水泵磨蝕修補(bǔ)技術(shù)綜合評(píng)價(jià)分析

呂佳奇

【摘 要】據(jù)估計(jì)，在已經(jīng)運(yùn)行的大中型泵站中，水泵葉片經(jīng)常會(huì)遭受不同程度的泥沙損害，每年因水泵過(guò)流部件磨損破壞而停運(yùn)或檢修引起的電能損失巨大，嚴(yán)重影響水電廠的發(fā)電量及經(jīng)濟(jì)效益。因此，相關(guān)研究學(xué)者不斷針對(duì)水泵磨蝕問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)行了研究與分析，對(duì)于此情況，本作者將會(huì)結(jié)合某實(shí)例針對(duì)水泵磨蝕修補(bǔ)技術(shù)綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行相關(guān)闡述，以供相關(guān)人員參考。

【關(guān)鍵詞】水泵；磨蝕；修補(bǔ)技術(shù)

引言

泵站磨蝕情況下的磨蝕修補(bǔ)技術(shù)的優(yōu)劣工藝，對(duì)今后泵站在水泵磨蝕修補(bǔ)過(guò)程中起到了很好的指導(dǎo)意義。修補(bǔ)技術(shù)的合理應(yīng)用可以有效的提高水泵的使用壽命，減少因檢修及設(shè)備更新消耗的大量費(fèi)用，極大的減少了泵站的經(jīng)濟(jì)損失，能夠取得重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此針對(duì)水泵磨蝕修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)探討，對(duì)于推動(dòng)電力事業(yè)發(fā)展有著積極的意義。

一、磨蝕機(jī)理

水泵磨蝕是指在汽蝕與泥沙磨損聯(lián)合作用下對(duì)水泵過(guò)流部件的破壞作用。汽蝕破壞是針對(duì)清水而言的，泥沙磨損則是針對(duì)水中泥沙的破壞。實(shí)際水流中總會(huì)存在一定量的泥沙，特別是電站開(kāi)式冷卻水泵，因此水泵中常常同時(shí)存在著汽蝕和泥沙磨蝕的聯(lián)合作用。

1.材料的磨蝕失重率是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而增加的。當(dāng)達(dá)到一定時(shí)間后，材料的失重量會(huì)急劇的增加。

2.材料的磨蝕失重率隨著水流中含沙量的加大而增加。

3.材料的磨蝕失重率隨著水流流速增長(zhǎng)而增加；當(dāng)流速增長(zhǎng)到臨界流速后失重率會(huì)急劇的增加。

4.磨蝕破壞是大量空泡潰滅產(chǎn)生微射流反復(fù)沖擊試件表面，在試件表面發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生真空，然后，微射流的沖擊所誘導(dǎo)的剪應(yīng)力（平行于材料表面）和由此產(chǎn)生的應(yīng)變回復(fù)而導(dǎo)致的殘余拉應(yīng)力以及空泡潰滅后的回彈所產(chǎn)生的負(fù)壓對(duì)材料表面的拉應(yīng)力共同作用，使金屬亞表層微裂紋縱向發(fā)展和水平裂紋擴(kuò)展相連通，形成材料的剝落，繼而產(chǎn)生磨蝕凹坑。

5.材料的耐磨蝕能力與材料表面和內(nèi)部質(zhì)量息息相關(guān)，提高材料表面的光潔度，減少鋼中夾雜和鑄造缺陷以及細(xì)化晶粒可以減緩磨蝕破壞的速度。

二、水泵磨蝕的危害

泵站過(guò)流部件受泥沙磨損或汽蝕與泥沙磨損共同作用侵蝕后，部件形狀發(fā)生改變，對(duì)水流流態(tài)產(chǎn)生一定影響，同時(shí)高低壓區(qū)竄水，容積損失加大，水泵出流量減少，裝置效率下降，對(duì)泵站安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重不利影響：首先是嚴(yán)重影響了水泵的容積效率。主要是磨蝕后間隙增大，高壓側(cè)水流向低壓室泄漏，泵體隔舌縮短后使泵內(nèi)部分水流始終在泵體內(nèi)作環(huán)向運(yùn)動(dòng)，而甩不到出水口，致使水泵效率降低；其二是水泵磨蝕后出現(xiàn)的蜂窩、麻面、溝槽，使水流阻力系數(shù)增大，同時(shí)引起水泵的振動(dòng)和噪聲；其三是由于磨蝕嚴(yán)重縮短了水泵使用壽命，增加了設(shè)備維修和更新的費(fèi)用；其四是葉輪磨損后，出水量明顯減少，對(duì)能源單耗影響更大。

三、結(jié)合某實(shí)例分析水泵磨蝕修補(bǔ)技術(shù)

1.某泵站情況概述。

某泵站是一座大型二級(jí)電力提灌泵站，共安裝試制黃河四號(hào)水泵四臺(tái)，單機(jī)揚(yáng)程103.63 m，單機(jī)出水量4.30m?/s，配套電機(jī)型號(hào)TD215-120-8，裝機(jī)功率8000 kw，轉(zhuǎn)速750轉(zhuǎn)/分鐘。泵站水源為一級(jí)站自某河提水進(jìn)入干渠，再由二級(jí)站直接自干渠提水上塬。目前，整個(gè)工程無(wú)沉沙設(shè)施。某河是一條高含沙河流，多年平均含沙量為17.3kg/m?，最大含沙量為69 kg/m?，粗大顆粒比例達(dá)30%，且以多棱角、高硬度的石英和長(zhǎng)石為主，對(duì)水泵造成嚴(yán)重的磨蝕，制約泵站效益的有效發(fā)揮。某河泥沙各種含量比例見(jiàn)表1。

