黄河四型水泵降低磨蚀及修复处理措施

杨颖刚，李焕新，刘剑峰

(1.陕西省水利经济事业管理中心，陕西西安 710004;2.陕西省渭南市东雷二期抽黄工程管理局，陕西渭南 714000;3.陕西省渭南市东雷抽黄灌溉工程管理局，陕西合阳 715300)

黄河四型水泵降低磨蚀及修复处理措施

杨颖刚1，李焕新2，刘剑峰3

(1.陕西省水利经济事业管理中心，陕西西安 710004;2.陕西省渭南市东雷二期抽黄工程管理局，陕西渭南 714000;3.陕西省渭南市东雷抽黄灌溉工程管理局，陕西合阳 715300)

东雷抽黄南乌牛二级泵站在黄河高含沙水流运行条件下存在磨蚀严重问题，经过多年探索和研究，采用环氧树脂沙浆、补焊、合金粉末喷焊、填充胶密封等工艺，对水泵各个过流部位进行针对性的防磨蚀修复处理，黄河四型水泵得到良好的维护，长期实践证明，单台水泵已平均运行18 000 h，原水泵主要部件泵体、泵轴及叶轮得到了有效的保护，依旧保持良好的运行状态。

水泵;磨蚀;修复;措施

1 概述

南乌牛二级泵站是东雷抽黄灌溉工程管理局灌区下辖的一座大型二级电力提灌泵站，共安装试制黄河四号水泵四台，单机扬程103.63 m，单机出水量4.30 m3/s，配套电机型号 TD215－120－8，装机功率8 000 kw，转速750转/分钟。泵站水源为东雷抽黄一级站自黄河提水进入干渠，再由南乌牛二级站直接自干渠提水上塬。目前，整个工程无沉沙设施。黄河是一条高含沙河流，多年平均含沙量为17.3 kg/m3，最大含沙量为69 kg/m3，粗大颗粒比例达30%，且以多棱角、高硬度的石英和长石为主，对水泵造成严重的磨蚀，制约泵站效益的有效发挥。

黄河泥沙各种含量比例见表1。

表1 黄河泥沙各种矿物含量表 %

2 水泵磨蚀的情况及危害

由于南乌牛二级泵站水泵单级扬程较高，设备长期处于高硬度多泥沙水质下运行，对过流部件磨蚀损坏特别严重，造成水泵运行2 000 h后，出现以下问题:

1)叶轮进出口叶片及侧盖板磨损变薄，多处穿孔、叶片端部出现宽20－100 mm、深20－50 mm的 U型缺失;

2)叶轮口环和密封环厚度平均磨损10－15 mm，并存在多处穿孔、密封环重量由原来的226 kg降到140－160 kg，失重80－60 kg，基本处于断裂状态;

3)泵体上下壳体内鱼鳞坑遍布;

图1 运行680 h后的叶轮磨蚀情况

4)泵体上下中开面和泵体密封环基座，在高低压区之间冲刷出凹槽通路，严重时会出现泵体密封环基座与中开面相交处被整个磨蚀消失等现象，造成叶轮、密封环报废、水泵泵体穿孔、泵体中开面和密封环基座精度配合面失型等问题，大大降低了水泵出水效率，引发水泵故障，影响正常安全运行，增大了水机检修成本，导致抽水灌溉每1 000万方水需更换各类配件费用10万元至15万元，能源单耗高达5.5至5.8度每千吨米(国家规定为5.0以下)。

图2 运行680 h后的密封环磨蚀情况

3 水泵降低磨蚀及修复处理

经过技术人员总结多年的运行、检修经验和抗磨蚀实验成果，根据泵站水泵运行技术要求、现场运行检修环境和现有技术处理条件，以经济、简便、实用为出发点，针对黄河四型水泵各磨蚀部位特点和修复技术要求，总结出一套针对水泵不同部位采用不同修复工艺和预防处理措施修复方案，在实践中取得了良好效果。

