液壓啟閉機油缸銹蝕原因分析與修復研究

周 益，余德沙，毛延翩，賈 鑫，周 揚

（中國長江電力股份有限公司溪洛渡水力發電廠，云南 永善 657300）

1 引言

某大型水電站泄洪功率巨大，拱壩壩身布置有8個泄洪深孔和7個溢流表孔。泄洪深孔的作用為宣泄洪水、控制并調節水庫水位，其工作弧門孔口尺寸與水頭組合參數位于世界前列，孔口尺寸為6.0 m×6.7 m，設計水頭為105.5 m。深孔工作弧門采用液壓啟閉機操作，啟閉力為4 000/1 000 kN。啟閉機總體布置形式為單吊點，中部支承，單作用油缸，活塞桿吊頭與閘門相連。設備布置如圖1所示。

圖1 泄洪深孔閘門及啟閉機布置圖

油缸是液壓啟閉機的關鍵部件，其在潮濕環境下的防銹蝕壽命直接決定整套液壓啟閉機的使用壽命。本文對某大型水電站4 000/1 000 kN深孔液壓啟閉機油缸出現的銹蝕問題進行分析，并根據現場實際情況提出探索性處理方案，確保電站泄洪深孔液壓啟閉機的正常運行，同時為國內外同類型、同運行條件的高水頭液壓啟閉機的設計、運行、維護提供寶貴經驗。

2 運行現狀

泄洪深孔作為主要泄洪設施，自2015年汛期接管運行以來，閘門擋水和運行水位均達到設計水頭，8扇深孔弧形工作閘門累計運行236次，使用頻繁。汛期運行過程中發現深孔油缸有振動、爬行并伴有異響現象，結合日常維護檢查發現油液出現惡化變質、油液含水量超標等問題。歲修期將具備檢修條件的7個油缸拆除開度儀及上端蓋，對缸體內壁及活塞桿開展全面普查，發現下述現象：缸體內壁存在點狀和面狀銹蝕；活塞桿鍍鉻表面多處有麻點、銹蝕點，部分鍍鉻層鼓包脫落，局部穿透性銹坑等現象。此時若長期運行液壓啟閉會造成機油缸密封損壞，以至于嚴重漏油到無法使用，直接影響防洪度汛設備安全運行。深孔液壓啟閉機油缸銹蝕缺陷普查見表1，深孔油缸典型銹蝕缺陷如圖2、圖3所示。

表1 深孔液壓啟閉機油缸銹蝕缺陷普查表

圖2 缸體內壁點狀和面狀銹蝕

圖3 活塞桿銹蝕、鍍鉻層鼓包剝落和局部穿透性銹坑

3 銹蝕原因分析

3.1 油缸結構特點

深孔啟閉機油缸結構，主要由開度儀、缸體、活塞桿、承重活塞、吊頭等部件組成，活塞桿外表面采取鍍鉻防銹，先鍍0.04～0.05 mm乳白鉻，再鍍0.04～0.05 mm硬鉻，單邊鍍層厚度為0.08～0.10 mm，表面粗糙度Ra≤0.35 μm，孔隙率2%～3%，無封孔工藝。

3.2 缸體內壁銹蝕分析

根據深孔油缸施工安裝記錄，油缸內注入新的美孚46號無灰抗磨液壓油后，污染度和含水量持續超標，且有乳化現象出現，說明油缸內部形成了大量的水滴，造成油液污染。考慮到溪洛渡水電站晝夜溫差較大，特別是夏季高溫、潮濕環境下，油缸存放時殘余油液在高溫氣候的作用下產生的水蒸氣凝聚在缸筒內壁上，而油缸又未經過轉動及通風透氣條件下的遮蓋等原因，導致缸體內孔不同程度生銹現象發生。

3.3 活塞桿銹蝕分析

深孔啟閉機油缸活塞桿采用鍍鉻工藝，電鍍是利用電解原理在工件基體金屬表面上鍍上一薄層其他金屬或合金涂層的過程。主要特點：活塞桿表面有較高的硬度和耐磨性能；有一定的防腐性能；基體與涂層為機械結合[1]。

與其他陰極性鍍層一樣，只有當鍍層致密無孔隙時才能對基體有保護作用。鍍鉻活塞桿銹蝕主要原因是鍍鉻層的失效[2]，現有工藝水平下鍍鉻層不可避免會存在孔隙和裂紋，因超高水頭泄洪深孔液壓啟閉機的設計、制作、安裝和調度較為復雜，深孔泄洪時產生的霧化區范圍和程度遠超過設計預期，在每年汛期，活塞桿都長期和水汽接觸，水滴通過孔隙和基體接觸并形成電化學腐蝕的條件，導致活塞桿表面銹蝕。由于電化學腐蝕時鐵的電位比鉻低，腐蝕時先腐蝕鍍鉻層下的基體金屬，輕微時可在外表面觀察到銹跡，嚴重則會出現銹坑，甚至會沿基體金屬的側向擴展，造成表面缺陷處的鍍層剝落[3]。

