立式軸流泵汽蝕破壞修復(fù)

丁文溪

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蘭州）

蘭州南北兩山綠化滴灌工程4號泵站主要有18CJ-63立式軸流泵4臺、18CJB-34立式軸流泵2臺。使用一段時間后出現(xiàn)了輸水流量減小、壓力降低，噪聲、振動等異常情況。判斷故障原因可能是水泵的葉片和葉輪外殼出現(xiàn)蜂窩形帶狀和環(huán)形的汽蝕溝，使水泵的葉輪和葉輪室的徑向間隙超過原機(jī)組設(shè)計要求，造成水泵容積泄漏增大、輸水效率嚴(yán)重降低。設(shè)備解體后果然發(fā)現(xiàn)泵的葉輪出現(xiàn)嚴(yán)重汽蝕現(xiàn)象（圖1）。葉輪材料為ZG200-400，泵殼材料為HT300。近幾年先后嘗試了環(huán)氧樹脂及其添加物修補(bǔ)和粉末火焰噴涂修復(fù)兩種修復(fù)方法。

1.環(huán)氧樹脂及其添加物修補(bǔ)法

首先對汽蝕部位表面進(jìn)行噴砂處理除銹、除垢或用砂輪打磨進(jìn)行表面除銹，直到金屬表面露出金屬光澤，根據(jù)汽蝕表面大小及深度，采用一定量的環(huán)氧樹脂按比例拌和填充物，對其表面涂抹，等環(huán)氧樹脂完全固化后(一般24 h)，用靠模和砂輪機(jī)進(jìn)行修整，達(dá)到原部位的設(shè)計尺寸要求，有條件時可上車床車削加工。工藝過程：初清洗→預(yù)加工→最后清洗及活化處理→配制修補(bǔ)劑→涂敷→固化→修整、清理或后加工。

（1）初清洗。零件表面絕對不能有油脂、水、銹跡、塵土等。應(yīng)先用汽油、柴油或煤油粗洗，最后用丙酮清洗。

（2）預(yù)加工。用細(xì)砂紙磨成一定溝槽網(wǎng)狀，露出基體本色。

（3）最后清洗及活化處理。用丙酮或?qū)ｉT清洗劑進(jìn)行。然后用噴砂、火焰或化學(xué)方法處理，提高表面活性。

（4）配制修補(bǔ)劑。環(huán)氧樹脂的填合物可以用二硫化鉬、氧化鋁料。修補(bǔ)劑在使用時要嚴(yán)格按規(guī)定的比例將本劑（A）和固化劑（B）充分混合，以顏色一致為好，并在規(guī)定的時間內(nèi)用完，隨用隨配。

圖1 修復(fù)前葉輪嚴(yán)重汽蝕（局部放大圖）

（5）涂敷。用修補(bǔ)劑在先在粘修表面上薄涂一層，反復(fù)刮擦使之與零件充分浸潤，然后均勻涂至規(guī)定尺寸，并留出加工余量。涂敷中盡可能朝一個方向移動，往復(fù)涂敷會將空氣包裹于膠內(nèi)形成氣泡或氣孔。

（6）固化。用涂有脫模劑在鋼板壓在工作上，一般室溫固化需24 h，加溫固化（約80 ℃）需2～3 h。

（7）修整、清理或后加工。環(huán)氧樹脂及其添加物修補(bǔ)修復(fù)后的葉輪（圖2）

采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行汽蝕修復(fù)后的軸流泵，經(jīng)過12 000臺時的運行，又出現(xiàn)了輸水流量減小、壓力降低，噪聲、振動等異常情況。再一次進(jìn)行解體大修，發(fā)現(xiàn)汽蝕非常嚴(yán)重，環(huán)氧樹脂涂層已經(jīng)脫離了金屬表面，葉輪室出現(xiàn)了深達(dá)10 mm(葉輪外殼最薄處只有30 mm厚)、寬度在100 mm的蜂窩狀圓周汽蝕帶，在葉片上出現(xiàn)了深度達(dá)12 mm的蜂窩狀汽蝕帶。由此可見環(huán)氧樹脂修復(fù)層極易脫落，壽命太短。