2.水泵降低磨蝕及修復(fù)處理。

經(jīng)過(guò)技術(shù)人員總結(jié)多年的運(yùn)行、檢修經(jīng)驗(yàn)和抗磨蝕實(shí)驗(yàn)成果，根據(jù)泵站水泵運(yùn)行技術(shù)要求、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢修環(huán)境和現(xiàn)有技術(shù)處理?xiàng)l件，以經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、實(shí)用為出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)某河四型水泵各磨蝕部位特點(diǎn)和修復(fù)技術(shù)要求，總結(jié)出一套針對(duì)水泵不同部位采用不同修復(fù)工藝和預(yù)防處理措施修復(fù)方案，在實(shí)踐中取得了良好效果。

（1）環(huán)氧樹(shù)脂沙漿法

以環(huán)氧樹(shù)脂為主料，加固化劑、增韌劑和多種填充料（以金剛砂為主）組成，具有粘結(jié)力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、抗汽蝕性能較好等特點(diǎn)。把配好的環(huán)氧樹(shù)脂沙漿涂抹在被磨蝕部件上，復(fù)原部件原有幾何尺寸，給部件表面覆蓋上一層耐磨涂層；這一方法簡(jiǎn)單、方便、成本低、可以現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)施工，能有效的防止水泵過(guò)流部件母體的進(jìn)一步磨蝕缺形，保持水泵水力特性，延長(zhǎng)水泵使用壽命。因其修復(fù)后的表面精度較差，該方式主要應(yīng)用泵體內(nèi)非配合部位如：泵體上下高壓泵腔、葉輪輪轂和葉片過(guò)流部件等，精度要求不高的大面積基礎(chǔ)表面缺失修復(fù)和保護(hù)。

（2）補(bǔ)焊法

用鋼板（如有條件采用材質(zhì)較硬的工具鋼或不銹鋼更好）補(bǔ)焊水泵過(guò)渡部件因磨蝕造成的缺失部分，打磨除銹后，使用環(huán)氧樹(shù)脂沙漿外涂加固整形處理。該方法主要應(yīng)用于的泵體隔舌、葉輪進(jìn)出口葉片或泵體基座等被嚴(yán)重磨蝕缺損部位，以使其恢復(fù)到原有尺寸和形狀。

（3）合金粉末噴焊法

葉輪口環(huán)與密封環(huán)部位，其外形為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，且部件相互配合精度要求較高，運(yùn)行中極易磨蝕沖刷。以前一直采用環(huán)氧樹(shù)脂沙漿修復(fù)，因手工修復(fù)形狀精度難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)（圓環(huán)表面難以逐點(diǎn)準(zhǔn)確定位打磨處理），修復(fù)后的口環(huán)配合間隙嚴(yán)重超標(biāo)（技術(shù)要求為1 mm，實(shí)際手工修復(fù)最好的能達(dá)到4 mm），修復(fù)效果一直不理想。2007年，東雷抽黃管理局與甘肅蘭州理工大學(xué)聯(lián)合引進(jìn)鎳輅60合金粉末噴焊技術(shù)，它是用氧乙炔火焰將配制好的鎳輅60合金粉末消融后，噴焊于葉片和葉輪口環(huán)表面，然后經(jīng)車(chē)床進(jìn)一步進(jìn)行表面精度加工達(dá)到要求尺寸，鎳輅60合金平均噴焊厚度約1mm。2009年該站對(duì)兩臺(tái)機(jī)組葉輪的口環(huán)和葉片部位進(jìn)行了合金粉末噴焊，現(xiàn)在已平均運(yùn)行約8000 h，沒(méi)有再對(duì)葉輪口環(huán)部位進(jìn)行維修，其合金涂層依然保留有70%，有效保護(hù)了葉輪母體，防止了深度磨蝕進(jìn)一步發(fā)生。

（4）填充膠密封法

某泵站設(shè)備泵型較大，其泵體中開(kāi)面和密封環(huán)基座面結(jié)合部位的高低壓區(qū)之間容易串水沖刷，產(chǎn)生磨蝕，形成凹槽，導(dǎo)致高低區(qū)之間泄漏或水泵外泄；由于泵體無(wú)法拆除，即使現(xiàn)場(chǎng)采用補(bǔ)焊或環(huán)氧樹(shù)脂沙漿修補(bǔ)方法維修，但無(wú)法進(jìn)行車(chē)床精度加工，手工打磨精度又達(dá)不到實(shí)用要求，修復(fù)非常困難。反復(fù)試驗(yàn)后，目前采用每次裝配前對(duì)水泵中開(kāi)面和密封環(huán)基座采用大面積涂抹填充膠密封法，使用效果良好。采用填充膠密封法時(shí)一定要選取適用的填充膠，早期采用聚氨酯粘合劑作為填充膠，其固化后粘合性能且韌性非常好，但在檢修時(shí)，因粘合性太強(qiáng)，造成上泵蓋難以打開(kāi)，且清除表面殘留粘合劑很困難。采用粘合性和韌性較差的填充膠又難以在配合面之間形成有效保護(hù)。經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐，現(xiàn)在采用中性硅酮耐候密封膠做填充膠密封，密封效果良好，檢修方便。

四、結(jié)語(yǔ)

上文已經(jīng)針對(duì)水泵磨蝕修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，由于能力與經(jīng)驗(yàn)的限制，本文可能對(duì)水泵磨蝕修補(bǔ)技術(shù)論述不是很全面，沒(méi)有面面俱到，在論述中也許會(huì)出現(xiàn)一些這樣或那樣的問(wèn)題，或呈現(xiàn)出一些不成熟的思想，這都需要廣大同行多多批評(píng)與指正，進(jìn)而不斷分析、探究以及總結(jié)，使水泵磨蝕修補(bǔ)技術(shù)得到優(yōu)化，從而加快我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展速度。

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