4 銹蝕部位修復探索

為提高泄洪深孔可靠性和可用系數，將銹蝕較嚴重的2號、4號深孔啟閉機油缸進行返廠檢修，消除設備缺陷。

4.1 修復經驗

近年來一些水電站運行單位針對鍍鉻活塞桿液壓啟閉機油缸銹蝕問題及解決辦法進行了深入分析，積累了油缸銹蝕修復相關經驗，國內部分水電站油缸銹蝕修復經驗見表2。然而，本文提到的某大型水電站泄洪深孔具有高水頭、高流速等特點，對啟閉機油缸的表面防腐提出了更高的要求，在制定2號、4號深孔啟閉機油缸銹蝕修復方案時，應根據工程運行工況的特點，參考其他水電站類似經驗，選定合理有效的防腐措施，從而保證延長啟閉機的使用年限和電站的安全可靠運行。

4.2 試驗修復方案

根據油缸拆解、檢查情況，結合油缸修復類似工程經驗和工程運行特點，制定出深孔油缸銹蝕修復方案。

（1）缸體內壁銹蝕處理。1）油缸解體。對液壓缸零部件廠內拆卸、清洗、檢測。2）缸體無損檢測、內孔珩磨修復。內徑尺寸公差不低于GB/T 1801中的H8；內徑圓度公差不低于GB/T 1184中的8級；內表面母線的直線度公差不大于1 000∶0.2，且在缸體全長上不大于0.3 mm；缸體端面對軸線全跳動公差不低于GB/T 1184中的8級；內表面粗糙度不大于GB/T 1031中的Ra=0.35 μm。3）更換液壓缸全套密封圈、防塵圈。

表2 國內部分水電站油缸銹蝕修復經驗

（2）活塞桿銹蝕處理。1）活塞桿退鉻。將整個活塞桿表面鉻全部去除。2）活塞桿除銹。脫鉻后除去活塞桿表面銹蝕，活塞桿處理后機械性能不低于JB/T 6397中的45鋼的性能，100%超聲波探傷，達到GB/T 6402的Ⅱ級質量要求。3）活塞桿鍍陶。活塞桿采用陶瓷涂層防腐，并符合NB/T 35017《陶瓷涂層活塞桿技術條件》。陶瓷活塞桿表面涂層主要技術參數要求見表3。

表3 陶瓷活塞桿技術參數要求

（3）油液污染處理。廠內裝配前零件必須清洗干凈，特別是缸體內孔、油口、排氣孔等不可見部位，清洗后需用堵頭把油口堵死，以防雜物混入；工地調試時加注新液壓油（美孚DTE EXCEL 46號無灰液壓油），并對油液進行過濾，清潔度不低于NAS 1638中的8級。

4.3 調試、運行情況

2號、4號深孔啟閉機缸體內壁珩磨除銹后各項數據滿足技術要求，經檢查無明顯銹蝕點，活塞桿陶瓷噴涂符合NB/T 35017《陶瓷涂層活塞桿技術條件》的規定，涂層材質、工藝、厚度均滿足技術要求。更換合格液壓油后試驗空缸和連門后，啟閉機運行平穩，無明顯振動、爬行、異響。自2019年4月安裝調試完成后，經歷了多次洪水考驗，2號、4號深孔液壓啟閉機運行正常，為水庫防洪調度提供了可靠保障。定期對陶瓷活塞桿檢查，均未發現腐蝕、磨損等現象，各項指標符合設計要求。

5 經驗總結

5.1 活塞桿防腐工藝選擇

目前，液壓啟閉機活塞桿常用的防腐方式為表面鍍鉻和噴涂陶瓷。多年的工程實踐表明，活塞桿鍍鉻受鍍鉻工藝、鍍層質量和環境條件影響，涂層容易腐蝕剝落，導致活塞桿產生銹蝕[7]。相比普通鍍鉻工藝，陶瓷涂層在耐腐蝕性、結合強度、耐磨性、表面精度等方面性能指標更優異。另外，普通電鍍工藝產生的含鉻廢水和廢氣嚴重致癌，屬于國家一類控制排放物，而陶瓷噴涂技術屬于環保涂層技術，制造工藝環保。

目前，活塞桿陶瓷噴涂工藝技術成熟、造價合理，國內已有較多工程實踐案例，鑒于陶瓷噴涂工藝在本文提出的某大型水電站高水頭深孔液壓啟閉機的良好應用，建議國內外同類型、同運行條件的高水頭液壓啟閉機在選型設計階段，吸取相關工程經驗，采用活塞桿噴涂陶瓷工藝，提高液壓啟閉機使用壽命。

5.2 維護保養

水利水電工程液壓啟閉機活塞桿長期裸露在外，原有孔隙易失去油膜保護而被銹蝕，應做好定期檢查，可通過在其活塞桿表面涂抹黃油（二硫化鉬）做到基本隔離防護；另外，按照規程要求加強油品檢測，防止油液含水量過高，影響設備的可靠安全運行。

6 結語

液壓啟閉機具有結構簡單、布置緊湊、承載能力大、調速和換向方便、運行平穩、容易實現自動化控制等許多優點[8]，廣泛應用于各類水利水電工程。本文對某大型水電站高水頭泄洪深孔液壓啟閉機復雜運行工況下出現的油缸銹蝕現象進行了描述，認真分析造成該現象的原因，對比了國內部分水電站油缸銹蝕修復經驗，探索性提出高水頭液壓啟閉機油缸銹蝕修復方案，有效解決了油缸銹蝕問題，并對高水頭液壓啟閉機活塞桿防腐工藝及后續維護保養提出了建議，為國內外同類型高水頭液壓啟閉機設計、運行和維護提供參考依據。