聚氨酯復合材料在水力發電設備中的應用研究

摘要：在水力發電設備中通過對聚氨酯復合材料的應用，能夠有效減少水力發電設備的重量，并提升水力發電設備的穩定性和可靠性，從而降低水力發電設備維護的頻率，可以說聚氨酯復合材料在水力發電設備中的應用有著非常好的前景。文章首先對于聚氨酯復合材料進行概述，從而對于聚氨酯復合材料在水力發電設備中的應用進行研究。希望通過文章，能夠為聚氨酯復合材料的發展和應用提供一些參考和幫助。

關鍵詞：聚氨酯復合材料;水力發電設備;應用研究

一、聚氨酯復合材料的概述

在我國當前的可再生能源發電技術當中，水力發電是其中最為成熟的技術，預計到2020年我國水電裝機容量將能夠達到了3.9億千瓦以上，在眾多重點可再生能源中排在首位。隨著水力發電規模的提升，那么必然會有著更多發電設備的需求，因為水力發電的特點，需要設備和水直接進行接觸，以往所采用的水力發電設備多數采用的是金屬材料。例如，消防管道、冷卻水管以及水輪機葉片等，這些金屬材料如果長期的和水進行接觸可能會加速腐蝕效果。但在海水發電的過程中，用于溫差發電的冷水吸水管基本上是利用金屬材料制成，所以腐蝕情況更為嚴重，這種溫差和堿性環境會嚴重縮短設備壽命，從而提高了水力發電成本。近年來，新研發出的聚氨酯復合材料有著很強的耐腐蝕性，能夠解決金屬材料面臨的問題。聚氨酯屬于樹脂類型的一種，有著非常好的機械性能和物理性能，同時也具備很強的化學穩定性和耐候性以及耐磨性，另外也擁有著很強的可設計性和高溫熱穩定性。通過玻璃纖維進行增強的聚氨酯復合材料不但具備了聚氨酯樹脂的性能，同時也有著更強的抗沖擊性、拉伸強度和剪切強度。近年來，隨著聚氨酯復合材料的開發，能夠實現更多種產品的制備。隨著聚氨酯復合材料加工技術的逐漸成熟，使得更多的聚氨酯復合材料產品進入到市場當中。在水力發電過程中，聚氨酯復合材料的成功運行為其在水力發電設備中的應用打下了良好的基礎。

二、聚氨酯復合材料在水力發電設備中的應用研究

（一）力學性能

在水力發電設備當中，對于力學性能要求最高的部件是水輪機，在相關標準中要求了水輪機中所有部件的應力都不能超出規定范圍，斷面應力不要超出材料屈服極限的2/3。一些零部件需要承受扭轉力矩和剪切力，鑄鐵最大剪應力不可超出21兆帕，其他金屬最大剪應力不可超出允許拉應力的70%，其中機組的主軸和導葉軸最大剪應力不可超出允許應力的60%。混流式和轉槳式水輪機轉輪葉片處于最大負荷運行狀態時，各個部件最大應力不可超出材料屈服極限的1/5。通過對聚氨酯復合材料的測試可以發現，無論是拉伸應力還是壓應力聚氨酯復合材料都有著很高的強度。聚氨酯復合材料的許用拉伸應力和壓縮應力分別為167兆帕和70兆帕，該數值相比于碳素鑄鋼和合金鑄鐵都有著很大的優勢。除此之外，聚氨酯復合材料無論是在橫向上還是在縱向上都有著很好的彎曲強度，且數值能夠達到200兆帕以上，且材料具有很高的模量。通過對聚氨酯復合材料進行分析可知，其具有很好的力學性能，能夠達到水力發電設備的力學性能標準，所以能夠應用在水力發電設備當中。

（二）耐腐蝕性

以往水力發點設備中所應用材料的最大劣勢就在于抗腐蝕性較差，如果不對這些材料采取相應的抗腐蝕措施，那么這些材料在強酸或者強堿溶液中浸泡2周即可失去全部的力學強度。為了解決這個問題，在水力發電設備中，尤其是和海水進行接觸的設備，都需要進行防腐處理，如進行防腐涂層和抗腐蝕合金等，但這樣卻增加了材料成本和維護成本。通過實驗可知聚氨酯復合材料在強酸或者強堿溶液中浸泡后的力學性能損失情況。聚氨酯復合材料力學性能損失最大的是在八十攝氏度中的強堿溶液中進行浸泡28天以上，但其力學強度也仍然能夠保持原始的60%以上。在普通溫度情況下，無論是強酸還是強堿溶液，聚氨酯復合材料都不會出現較大的力學性能損失，相比于鋼制金屬來說，聚氨酯復合材料更加適合應用在水力發電設備當中，特別是海水發電設備中，不斷能夠有效耐腐蝕，同時也避免了材料的損耗，從而對設備的使用壽命進行了延長。

三、結語

以聚氨酯復合材料為原材料，通過拉擠成型工藝制備的聚氨酯復合材料機械性能優異，耐酸堿鹽腐蝕及濕熱老化性能良好，而且材料密度小、樹脂含量低，替換水力發電設備中的易腐蝕結構件材料，如水輪機葉片、水輪機外殼、引水管道等，可以降低設備重量、提高設備運行可靠性、降低設備維護和更換頻率。其突出的耐酸堿鹽及耐高低溫老化的特性，可為其在海水發電中帶來巨大的應用前景。

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作者簡介： 鄒江洪，貴州福鴻水利水電工程建設有限公司。