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(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)　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(qiáng)度與壽命全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)介：向春德（1972–），男（漢族），四川遂寧人。正高級(jí)工程師，本科，主要從事水輪發(fā)電機(jī)及輔助設(shè)備研發(fā)。

*通信作者簡(jiǎn)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(guó)涂料，2025，40（12）：31-38．

摘　要：設(shè)計(jì)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(cè)試裝備，制備了3種隔熱防結(jié)露涂層，并測(cè)試了涂層的比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和燃燒等級(jí)，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(jī)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(jì)效益。

關(guān)鍵詞：涂層；防結(jié)露性能；隔熱性能；燃燒等級(jí)

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

（掃描二維碼獲取全文）

0　前　言

　　貫流式水輪發(fā)電機(jī)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(yùn)行過(guò)程容易出現(xiàn)燈泡頭、進(jìn)人筒等部位結(jié)露滴水積水問(wèn)題，影響機(jī)組清潔度，降低絕緣性能^[1-2]。多年來(lái)，貫流機(jī)一直采用金屬壁面噴涂防結(jié)露涂料的方法應(yīng)對(duì)結(jié)露問(wèn)題，該涂料在結(jié)露時(shí)吸收水分，在環(huán)境溫濕度適宜時(shí)排出水汽，形成循環(huán)機(jī)制。但燈泡體內(nèi)部相對(duì)密閉，空氣環(huán)境不易改變，且防結(jié)露涂料的效果隨時(shí)間逐漸減弱，結(jié)露問(wèn)題已成為貫流機(jī)電站亟需解決的難題。

　　開(kāi)展貫流發(fā)電機(jī)防結(jié)露技術(shù)的研究，以提高機(jī)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(jī)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(dòng)控制裝置、優(yōu)化水輪機(jī)內(nèi)部的水流通道和結(jié)構(gòu)以及定期檢查和維護(hù)等。

　　然而，這些方法在實(shí)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(xiǎn)，但涂布不均勻、易損傷老化等問(wèn)題限制了其應(yīng)用效果；（2）防結(jié)露自動(dòng)控制裝置雖能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)機(jī)組內(nèi)部環(huán)境，但高昂的運(yùn)行成本和復(fù)雜的維護(hù)過(guò)程也增加了實(shí)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(jī)組效率和降低結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)，但設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜、投資大等問(wèn)題也制約了其推廣；（4）定期檢查和維護(hù)雖能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在故障，但高昂的人力、物力和財(cái)力成本也增加了電站的運(yùn)營(yíng)負(fù)擔(dān)。鑒于防結(jié)露涂料已無(wú)法滿足貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)要求，優(yōu)化防腐隔熱涂層的材料體系成為了一種簡(jiǎn)單且成熟的方法^[11-14]。因此，本文致力于開(kāi)展貫流發(fā)電機(jī)隔熱防結(jié)露涂層與防結(jié)露性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)的研究，通過(guò)設(shè)計(jì)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(cè)試裝備，制備了3種隔熱防結(jié)露涂層，并測(cè)試了其比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和燃燒等級(jí)等物理性能。同時(shí)，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(jī)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(jì)效益。

1　隔熱防結(jié)露涂層制備與實(shí)驗(yàn)方案

1.1　涂層制備

1.2　實(shí)驗(yàn)方案

2　結(jié)果與討論

2.1　隔熱性能與燃燒等級(jí)對(duì)比

2.1.1　比熱容

2.1.2　導(dǎo)熱系數(shù)

2.1.3　燃燒等級(jí)

2.2　防結(jié)露性能對(duì)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(duì)防止表面凝露的保冷層厚度理論公式的修正

4　結(jié)　語(yǔ)

　　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(cè)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。

　　（1）在20 ℃時(shí)，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(shí)，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）。

　　（2）涂層A、涂層B、涂層C均符合B1（B）級(jí)，燃燒性能等級(jí)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。

　　（3）涂層A厚度3 mm、6 mm、10 mm均會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，不可應(yīng)用于實(shí)際工況。涂層B在厚度3 mm、6 mm時(shí)會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，不可應(yīng)用于實(shí)際工況。涂層B在厚度10 mm時(shí)未出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，可應(yīng)用于實(shí)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(shí)際工況。

　　（4）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%。

　　（5）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(jì)算準(zhǔn)確性。

　　（6）貫流式水輪發(fā)電機(jī)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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)期吸濕影響。

　　（7）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(lái)的重點(diǎn)研究方向，以推動(dòng)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(yùn)行可靠性。

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

　　（閱讀原文）

　　發(fā)行部：

　　聯(lián)系人：李雯  010-62253830

　　投稿須知：

　　請(qǐng)以word附件形式發(fā)送至郵箱：chinacoatingnet@vip.163.com

　　本文系作者向春德、劉健俊、彭曉峰、徐楊、鄭小康、肖娜、王銷彬授權(quán)發(fā)表，并經(jīng)《中國(guó)涂料》編輯，未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載。