3.1 环氧树脂沙浆法

1995年12月，东雷抽黄管理局与水利部天津水科院针对黄河高含沙水流条件下运行水泵过流部件采用“用非金属涂层修复技术”进行研究试验。1997年，组建了专业泵站抗磨喷涂站。该方法是以环氧树脂为主料，加固化剂、增韧剂和多种填充料(以金刚砂为主)组成，具有粘结力强、操作简单、抗汽蚀性能较好等特点。把配好的环氧树脂沙浆涂抹在被磨蚀部件上，复原部件原有几何尺寸，给部件表面覆盖上一层耐磨涂层;这一方法简单、方便、成本低、可以现场随时施工，能有效的防止水泵过流部件母体的进一步磨蚀缺形，保持水泵水力特性，延长水泵使用寿命。因其修复后的表面精度较差，该方式主要应用泵体内非配合部位如:泵体上下高压泵腔、叶轮轮毂和叶片过流部件等，精度要求不高的大面积基础表面缺失修复和保护。

图3 环氧树脂沙浆修复后的叶轮

3.2 补焊法

用钢板(如有条件采用材质较硬的工具钢或不锈钢更好)补焊水泵过渡部件因磨蚀造成的缺失部分，打磨除锈后，使用环氧树脂沙浆外涂加固整形处理。该方法主要应用于的泵体隔舌、叶轮进出口叶片或泵体基座等被严重磨蚀缺损部位，以使其恢复到原有尺寸和形状。

图4 环氧树脂沙浆修复后的泵体

3.3 合金粉末喷焊法

叶轮口环与密封环部位，其外形为圆环结构，且部件相互配合精度要求较高，运行中极易磨蚀冲刷。以前一直采用环氧树脂沙浆修复，因手工修复形状精度难以达到标准(圆环表面难以逐点准确定位打磨处理)，修复后的口环配合间隙严重超标(技术要求为1 mm，实际手工修复最好的能达到4 mm)，修复效果一直不理想。2007年，东雷抽黄管理局与甘肃兰州理工大学联合引进镍辂60合金粉末喷焊技术，它是用氧乙炔火焰将配制好的镍辂60合金粉末消融后，喷焊于叶片和叶轮口环表面，然后经车床进一步进行表面精度加工达到要求尺寸，镍辂60合金平均喷焊厚度约1 mm。2009年该站对两台机组叶轮的口环和叶片部位进行了合金粉末喷焊，现在已平均运行约8 000 h，没有再对叶轮口环部位进行维修，其合金涂层依然保留有70%，有效保护了叶轮母体，防止了深度磨蚀进一步发生。

3.4 填充胶密封法

南乌牛设备泵型较大，其泵体中开面和密封环基座面结合部位的高低压区之间容易串水冲刷，产生磨蚀，形成凹槽，导致高低区之间泄漏或水泵外泄;由于泵体无法拆除，即使现场采用补焊或环氧树脂沙浆修补方法维修，但无法进行车床精度加工，手工打磨精度又达不到实用要求，修复非常困难。反复试验后，目前采用每次装配前对水泵中开面和密封环基座采用大面积涂抹填充胶密封法，使用效果良好。采用填充胶密封法时一定要选取适用的填充胶，早期采用聚氨酯粘合剂作为填充胶，其固化后粘合性能且韧性非常好，但在检修时，因粘合性太强，造成上泵盖难以打开，且清除表面残留粘合剂很困难。采用粘合性和韧性较差的填充胶又难以在配合面之间形成有效保护。经过多次实践，现在采用中性硅酮耐候密封胶做填充胶密封，密封效果良好，检修方便。

4 结语

高泥沙河流下水泵的抗磨蚀工作一直是水利系统的一个难题，如何经济、简便、有效的降低、修复水泵磨蚀是水利工作技术人员一直奋斗的目标。水泵作为一个多部件的组合体，其不同部位有着不同的工况运行技术要求和磨蚀状况，针对不同部位采用难度相应和经济成本的抗磨蚀修复，可在控制技术要求、施工工艺、经济成本下，简洁有效的维护水泵运行。

采用针对水泵不同部位相应的处理防磨蚀修复措施后，黄河四型水泵得到了良好的维护。30年来，单台水泵已平均运行18 000 h，没有更换过报废泵体、泵轴和叶轮，到现在依然保持着良好性能，单机流量保证在4.0～4.4 m3/s，能源单耗控制在4.8～5.0之内，降低了运行成本，减少了水机事故发生，泵站设备完好率提高到95%。每生产1 000万方水其检修费用降为5万元至6万元，全年度节约检修费用30万元至54万元，有效的降低了管理成本，使泵站始终保持着安全、经济、高效的运行状态。

TV734

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1004－1184(2013)05－0159－02

2013-06-09

杨颖刚(1964-)，男，陕西澄城人，工程师，主要从事水利工程、水利经济管理工作。