合學(xué)科，必將得到迅速的發(fā)展，三峽工程必將從中獲益。