Schade aan waterkrachtcentrale Three Gorges

Waterkrachtcentrales, vooral enorme zoals de Waterkrachtcentrale Three Gorges, die in het hoge sedimentgehalte van de Yangtze-rivier werken, hebben te maken met twee primaire vormen van schade aan hun kerncomponenten:

• Cavitatiecorrosie (cavitatie): Wanneer waterstromen met hoge snelheden in wisselwerking staan met onderdelen zoals loopwielen en schoepen, worden er bellen gegenereerd. Het plotselinge uiteenspatten van deze bellen veroorzaakt intense schokgolven en micro-jets die voortdurend inwerken op het metaaloppervlak, wat materiaalmoeheid en uiteindelijk delaminatie veroorzaakt.
• Sedimentslijtage: Harde deeltjes zoals zand die door het rivierwater worden meegevoerd, zorgen voor voortdurende insnijding en erosie van de stroomoppervlakken.

Deze twee vormen van schade verergeren elkaar vaak, wat resulteert in een gecombineerd cavitatie-slijtage effect dat het falen van onderdelen versnelt. Traditionele reparatiemethoden, zoals gewoon booglassen, gaan gepaard met een hoge warmte-inbreng, wat leidt tot vervorming, hoge restspanningen en suboptimale coatingprestaties.

Laserbekleding: De oplossing

Laserbekleding technologie biedt gerichte oplossingen voor deze uitdagingen:

• Metallurgische verlijming, sterk en duurzaam: De bekledingslaag in laserbekleding vormt een sterke metallurgische verbinding met het basismateriaal, waardoor de hechtsterkte veel hoger is dan bij traditionele coatings met mechanische hechting (zoals thermische spray). Dit voorkomt effectief grootschalige delaminatie van de reparatielaag bij impacts door waterstromen met hoge snelheid.
• Lage warmte-inbreng, minimale vervorming: De laserenergie is sterk geconcentreerd en wordt gedurende een korte tijd toegepast, waardoor de thermische impact op het basismateriaal minimaal is. Dit maximaliseert de controle over de vervorming van componenten. Dit is cruciaal voor precisiecomponenten, zoals waterturbineassen, die hoge toleranties vereisen.
• Aanpasbare prestaties, aanzienlijke verbetering: Door specifieke legeringspoeders te kiezen, kan de claddinglaag betere prestaties leveren dan het basismateriaal. Na het aanbrengen van een op kobalt gebaseerde legering in de claddinglaag kan de microhardheid van de bladen van waterturbines bijvoorbeeld 1,5 keer zo hoog worden als bij het basismateriaal. Onder vergelijkbare bedrijfsomstandigheden is het door cavitatie veroorzaakte massaverlies slechts een derde van dat van het basismateriaal.
• Reparatie ter plaatse, economische voordelen: Voor grote, niet-verwijderbare of extreem duur te transporteren onderdelen (zoals enorme turbinekamers), laserbekleding apparatuur gemobiliseerd kan worden voor reparaties op locatie. Dit voorkomt de hoge kosten van demontage, transport en langdurige stilstand die gepaard gaan met traditionele reparatiemethoden. Als bijvoorbeeld het onderdeel spiegelplaat van de Waterkrachtcentrale Three Gorges zou worden stilgelegd als gevolg van slijtage, zou dit kunnen leiden tot een verlies van meer dan 5 miljoen CNY per dag. Laserbekleding verkort reparatiecycli aanzienlijk, wat enorme economische voordelen oplevert.

Praktische toepassing en voordelen

De toepassing van laserbekleding technologie bij de Waterkrachtcentrale Three Gorges is opgeschaald en gesystematiseerd en heeft aanzienlijke alomvattende voordelen opgeleverd:

• Brede toepassing: Volgens de statistieken kunnen de waterkrachtcentrales van de Driekloven Groep laserbekleding technologie op 1.591 reserveonderdelen, met een totale directe waarde van ongeveer 97,43 miljoen CNY. Daarnaast kunnen 196 gereedschappen, met een waarde van ongeveer 13,47 miljoen CNY, ook worden gerepareerd met behulp van deze technologie.
• Aanzienlijke vermindering van schade: Het gebruik van laserbekleding heeft slijtage en corrosie met ongeveer 90% verminderd, waardoor de levensduur van apparatuur aanzienlijk is verlengd.
• Belangrijke technologische doorbraken: Voor veelvoorkomende turbinematerialen zoals martensitisch roestvrij staal (bijv. ZG06Cr13Ni5Mo) is het toepassen van laserbekleding met kobalthoudende, corrosie- en slijtvaste materialen resulteert in een uitstekende metallurgische hechting en een duidelijke verhoging van zowel de corrosie- als slijtvastheid.
• Voortdurende procesoptimalisatie: Met behulp van numerieke simulaties (bijv. Ansys en de doodceltechnologie om de eindige elementenanalyse van de spiegelplaatreparatie te modelleren), worden de effecten van parameters zoals laservermogen en scansnelheid op restspanning geanalyseerd om processen te optimaliseren en de neiging tot scheuren te verminderen.

Conclusie en vooruitblik

Laserbekleding technologie, met zijn hoge metallurgische hechtsterkte, minimale thermische vervorming, superieure prestaties van de reparatielaag en vermogen om efficiënte reparaties ter plaatse uit te voeren, is een sleuteltechnologie geworden voor het waarborgen van de veilige, stabiele en economische werking van grootschalige waterkrachtinstallaties zoals de Waterkrachtcentrale Three Gorges.

Als laserbekleding technologie en apparatuur (zoals apparaten voor online laserversteviging van turbineschoepen) zich blijven ontwikkelen en de kosten blijven dalen, zal het een steeds belangrijkere rol gaan spelen, niet alleen in de waterkrachtsector maar ook in een breder scala van industriële gebieden. Het zal een sterke ondersteuning bieden voor het verbeteren van de levensduur, energie-efficiëntie en betrouwbaarheid van kritieke apparatuur.