隔熱防結露涂層性能研究

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.西安交通大學航天航空學院，復雜服役環境重大裝備結構強度與壽命全國重點實驗室，西安　710049；3.比亞迪汽車工業有限公司，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，主要從事水輪發電機及輔助設備研發。

　　*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及其應用研究。

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

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

　　關鍵詞：涂層；防結露性能；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

　　貫流式水輪發電機組處于高溫高濕環境中，與水接觸的部件均為薄壁金屬部件，運行過程容易出現燈泡頭、進人筒等部位結露滴水積水問題，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露涂料的方法應對結露問題，該涂料在結露時吸收水分，在環境溫濕度適宜時排出水汽，形成循環機制。但燈泡體內部相對密閉，空氣環境不易改變，且防結露涂料的效果隨時間逐漸減弱，結露問題已成為貫流機電站亟需解決的難題。

　　開展貫流發電機防結露技術的研究，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，貫流式水輪發電機組防結露的方式主要包括噴涂防腐防結露涂料、使用防結露自動控制裝置、優化水輪機內部的水流通道和結構以及定期檢查和維護等。

　　然而，這些方法在實際應用中均存在一定的局限性[4-7]，例如：（1）防腐防結露涂料雖能有效防止腐蝕和降低結露風險，但涂布不均勻、易損傷老化等問題限制了其應用效果；（2）防結露自動控制裝置雖能實時監測和調節機組內部環境，但高昂的運行成本和復雜的維護過程也增加了實際應用的難度[8-10]；（3）優化水流通道和結構雖能提高機組效率和降低結露風險，但設計過程復雜、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現和處理潛在故障，但高昂的人力、物力和財力成本也增加了電站的運營負擔。鑒于防結露涂料已無法滿足貫流式水輪發電機組的設計要求，優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電機隔熱防結露涂層與防結露性能實驗驗證技術的研究，通過設計并搭建了一套具有環境溫度均勻分布特性且內置恒溫水冷的多工位結露測試裝備，制備了3種隔熱防結露涂層，并測試了其比熱容、導熱系數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露性能，并修正了防止表面結露的保冷層厚度公式。這些研究成果為解決貫流式水輪發電機組在高溫高濕環境中的結露難題提供了有效的技術手段，并創造了顯著的經濟效益。

　　1　隔熱防結露涂層制備與實驗方案

　　1.1　涂層制備

　　1.2　實驗方案

　　2　結果與討論

　　2.1　隔熱性能與燃燒等級對比

　　2.1.1　比熱容

　　2.1.2　導熱系數

　　2.1.3　燃燒等級

　　2.2　防結露性能對比

　　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　語

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

　　（1）在20 ℃時，涂層A、B、C的導熱系數分別為0.138 W/（m·K）、0.064 W/（m·K）、0.031 W/（m·K）。在30 ℃時，涂層A、B、C的導熱系數分別為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，燃燒性能等級均為GB 8624中的B1（B-s1, d0），且涂層B的燃燒性能優于涂層A優于涂層C。

　　（3）涂層A厚度3 mm、6 mm、10 mm均會出現結露現象，不可應用于實際工況。涂層B在厚度3 mm、6 mm時會出現結露現象，不可應用于實際工況。涂層B在厚度10 mm時未出現結露現象，可應用于實際工況。涂層C厚度6 mm試樣的表面溫度較高且穩定，未發現結露現象，可應用于實際工況。

　　（4）涂層A、B、C均存在吸水現象，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β以修正計算準確性。

　　（6）貫流式水輪發電機組優先選擇聚氨酯涂層C，厚度6 mm。該涂層導熱系數最低，吸水率低，實驗中未出現結露，綜合性能最優。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。

　　（7）隔熱防結露涂層在濕熱交變環境下的耐久性研究是未來的重點研究方向，以推動其在電力設備、船舶艙室、地下工程等領域的標準化應用，提升裝備在惡劣環境中的運行可靠性。

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

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　　本文系作者向春德、劉健俊、彭曉峰、徐楊、鄭小康、肖娜、王銷彬授權發表，并經《中國涂料》編輯，未經允許不得轉載。

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