20 世紀 90 年代,陶瓷涂層應用到活塞桿上,它比鍍鉻層具有更好的耐腐蝕性和抗磨性,適合在工作環境惡劣、腐蝕性強的條件下使用.西方國家已將陶瓷涂層活塞桿液壓缸廣泛應用于核能、航天航空、石化等領域。

    隨著我國水利工程自動化程度的提高和液壓技術的發展,液壓啟閉機已經成為水利工程中常用的一種啟閉設備.液壓啟閉機主要組成部分是液壓缸體、活塞桿、頭部、底座、密封圈及檢測裝置等,其中密封圈為易耗件,定期進行更換,影響啟閉機壽命的主要部件為活塞桿.活塞桿不僅要承受頻繁的摩擦,還要承受各種潮濕環境和污染環境的腐蝕,其防腐、耐磨及日常維護等性能要求都相對較高.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。

    2 傳統與新型活塞桿主要參數指標

    活塞桿鍍鉻層表面光滑,呈銀色金屬光澤; 陶瓷涂層表面光滑,多為深色,呈半透明狀。

    相比傳統鍍鉻涂層,陶瓷涂層在表面孔隙率、表面硬度、表面粗糙度、涂層厚度及鹽霧試驗等方面的性能指標更加優異,陶瓷活塞桿啟閉機采用內置式的數字化行程控制,對啟閉機的行程控制更加精確、可靠 .

    3. 1 傳統工藝---表面鍍鉻缺點

    傳統液壓啟閉機活塞桿多采用表面鍍雙層鉻或者鍍鎳鉻等防腐方式.多年的工程實踐表明,活塞桿表面鍍鉻受鍍鉻工藝、鍍層質量和環境條件影響,涂層容易遭到腐蝕而剝落,導致活塞桿產生銹蝕,引起密封圈元件損壞和漏油,影響啟閉機運行和使用壽命.與傳統液壓缸配套的行程測量裝置多為鋼絲繩等外置式機械結構,其行程測量裝置穩定性差,測量精度低,故障率高,受外界環境工況影響大.

    3. 2 新型工藝---陶瓷噴涂技術優點

     陶瓷噴涂技術是利用高溫等離子弧噴涂技術將陶瓷粉末噴涂至經過預處理的基體材料表面,從而形成一層致密的陶瓷保護層.而陶瓷活塞桿是在原普通液壓缸的基礎上研制而成,通過陶瓷噴涂技術將陶瓷保護層覆蓋于經過特殊處理的活塞桿表面,其主要優點在于活塞 桿 的 防 腐 工 藝 和 液 壓 缸 行 程 檢 測 裝 置 的創新。

    3. 2. 1 耐腐蝕性能強

    陶瓷活塞桿的表面熱噴涂致密的陶瓷涂層,具有極高的化學穩定性,耐水、耐大氣腐蝕性能比較好,并通過 5% 鹽水溶液的鹽霧試驗.陶瓷活塞桿在惡劣工況下實際使用時,具有較長的耐腐蝕時間,相比普通鍍鉻活塞桿同條件下使用壽命可提高 5 ~ 6 倍。

    3. 2. 2 耐磨性高

    陶瓷活塞桿的陶瓷涂層和母材的結合強度超過30MPa,有效避免了噴涂層的脫落; 陶瓷涂層的表面硬度超過了 850HV,具有較高的耐磨性; 精加工后的陶瓷活塞桿表面光滑,表面粗糙度可控制在 Ra0. 3 以內,有效降低了密封件和活塞桿的摩擦系數,減少了密封件和活塞桿磨損量,進一步延長了使用壽命。

    3. 2. 3 數字化控制啟閉行程精度高

    陶瓷活塞桿基體由一系列等距離并具有一定深度的環形溝槽構成,利用導磁性基體和非導磁性陶瓷涂層通過脈沖傳感器讀取這些溝槽形成信息,直接轉換成活塞桿的行程.這種集成于陶瓷活塞桿的內置式行程檢測裝置,可直接檢測出活塞桿的位移,不需換算,也不存在累積誤差,其檢測精度可達到 1mm.同時,行程檢測裝置具備對行程閘門全開、全關極限位置的控制和保護,并擁有多個開度位置預置的功能。

    3. 2. 4 維護方便

    行程控制裝置傳感器只需直接安裝于液壓缸的下端蓋上,結構緊湊、體積小,且可以滿足泡水使用的要求[2] ,維護與檢修相對傳統行程裝置簡單、方便。

    3. 2. 5 制造工藝環保

    普通電鍍工藝含鉻廢水和廢氣嚴重致癌,屬國家一類控制排放物,對環境和生產工人的危害極大.陶瓷噴涂技術無電鍍工藝所造成的環境污染問題,屬環保涂層技術。

    4. 1 工程概況

    泰州引江河二期高港樞紐二線船閘位于一線船閘西側,為Ⅲ級通航建筑物,設計最大船舶等級為 1000t級,船閘尺寸為 23m × 230m × 4m,船閘正常通航水位上游側 1. 00m,下游側 2. 50m.船閘采用三角門,輸水系統采用短廊道對沖消能式集中輸水系統,輸水閥門為平板直升鋼閘門.三角門和閥門啟閉均采用液壓啟閉機,上、下閘首左、右岸三角閘門分別布置一臺臥式液壓啟閉機,啟閉容量 350kN,最大行程 4. 70m; 輸水門啟閉設備選用液壓啟閉機,啟閉容量 300kN,最大行程 3. 80m.船閘三角門啟閉機布置在閘首邊墩空箱內,閥門啟閉機布置在閥門井上方.上下游每個閘首設兩個液壓站,每側三角門和輸水門共用 1 套液壓系統。

    4. 2 活塞桿性能指標檢測

    泰州引江河二期高港樞紐二線船閘啟閉機采用了陶瓷活塞桿液壓啟閉機.在啟閉機制造及組裝過程中,采用金屬硬度計、涂層測厚儀、粗糙度儀及鋼卷尺等儀器對活塞桿部分質量指標進行了檢測( 結果如表2 所列) .檢測結果表明,陶瓷活塞桿的表面硬度。

     4. 3 調試及運行情況

       2014 年 6 月,泰州引江河二期高港樞紐二線船閘工程通過水下驗收,2015 年 6 月,通過投入使用驗收,目前已正式通航.閘門啟閉機現場安裝完畢后,在保證閘門及液壓缸運行不受阻卡的情況下進行聯合調試.啟動液壓站油泵,調整溢流閥,使油泵在工作壓力的 50% 、75% 和 100% 的情況下分別連續運轉 15min,系統未發現異常振動、雜音、溫升過高現象,啟閉機閥件及管路未發現漏油現象.啟閉機運行時,無阻卡、異常振動等現象,行程檢測裝置顯示準確,兩側油缸同步性較好.船閘廊道閥門 24h 內因油缸內部泄漏而產生的沉降量小于 100mm,沉降試驗合格.船閘運行期間,定期對啟閉機活塞桿檢查,均未發現腐蝕、磨損等現象。

    閘門啟閉機調試及運行情況表明: 陶瓷活塞桿啟閉機各項指標均達到設計及相關規范要求。

    陶瓷活塞桿液壓啟閉機在泰州引江河二期高港樞紐二線船閘的使用表明: 陶瓷涂層技術具有耐腐蝕、耐磨損、啟閉行程精度高、維修方便、制造工藝環保等特點,將有效提高設備的使用年限和工作效率,保障工程安全可靠運行。