楊穎剛，李煥新，劉劍峰

(1.陜西省水利經(jīng)濟(jì)事業(yè)管理中心，陜西西安 710004;2.陜西省渭南市東雷二期抽黃工程管理局，陜西渭南 714000;3.陜西省渭南市東雷抽黃灌溉工程管理局，陜西合陽(yáng) 715300)

黃河四型水泵降低磨蝕及修復(fù)處理措施

楊穎剛1，李煥新2，劉劍峰3

(1.陜西省水利經(jīng)濟(jì)事業(yè)管理中心，陜西西安 710004;2.陜西省渭南市東雷二期抽黃工程管理局，陜西渭南 714000;3.陜西省渭南市東雷抽黃灌溉工程管理局，陜西合陽(yáng) 715300)

東雷抽黃南烏牛二級(jí)泵站在黃河高含沙水流運(yùn)行條件下存在磨蝕嚴(yán)重問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多年探索和研究，采用環(huán)氧樹(shù)脂沙漿、補(bǔ)焊、合金粉末噴焊、填充膠密封等工藝，對(duì)水泵各個(gè)過(guò)流部位進(jìn)行針對(duì)性的防磨蝕修復(fù)處理，黃河四型水泵得到良好的維護(hù)，長(zhǎng)期實(shí)踐證明，單臺(tái)水泵已平均運(yùn)行18 000 h，原水泵主要部件泵體、泵軸及葉輪得到了有效的保護(hù)，依舊保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。

水泵;磨蝕;修復(fù);措施

1 概述

南烏牛二級(jí)泵站是東雷抽黃灌溉工程管理局灌區(qū)下轄的一座大型二級(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4.30 m3/s，配套電機(jī)型號(hào) TD215－120－8，裝機(jī)功率8 000 kw，轉(zhuǎn)速750轉(zhuǎn)/分鐘。泵站水源為東雷抽黃一級(jí)站自黃河提水進(jìn)入干渠，再由南烏牛二級(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。黃河是一條高含沙河流，多年平均含沙量為17.3 kg/m3，最大含沙量為69 kg/m3，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。

黃河泥沙各種含量比例見(jiàn)表1。

表1 黃河泥沙各種礦物含量表 %

2 水泵磨蝕的情況及危害

由于南烏牛二級(jí)泵站水泵單級(jí)揚(yáng)程較高，設(shè)備長(zhǎng)期處于高硬度多泥沙水質(zhì)下運(yùn)行，對(duì)過(guò)流部件磨蝕損壞特別嚴(yán)重，造成水泵運(yùn)行2 000 h后，出現(xiàn)以下問(wèn)題:

1)葉輪進(jìn)出口葉片及側(cè)蓋板磨損變薄，多處穿孔、葉片端部出現(xiàn)寬20－100 mm、深20－50 mm的 U型缺失;

2)葉輪口環(huán)和密封環(huán)厚度平均磨損10－15 mm，并存在多處穿孔、密封環(huán)重量由原來(lái)的226 kg降到140－160 kg，失重80－60 kg，基本處于斷裂狀態(tài);

3)泵體上下殼體內(nèi)魚(yú)鱗坑遍布;

圖1 運(yùn)行680 h后的葉輪磨蝕情況

4)泵體上下中開(kāi)面和泵體密封環(huán)基座，在高低壓區(qū)之間沖刷出凹槽通路，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)泵體密封環(huán)基座與中開(kāi)面相交處被整個(gè)磨蝕消失等現(xiàn)象，造成葉輪、密封環(huán)報(bào)廢、水泵泵體穿孔、泵體中開(kāi)面和密封環(huán)基座精度配合面失型等問(wèn)題，大大降低了水泵出水效率，引發(fā)水泵故障，影響正常安全運(yùn)行，增大了水機(jī)檢修成本，導(dǎo)致抽水灌溉每1 000萬(wàn)方水需更換各類配件費(fèi)用10萬(wàn)元至15萬(wàn)元，能源單耗高達(dá)5.5至5.8度每千噸米(國(guó)家規(guī)定為5.0以下)。

圖2 運(yùn)行680 h后的密封環(huán)磨蝕情況

3 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)黃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。

3.1 環(huán)氧樹(shù)脂沙漿法

1995年12月，東雷抽黃管理局與水利部天津水科院針對(duì)黃河高含沙水流條件下運(yùn)行水泵過(guò)流部件采用“用非金屬涂層修復(fù)技術(shù)”進(jìn)行研究試驗(yàn)。1997年，組建了專業(yè)泵站抗磨噴涂站。該方法是以環(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)。

圖3 環(huán)氧樹(shù)脂沙漿修復(fù)后的葉輪

3.2 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。

圖4 環(huán)氧樹(shù)脂沙漿修復(fù)后的泵體

3.3 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1 mm。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8 000 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。

3.4 填充膠密封法

南烏牛設(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。

4 結(jié)語(yǔ)

高泥沙河流下水泵的抗磨蝕工作一直是水利系統(tǒng)的一個(gè)難題，如何經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、有效的降低、修復(fù)水泵磨蝕是水利工作技術(shù)人員一直奮斗的目標(biāo)。水泵作為一個(gè)多部件的組合體，其不同部位有著不同的工況運(yùn)行技術(shù)要求和磨蝕狀況，針對(duì)不同部位采用難度相應(yīng)和經(jīng)濟(jì)成本的抗磨蝕修復(fù)，可在控制技術(shù)要求、施工工藝、經(jīng)濟(jì)成本下，簡(jiǎn)潔有效的維護(hù)水泵運(yùn)行。

采用針對(duì)水泵不同部位相應(yīng)的處理防磨蝕修復(fù)措施后，黃河四型水泵得到了良好的維護(hù)。30年來(lái)，單臺(tái)水泵已平均運(yùn)行18 000 h，沒(méi)有更換過(guò)報(bào)廢泵體、泵軸和葉輪，到現(xiàn)在依然保持著良好性能，單機(jī)流量保證在4.0～4.4 m3/s，能源單耗控制在4.8～5.0之內(nèi)，降低了運(yùn)行成本，減少了水機(jī)事故發(fā)生，泵站設(shè)備完好率提高到95%。每生產(chǎn)1 000萬(wàn)方水其檢修費(fèi)用降為5萬(wàn)元至6萬(wàn)元，全年度節(jié)約檢修費(fèi)用30萬(wàn)元至54萬(wàn)元，有效的降低了管理成本，使泵站始終保持著安全、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)行狀態(tài)。

TV734

B

1004－1184(2013)05－0159－02

2013-06-09

楊穎剛(1964-)，男，陜西澄城人，工程師，主要從事水利工程、水利經(jīng)濟(jì)管理工作。