圖2 環(huán)氧樹脂及其添加物修補(bǔ)修復(fù)后的葉輪

2.粉末火焰噴涂修復(fù)法

（1）熱噴涂原理。所謂熱噴涂，就是利用一種熱源，如電弧、離子弧或燃燒的火焰等將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬噴涂材料加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，并用熱源自身的動力或外加高速氣流霧化，使噴涂材料的熔滴以一定的速度噴向經(jīng)過預(yù)處理干凈的基體表面，依靠噴涂材料的物理變化和化學(xué)反應(yīng)，與基體形成結(jié)合層的工藝方法。熱噴涂技術(shù)可以對材料表面性能（如耐磨損性、耐腐蝕性、耐高溫隔熱性等）進(jìn)行強(qiáng)化或再生，起到保護(hù)作用，并能對因磨損、腐蝕或加工超差引起的零件減小進(jìn)行修補(bǔ)恢復(fù)。

粉末火焰噴涂的噴涂材料是粉末，典型的粉末火焰噴涂裝置由氣瓶、燃?xì)狻⒀鯕狻怏w流量表、空氣控制器壓縮空氣及噴槍組成。粉末火焰噴涂原理見圖3。

圖3 粉末火焰噴涂原理

火焰噴涂具有很多優(yōu)點，它可以噴涂各種金屬、非金屬陶瓷及塑料、尼龍等材料，應(yīng)用非常廣泛靈活；噴涂使用的設(shè)備輕便簡單可移動，價格低于其他噴涂設(shè)備，經(jīng)濟(jì)性好，成型美觀平整，厚度易于控制，沖淡率小，方法簡便，熱源易得，加工不受氣候、場地的限制。

（2）粉末火焰噴涂修復(fù)工藝。因為灰鑄鐵和鑄鋼材料與噴涂層極易融合，涂層硬度高耐磨性好，適宜火焰噴涂修復(fù)。在對破壞區(qū)域噴涂修補(bǔ)前，首先對區(qū)域進(jìn)行清理打磨，除去污垢銹斑，這一道工序很重要。打磨過深，增加噴涂工作量和費用；打磨太淺，影響涂層質(zhì)量。操作過程是，首先對葉片和葉輪外殼汽蝕部位表面進(jìn)行噴砂處理或砂輪機(jī)打磨表面處理，使其金屬表面全部露出金屬灰白色光澤。然后，根據(jù)汽蝕的情況選定噴涂粉末材料，選用的是JZGR-136F黑色氧化鉻粉，距離汽蝕部位15～20 cm近距離分層均勻噴射，直到汽蝕部位和易發(fā)生汽蝕部位全面覆蓋。冷卻后用角磨機(jī)進(jìn)行修整，達(dá)到原部位的設(shè)計尺寸要求。葉輪室和葉片的尺寸精度和形狀精度要求很高，哪怕一點點的變化都能改變水的流態(tài)，降低輸水效率，因此裝配前要對修復(fù)部位進(jìn)行嚴(yán)格的檢查測量，確保修復(fù)質(zhì)量。經(jīng)過粉末火焰噴涂修復(fù)的軸流泵使用后運行正常，已經(jīng)安全無故障工作超過了30 000多臺時。

環(huán)氧樹脂及其添加物修補(bǔ)法操作簡單、價格低廉，但是脆性大、抗高頻沖擊性能差、抗剝離的強(qiáng)度低等，適宜用于小面積的、淺層次的汽蝕破壞；粉末火焰噴涂修復(fù)工藝修復(fù)效果好，對大型泵嚴(yán)重汽蝕破壞的葉輪和泵殼修復(fù)具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢。