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水机涡轮弹性涂层抗冲蚀理论及应用

郭源君  
【摘要】:水流挟带沙粒冲击流道边壁造成的冲蚀损伤是水轮机涡轮等过流件早期失效的重要原因,它是流体动力学磨粒磨损的具体体现,被认为是世界性的技术难题。研究流道近壁粒子运动与边壁材料响应之间的内在联系,寻找流道抗冲蚀设计的一般规律及表面保护技术有着重要的科学与应用意义。随着世界工业化进程的加快,植被不断遭到破坏,水土流失加剧,含沙河流愈来愈多,该领域的研究已受到各国研究人员的广泛关注。 本文在综合国内外关于水机冲蚀及相关领域研究文献的基础上,提出了采用弹性涂层实现边壁与边界层扰动同步波动,变边壁被动承受粒子冲击为主动回避与粒子接触的抗冲蚀设计理论;全面研究了弹性涂层的湿热强度、冲蚀损伤特性、涡轮边壁弹性涂层的制备技术以及工程应用。全文共分七章。 第一章为绪论,综述了国内外有关水轮机冲蚀的研究概况,阐述了本文的研究目的、意义与主要研究内容。 第二章导出了水机涡轮流道中的粒子运动微分方程,以此为基础,分析了粒子冲击流道边壁的条件及相关因素的影响。 第三章通过分析流道边界层扰动波与过流面冲蚀波纹特征参数之间的对应关系,提出了采用弹性涂层实现边壁与边界层扰动同步波动的抗冲蚀设计思想;分析了同步波动的条件、边壁波动位移及粘接界面的波动应力;根据数值计算结果,绘制出边壁波动常数曲线。奠定了弹性涂层抗冲蚀的理论基础并为弹性涂层配方设计提供了理论依据。 第四章采用理论与实验相结合,分析了弹性涂层的固化内应力、湿热特性与湿热应力以及涂层表面与粒子冲击接触过程的动应力,所得结论是弹性涂层常规强度计算与可靠性设计的依据。 第五章采用自己安装的实验设备进行了模拟冲蚀试验,根据试验结果绘制出弹性涂层的冲蚀损伤特性曲线,以此为基础并与接触过程的动力学分析相结合建立了弹性涂层的冲蚀模型。 第六章研究了水机涡轮流道弹性涂层的结构设计及制备工艺,同时介绍了弹性涂层在有关水电站的应用结果。 第七章对全文进行总结。


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