A3鋼板焊接葉輪在東雷抽黃灌區的應用

張武強，王小梅，李煥新

(1.陜西省渭南市石堡川水庫管理局，陜西 澄城 715200;2.陜西省渭南市東雷抽黃灌溉工程管理局，陜西 合陽 715300)

A3鋼板焊接葉輪在東雷抽黃灌區的應用

張武強1，王小梅2，李煥新2

(1.陜西省渭南市石堡川水庫管理局，陜西 澄城 715200;2.陜西省渭南市東雷抽黃灌溉工程管理局，陜西 合陽 715300)

東雷抽黃工程所用水源為黃河水，河水為高含沙水源，工程為多級泵站提水灌溉，黃河水對水泵過流部件磨蝕嚴重，導致水泵流量衰減，直接影響泵站灌溉效益發揮。通過引進A3鋼板焊接葉輪技術，在各泵站進行試點應用，實踐證明可達到延長設備壽命、降低維護費用，減小勞動強度等效果，值得推廣。

抽水泵站;A3鋼焊;葉輪;應用

陜西省渭南市東雷一期抽黃灌溉工程是以黃河為水源的高揚程電力提灌工程，是目前國內裝機容量最大、揚程最高的電力提灌工程。灌區建有抽水站28座，安裝機組133臺，最多 9級提水，累計總揚程 331.7 m，加權平均揚程214.7 m，裝機容量11.86萬 kw，配套有各類變電站30座，裝見容量38.09萬千伏安。渠首引水流量40 m3/s，加大引水流量60 m3/s，設計灌溉面積102萬畝，有效灌溉面積83萬畝，惠澤渭北旱原的大荔、合陽、澄城、蒲城 4縣13個鄉鎮。開灌30年來，在抗旱生產中發揮巨大經濟效益和社會效益。但在提水中由于含沙量較多，水泵過流部件磨蝕嚴重，從而引進新技術進一步研究改進水泵葉輪十分必要。

1 泵站運行中存在問題

東雷抽黃工程直接由進水閘引黃河水入一級站提入總干渠，再由沿干渠的四個二級站抽水上塬。整個工程無沉沙設施。加之黃河是一條多泥沙河流，多年平均含沙量為17.3 kg/m3，最大含沙量為633 kg/m3，粗大顆粒比例達30%，且以多棱角、高硬度的長石和石英為主。在高含沙水流作用下，水泵過流部件嚴重磨蝕，使水泵性能惡化，出水量衰減，供水能力與灌溉需水矛盾增大，效率降低，檢修周期大大縮短，維修費用劇增，抽水成本提高，泵站效益大幅度銳減等一系列問題擺在了泵站管理重要議事日程。

東雷工程建設時，水泵多是根據其工程特性由泵廠進行專門設計制造，其葉輪材質為不銹鋼。因過流水為黃河水，其葉輪在運行5 00～1 000 h后，磨損嚴重，2 000多 h后葉輪就瀕臨報廢，因此進行修補與抗磨成為延長水泵葉輪壽命的有效途徑。從上個世紀八十年代起，對磨損成立過技術課題組，采用不同工藝在葉輪磨蝕區噴涂不同非金屬材料進行葉輪原狀恢復，通過提高葉輪抗磨蝕性能達到延長壽命之目的，但是多次噴涂后，葉輪增厚、失形，導致水泵流量達不到設計流量，通過對南烏牛水泵運行觀測發現:由于葉輪增厚變形，水泵流量由設計的4.3 m3/s逐漸下降到3.8～3.5 m3/s，當葉輪運行達到2 000多 h后，無法再進行修復，葉輪報廢，必須重新更換。九十年代初，一只不銹鋼葉輪費用高達30萬元，更換不銹剛葉輪費用太高，使灌區難以承受，因此尋找新型材質替代不繡鋼葉輪或設法延長其使用壽命成為灌區重點課題。

2 A3鋼板焊接葉輪技術

2.1 鋼板焊接葉輪引進與使用

2001年從甘肅景電灌區引進，由于采用3#耐氣蝕鋼板熱壓焊接成型葉輪，其機械性能優于不銹鋼和鑄鐵，且易于加工，表面光潔度好，葉型符合設計，提高了水泵抗磨蝕能力，延長葉輪的使用壽命，一般可達鑄鐵葉輪的3倍以上，相比不銹鋼葉輪也毫不遜色，大大節約了大修設備費和檢修人工費。該技術先后在高明三級站的系列離心泵、南烏牛二級站的黃河泵、新民二級站和東雷二級站的研制泵進行應用試驗。從2002年夏灌至2005年春灌結束，該葉輪運行時間為2 720.12 h，使該水泵大修周期延長為2 720 h，此葉輪經修復后又能繼續使用，按此計算其使用壽命可達8 000 h以上，達到鑄鐵葉輪使用壽命2 000 h的4倍以上。其后南烏牛站2號水泵于2004年夏灌開始使用A3葉輪，到2005年春灌結束時已經運行 1 487.9 h，打開后該葉輪磨損比較嚴重，其磨損現狀為:葉輪與密封環配合部位有一圈寬約2 cm、深約0.7 cm的U形沖槽，出口側葉片兩側，均有一個長3 cm、寬1～2 cm、深約0.5 cm的凹槽，進口側葉片狀態良好無氣蝕現象，運行時的平均流量4.4～4.6 m3/s葉輪與密封環配合部位簡單修復后，又投入了運行，通過05年夏灌，該葉輪繼續運行1 252 h，因磨損太嚴重而報廢。鋼板焊接葉輪沒有經過防護處理，運行了2 740 h已接近或達到不銹鋼葉輪的使用壽命。

