隔熱防結(jié)露涂層性能研究 

向春德¹，劉健俊¹，彭曉峰¹，徐　楊¹，鄭小康¹，肖　娜¹，王銷彬^*2,3

（1.東方電氣集團東方電機有限公司，四川德陽　618000；2.西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院，復(fù)雜服役環(huán)境重大裝備結(jié)構(gòu)強度與壽命全國重點實驗室，西安　710049；3.比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東深圳　518118）

作者簡介：向春德（1972–），男（漢族），四川遂寧人。正高級工程師，本科，主要從事水輪發(fā)電機及輔助設(shè)備研發(fā)。

*通信作者簡介：王銷彬（1995–），男（漢族），浙江紹興人。工程師，博士，主要從事隔熱涂料研發(fā)及其應(yīng)用研究。

引用格式：向春德，劉健俊，彭曉峰，等．隔熱防結(jié)露涂層性能研究［J］．中國涂料，2025，40（12）：31-38．

摘　要：設(shè)計并搭建了一套具有環(huán)境溫度均勻分布特性且內(nèi)置恒溫水冷的多工位結(jié)露測試裝備，制備了3種隔熱防結(jié)露涂層，并測試了涂層的比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和燃燒等級，研究了涂層不同厚度下的防結(jié)露性能，修正了防止表面結(jié)露的保冷層厚度公式。研究結(jié)果為解決貫流式水輪發(fā)電機組在高溫高濕環(huán)境中結(jié)露的難題提供了技術(shù)手段，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：涂層；防結(jié)露性能；隔熱性能；燃燒等級

DOI：10.13531/j.cnki.china.coatings.2025.12.004

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0　前　言

　　貫流式水輪發(fā)電機組處于高溫高濕環(huán)境中，與水接觸的部件均為薄壁金屬部件，運行過程容易出現(xiàn)燈泡頭、進人筒等部位結(jié)露滴水積水問題，影響機組清潔度，降低絕緣性能^[1-2]。多年來，貫流機一直采用金屬壁面噴涂防結(jié)露涂料的方法應(yīng)對結(jié)露問題，該涂料在結(jié)露時吸收水分，在環(huán)境溫濕度適宜時排出水汽，形成循環(huán)機制。但燈泡體內(nèi)部相對密閉，空氣環(huán)境不易改變，且防結(jié)露涂料的效果隨時間逐漸減弱，結(jié)露問題已成為貫流機電站亟需解決的難題。

　　開展貫流發(fā)電機防結(jié)露技術(shù)的研究，以提高機組清潔度和避免電氣部件絕緣性能下降，顯得尤為重要^[3]。目前，貫流式水輪發(fā)電機組防結(jié)露的方式主要包括噴涂防腐防結(jié)露涂料、使用防結(jié)露自動控制裝置、優(yōu)化水輪機內(nèi)部的水流通道和結(jié)構(gòu)以及定期檢查和維護等。

　　然而，這些方法在實際應(yīng)用中均存在一定的局限性^[4-7]，例如：（1）防腐防結(jié)露涂料雖能有效防止腐蝕和降低結(jié)露風(fēng)險，但涂布不均勻、易損傷老化等問題限制了其應(yīng)用效果；（2）防結(jié)露自動控制裝置雖能實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)機組內(nèi)部環(huán)境，但高昂的運行成本和復(fù)雜的維護過程也增加了實際應(yīng)用的難度^[8-10]；（3）優(yōu)化水流通道和結(jié)構(gòu)雖能提高機組效率和降低結(jié)露風(fēng)險，但設(shè)計過程復(fù)雜、投資大等問題也制約了其推廣；（4）定期檢查和維護雖能及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在故障，但高昂的人力、物力和財力成本也增加了電站的運營負(fù)擔(dān)。鑒于防結(jié)露涂料已無法滿足貫流式水輪發(fā)電機組的設(shè)計要求，優(yōu)化防腐隔熱涂層的材料體系成為了一種簡單且成熟的方法^[11-14]。因此，本文致力于開展貫流發(fā)電機隔熱防結(jié)露涂層與防結(jié)露性能實驗驗證技術(shù)的研究，通過設(shè)計并搭建了一套具有環(huán)境溫度均勻分布特性且內(nèi)置恒溫水冷的多工位結(jié)露測試裝備，制備了3種隔熱防結(jié)露涂層，并測試了其比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和燃燒等級等物理性能。同時，本文還研究了涂層不同厚度下的防結(jié)露性能，并修正了防止表面結(jié)露的保冷層厚度公式。這些研究成果為解決貫流式水輪發(fā)電機組在高溫高濕環(huán)境中的結(jié)露難題提供了有效的技術(shù)手段，并創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益。

