高效耐磨雙吸泵的優化設計

董虎 景瑞 滿敬江

摘要：黃河水提灌泵站運行過程當中含有泥沙，加劇設備零件的磨損，從而導致機組水泵長期在低效區運行，嚴重影響泵站的正常運行。本文提出高效節能型雙吸泵主要從泵結構、過流部件材質、噴涂工藝等做了改進優化設計，在產品的效率、耐磨性方面進一步提高，對農業節能減排、水利工程建設取得較好的應用效果。

關鍵詞：黃河提灌;雙吸泵;高效率;抗磨損;

一、存在的問題

西北地區干旱少雨，為解決用水難題，沿黃河流域建有很多提灌泵站，黃河水質中含有泥沙，加劇設備零件的磨損，從而導致機組水泵長期在低效區運行，嚴重影響泵站的正常運行。針對我國大型泵站存在的問題，本文提出高效節能型雙吸泵的研究與開發。同過消化吸收了國外先進泵技術和設計理念，創新開發了大型黃河提灌泵，使傳統雙吸泵的效率、耐磨性得到了進一步提高。

二、技術改進

1、研制適合輸送黃河泥沙水的泵過流部件材料

（1）泵殼：采用耐磨球墨鑄鐵QT500-7;球墨鑄鐵的耐磨性比泵殼常用的灰鑄鐵好，布氏硬度HB170～230，通過增加基體組織中珠光體含量，可以進一步提高其耐磨性，使得更加耐磨。

（2）葉輪：通過調研及分析，選擇出三種材料，一是采用Q235A碳素結構鋼，適用鋼板熱壓、焊接成型工藝;二是采用DIN1.4460雙相不銹鋼，適用鑄造成型工藝;三是采用ZG06Cr13Ni4Mo馬氏體不銹鋼，也是用于鑄造成型工藝。

a、葉輪通過熱壓工藝，用模具壓制雙吸泵前蓋板和葉片，然后采用Q235焊接成型。由于鋼板為軋材，金屬組織致密、韌性好，抗磨蝕能力優于鑄鐵和普通鑄鋼，且易于切削加工，表面光潔度好，可以降低葉片的摩擦水力損失。

b、DIN1.4460為歐洲標準的高合金型雙相不銹鋼，該材料性能優良，具有良好的強度和硬度，因而具有優良的抗沖蝕磨損性能，并且鑄造性、可切削加工性良好。

c、ZG06Cr13Ni4Mo屬于低碳馬氏體不銹鋼，主要用于制作抗汽蝕性能要求高以及大型泵（水輪機）的葉輪，該材料具有良好的強度和硬度，因而具有優良的抗沖蝕磨損性能。

（3）泵體密封環：泵體密封環選用以下三種材料。一是Q235A鍛件，內表面通過涂層提高耐磨性;二是30Cr13馬氏體不銹鋼鍛件，調質處理;三是DIN1.4462雙相不銹鋼。可根據耐磨性和經濟性提供更多的選擇。

a、Q235A材料泵體密封環，在其內表面熱噴焊Ni-60合金粉末，內表面硬度可達到HRC58，也可采用超音速噴涂碳化鎢合金粉末，內表面硬度可達到HV1000以上，耐磨、耐蝕性大幅提高，使用壽命提高幾倍以上。

b、30Cr13馬氏體不銹鋼，通過調質處理后，硬度HB241～302，具有很高的強度和硬度，因而耐磨性良好。

c、DIN1.4462為歐洲標準中合金雙相不銹鋼，具有良好的強度和硬度，其硬度值達到HB290，因而具有優良的抗沖蝕磨損性能。

（4）軸套：采用30Cr13馬氏體不銹鋼，調質處理后，外圓表面淬火處理，硬度達到HRC46～52，具有良好的耐磨性，使用壽命長。

2、泵抗磨損設計方法及噴涂工藝

（1）設計方法：

a、參考兩相流的設計理論，泵采用較低的設計轉速，葉輪外徑的圓周速度u2控制在40m/s以內，以降低泥沙水對泵殼出水流道的沖刷影響，同時由于葉片流面相對速度降低，降低了葉輪流道的磨損。

b、采用雙吸或者雙進口，減小葉輪口環直徑，改善口環處的磨損。口環等間隙結構，采用防護抗磨措施，密封間隙長度適當增長。

c、泵體密封環外圓設置兩道O形圈，避免泵殼高低壓腔之間串水導致的磨損。

d、葉輪采用葉片交替加載與V形交錯形式，減小葉輪出口部分與渦殼側面的磨損。雙吸葉輪兩邊葉片相互交錯布置并傾斜，降低了水泵運行時的壓力脈動，流量和壓力穩定，并有效避免了出口回流，減少了能量損失，提高效率。

e、葉輪和泵殼還采取被動抗磨設計，相對于常規雙吸泵，泵殼壁厚進行加厚，葉輪的蓋板和葉片相應加厚。

（2）噴涂工藝

聚氨脂橡膠涂層具有優異的耐磨性，不僅可以對泵殼內流道表面提供抗磨蝕保護，延長了泵殼使用壽命，而且還提高了過流表面的光潔度，提高了泵效率。其噴涂具體工藝如下：

①、噴砂、打磨。首先對泵殼內流道表面進行噴砂處理，噴砂使用石英砂。噴砂后使泵殼金屬表面粗糙、干凈活化，有利于涂層的粘結強度的提高。

②、涂抹涂層。泵殼噴砂后，在開始涂抹前，必須使其表面加熱，一般采用一邊用火焰加熱，一邊涂抹涂層，以提高涂層與泵殼基體的結合強度。涂層作業時，需要控制環境溫度，必須要求在10°C以上。

③、涂層固化。初步固化以不影響其后續施工及運輸為標準，時間控制在2～6天。冬天溫度較低就要營造人工環境，加溫使其環境溫度達到（20～45）°C，時間控制為3～6天。

④、涂層厚度維持3mm左右為宜。

⑤、涂層修整。待涂層完全固化后，對其涂層進行修整，對其掛淚部分做平整拋光處理。

三、總結

通過技術改進，水泵的抗磨蝕性能大幅度提高，有效地延長水泵使用壽命和大修周期，為黃河提灌泵站提供了優質產品，提高了泵站安全運行可靠性。同時也減少維修工作量、節省維修費用和減少管理運行人員等所帶來的管理效益。對于黃河流域這種大流量、高揚程提灌泵站，電費是泵站的最大運行成本，高效率水泵的節能效果，可顯著降低泵站運行成本。該技術創新提高了我國黃河提灌雙吸泵技術水平，帶動了行業的進步。

參考文獻

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