2.2 噴焊 Ni－60合金粉末

Ni－60合金粉末具有很高硬度和機械性能，可大大提高零件的耐磨性能。黃河泵單級揚程高，水源含沙量在8%以上，對過流部件的磨損破壞非常厲害。鋼板焊接葉輪雖然表面比較光滑，在抗氣蝕方面有較好的作用，但因材質較軟，抗磨損能力不及不銹鋼葉輪。從2006年開始，同樣安裝A3鋼板葉輪的新民二級站600DS－76*2水泵和東雷二級站800DS－75*3水泵，截止2009年夏灌已累計運行超過3 000 h行期間水泵過流部件沒有進行大修過。在水泵在運行2 326 h后打開檢查，水泵葉輪磨損很小，尤其是噴焊 NI－60合金粉末的葉輪端部，基本沒有磨損。根據此經驗，在2009年春灌結束后，對烏牛站新加工了2只葉輪，同時在葉片出口、密封環配合部位表面噴鍍 NI－60合金粉末，有效地解決了水泵葉輪密封環配合部位和密封環磨損較快的問題，更進一步提高了A3葉輪使用的壽命，目前這2只葉輪經修補后還在使用。

3 A3鋼板焊接葉輪的特點分析

1)A3鋼材質與機械性能優于其它同類材質，且易于加工。近幾年來，由于灌區種植結構的調整，灌溉配水的精度要求越來越高，對機組出水量的大小及穩定性的要求也越來越高，原來系列泵配套的鑄鐵葉輪屬于系列定型產品，要增大或者減小流量，就需要重新制造模具，代價大，鋼板焊接葉輪是用鋼板焊接而成，減少模具制做費用;同時A3鋼材機械性能優于鑄鐵，鋼板焊接葉輪，工藝相對簡單，易于加工，加工尺寸和葉片安放角度容易進行調整，葉型能符合設計，加工廠就能根據原機組的實際情況和出水量的具體要求，量體定衣，做出適合水泵灌溉機配的流量，也易于檢修人員進行安裝調試，目前東雷灌區高明三級站、南烏牛二級站正在使用的都是經過改型的加大流量鋼板焊接葉輪，經2009年春灌觀測，機組出水量增大了20%左右，且流量穩定。

2)焊接葉輪具有有可修復性。鋼材具有良好的焊接性能，可以對葉輪沖刷、磨蝕部位通過焊接進行修復。A3鋼板對葉輪沖刷、磨蝕部位通過焊接進行修復，對出口側葉片兩側凹槽，用普通碳素鋼焊條焊補后再用手提砂輪磨平，基本能修復至葉輪的設計性狀，葉輪口環部位的U形沖槽補焊后用車床車削至葉輪加工尺寸，黃河泵葉輪每次修復費用約5 000元，系列泵葉輪每次修復費用約800～1 200元，經過對葉輪進行修復，可以延長葉輪使用壽命，達到費省效宏的目的。

3)修周期延長，節約維修費用，減輕職工勞動強度。焊接葉輪采用鋼板熱壓焊接成型，表面光潔度好，抗氣蝕性能好，葉輪使用壽命增長。在每次檢修中，水泵轉子無需拆卸，葉輪與口環配合部位的磨損處用電焊修補后，再用車床按葉輪加工尺寸車削或用環氧金鋼砂修復，葉輪出口處的磨損處補焊好后用角磨機打磨平整，根據葉輪磨損狀況可以進行多次修復。

4 結語

1)可在塬上各站進行推廣。由于水泵揚程較低，加之水源含沙量較少，水泵運行環境相對穩定，焊接葉輪的修復周期約在3 000 h左右，可以多次修復使用，每只鋼板焊接葉輪價格在4 000～7 000元左右，使用壽命最高可達10 000 h以上。每只鑄鐵葉輪價格2 000～4 000元左右，使用壽命一般為2 000～3 000 h，屬一次性報廢，不可進行修復，從性價比方面來看，鋼板焊接葉輪明顯優于鑄鐵葉輪，鋼板焊接葉輪在東雷工程塬上各泵站已推廣使用。

2)從南烏牛二級站試驗的結果看出:鋼板焊接葉輪材質軟，鋼板較不銹鋼葉輪薄，制作工藝要求相對簡單。在南烏牛二級站使用，因水源含沙量大且揚程高，致使第一只試驗葉輪2 740 h左右就報廢。隨后通過對葉輪噴焊 NI－60合金粉末提高鋼板葉輪的抗磨蝕性能，并在運行一段時間后進行修補，葉輪使用壽命大大延長。

3)根據配水需要，烏牛站使用四只葉輪中，一只為不銹鋼葉輪，三只為鋼板焊接葉輪，屬于加大流量型，滿足了配水需要。從東雷研制泵的使用情況來看，如果在泵站改造過程中，對高揚程泵站的泵型進行改進，降低水泵的單級揚程，焊接葉輪更值得推廣使用。

TV675

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1004－1184(2012)05－0202－01

2012－08－13

張武強(1967－)，男，陜西大荔人，工程師，主要從事水利工程管理工作。