1　隔熱防結(jié)露涂層制備與實驗方案

1.1　涂層制備

1.2　實驗方案

2　結(jié)果與討論

2.1　隔熱性能與燃燒等級對比

2.1.1　比熱容

2.1.2　導(dǎo)熱系數(shù)

2.1.3　燃燒等級

2.2　防結(jié)露性能對比

2.2.1　試樣A-3

2.2.2　試樣B-3

2.2.3　試樣A-6

2.2.4　試樣B-6

2.2.5　試樣A-10

2.2.6　試樣B-10

2.2.7　試樣C-6

2.2.8　隔熱涂層吸水情況

2.3　分析與討論

3　保冷層厚度理論公式的修正

3.1　現(xiàn)有理論公式介紹

3.2　對防止表面凝露的保冷層厚度理論公式的修正

4　結(jié)　語

　　本文系統(tǒng)研究了3種隔熱防結(jié)露涂層的物理性能、防結(jié)露性能與吸水特性，搭建了多工位結(jié)露測試裝備并修正了防結(jié)露保冷層厚度公式，取得如下主要結(jié)論。

　?。?）在20 ℃時，涂層A、B、C的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.138 W/（m·K）、0.064 W/（m·K）、0.031 W/（m·K）。在30 ℃時，涂層A、B、C的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.146 W/（m·K）、0.069 W/（m·K）、0.033 W/（m·K）。

　?。?）涂層A、涂層B、涂層C均符合B1（B）級，燃燒性能等級均為GB 8624中的B1（B-s1, d0），且涂層B的燃燒性能優(yōu)于涂層A優(yōu)于涂層C。

　?。?）涂層A厚度3 mm、6 mm、10 mm均會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，不可應(yīng)用于實際工況。涂層B在厚度3 mm、6 mm時會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，不可應(yīng)用于實際工況。涂層B在厚度10 mm時未出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，可應(yīng)用于實際工況。涂層C厚度6 mm試樣的表面溫度較高且穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，可應(yīng)用于實際工況。

　?。?）涂層A、B、C均存在吸水現(xiàn)象，相較而言，涂層A的吸水率＞涂層B的吸水率＞涂層C的吸水率，涂層A、B和C的平均吸水率分別為29.96%、21.97%和7%。

　?。?）防止表面凝露的保冷層厚度理論公式可增加系數(shù)β以修正計算準(zhǔn)確性。

　?。?）貫流式水輪發(fā)電機組優(yōu)先選擇聚氨酯涂層C，厚度6 mm。該涂層導(dǎo)熱系數(shù)最低，吸水率低，實驗中未出現(xiàn)結(jié)露，綜合性能最優(yōu)。若防火要求較高，則可選用涂層B，厚度10 mm，但需注意其長期吸濕影響。

　?。?）隔熱防結(jié)露涂層在濕熱交變環(huán)境下的耐久性研究是未來的重點研究方向，以推動其在電力設(shè)備、船舶艙室、地下工程等領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用，提升裝備在惡劣環(huán)境中的運行可靠性。

　　摘編自《中國涂料》2025年第40卷第12期，詳細(xì)內(nèi)容請點擊“閱讀原文”或掃描上方二維碼獲取文章全文。

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