高分子刷涂陶瓷在水泵节能增效中的研究

马琨岩　徐鹏磊　张宁　石福翔　赵蕾　田延凯

摘 要：介绍了水泵节能增效的意义及使用高分子涂料节能增效的实用性。高分子刷图陶瓷的机械性能和使用该高分子涂料的涂装工艺。高分子刷图陶瓷在水泵节能增效的原理，并进行水泵涂覆前后比对试验，分析试验结果简要说明应用高分子刷图陶瓷节能的效果。最后说明使用该高分子材料后对水泵性能及水泵寿命的影响和最终带来的社会效益。

关键词：高分子涂料 水泵节能 增效

中图分类号：TH38 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0091-02

泵是一种通用机械，它应用于国民经济建设的各个领域，如：化工、石油、矿山、冶金、电力、国防、农田的灌溉与排涝、城市供水和排水等。长期以来统计国内外水泵数据，国产泵的泵效率比国外先进的水泵低5%～10%，尤其是当水泵长期运行运行一年以上时，由于冲蚀、气蚀、腐蚀的原因导致叶轮、涡壳等过流部分损坏，使得水泵效率大大下降。所以，如果提高并保持水泵的效率，降低能耗，对整个社会具有深远的效益。

泵的效率是反映泵本身节能效果的重要指标，只有减少泵的能量损失主要包括容积损失、水利损失、机械损失。泵的本身效率才能提高。从以上可知，泵的节能降耗工作可以从多方面抓起，如提高泵的制造精度；合理选型；减少设计时的裕量；采用可调速电机；合理配置管路系统等一系列措施。

对于大多数的工矿企业来说，尽管有很多方法，但是工艺流程设备生产现况均已定型，对已有设备进行重新开发设计制造或更新换代改造，将会带来一笔很大的资金投入，如何在现有泵的基础之上，以较小的资金投入、较短的待机时间，以较安全的施工方式对现有的泵进行改造，提高泵效，节能降耗，以达到泵的寿命周期内使用的最经济性是一条捷径。

高分子刷涂陶瓷可以很好地解决这个问题。

1 采用高分子刷涂陶瓷提高效率

节能原理：在水泵工作过程中，泵的能量损失主要是泵内流动的水受本身粘度及其与流道和泵叶轮表面的摩擦。泵所消耗的能量主要用于抵抗水表面的流动摩擦力及涡流阻力。水在流动过程中所消耗的能量（水头损失）就是用来克服内摩擦力和水与设备界面的摩擦力。如果泵、叶轮表面光滑（这种表面称为水力光滑表面）表面阻力较小，消耗能量就小。在水泵过流面和叶轮上喷涂高分子刷涂陶瓷，使其表面形成光滑表面，这种极光滑的表面减少了泵内流体的分层，从而减少泵内部紊流，降低了泵内的容积损失和水力损失，降低了电耗，达到降低水流阻力损失的目的，从而提高水泵的水力效率，同时在一定程度上也可提高机械效率和容积效率。（以下为高分子刷涂材料与其他不同材料表面粗糙度的对比数据。高分子刷涂材料表面：Ra=0.078μm、改性聚乙烯：Ra=0.54μm、玻璃钢表面：Ra=2.15μm、碳钢管表面：Ra=16.07μm。从对比数据可以看出高分子刷涂材料的表面粗糙度要比其他材料小一个或几个数量级。）

2 高分子刷涂陶瓷的机械性能

高分子刷涂陶瓷具有优良的机械性能，高分子复合材料本质是高分子聚合物，具有抗化学腐蚀性，可以提高泵的抗腐蚀性，能大大增强泵抵抗冲蚀和腐蚀的能力，其结构致密，能隔绝空气、水等介质和水泵叶轮母材的接触，最大程度减少电化学腐蚀及锈蚀。其优良的机械性能可以保证涂层在水泵叶轮在高速旋转的过程中不会破损脱落。（使用30 MPa高压水进行的冲刷试验，3 min后涂层无变化。）

进行25℃固化72 h试验，最高工作温度达到93℃，抗压强度达到870 kg/cm2，抗冲击强度到达56 J/m，抗拉强度达到175 kg/cm2，硬度达到85（肖氏D级）。试验使用的介质是冷换设备用循环水，水温32℃，水压0.35～0.45 MPa。

3 高分子刷涂陶瓷涂装工艺

高分子刷涂陶瓷施工工艺简单，可手工涂装，也可以机械喷涂，有利于对现有设备进行改造，便于在厂矿企业生产环境中使用。施工中要严格按照涂装工艺执行。涂装前首先对设备表面进行喷砂处理，使其表面粗糙度达到75μm，然后使用丙酮等溶液清洗设备表面，对存在的空洞、微孔等缺陷使用应强超级金属修补剂进行修补，修补完毕后进行高分子刷涂陶瓷的涂装。涂装分两次进行，然后经过一定时间的固化就可投入使用了。

固化完毕后涂层厚度最少可以达到0.5 mm。

4 高分子刷涂陶瓷在水泵节能增效中应用的试验

为验证该材料在水泵效率提高方面的实际作用，笔者所在中心选取3种不同的新泵（井用潜水泵、多级离心泵、双吸中开泵）对该材料进行刷涂前后比对试验。

（1） 井用潜水泵：中心选用泵型为250QJ100-36-15，额定流量为100 m3/h，额定扬程为36 m，额定效率为75%，出口管径为DN100。

在其他试验条件均无变化的情况下：

喷涂前额定流量点的效率为70.57%，泵输入功率为14.80 kW。

喷涂后额定流量点的效率为72.29%，泵输入功率为14.61 kW。

喷涂后额定流量点效率提高1.72%，额定流量点轴功率减少1.36%。

（2）多级离心泵：中心选用泵型为D46-50×5，额定流量为46 m3/h，额定扬程为250 m，额定效率为62.26%，进管径为DN80，出口管径为DN80。

在其他试验条件均无变化的情况下：

喷涂前额定流量点的效率为63.85%，泵输入功率为49.64 kW。

喷涂后额定流量点的效率为66.07%，泵输入功率为47.25 kW。

喷涂后额定流量点效率提高2.22%，额定流量点轴功率减少4.83%。

（3）双吸中开泵：中心选用泵型为8SH-13，额定流量为288 m3/h，额定扬程为41.3 m，额定效率为81.76%，进口管径为DN200，出口管径为DN125。

在其他试验条件均无变化的情况下：

喷涂前额定流量点的效率为81.45%，泵输入功率为37.73 kW。

喷涂后额定流量点的效率为85.46%，泵输入功率为36.46 kW。

喷涂后额定流量点效率提高4.01%，额定流量点轴功率减少3.37%。

由以上3个比对试验可以得出，高分子刷涂陶瓷对水泵的效率提升效果十分显著，在很大程度上减少了水泵的消耗功率。该材料对不同种类，不同口径的泵提升效果也有所不同，流道越宽、口径越大提升效果越明显。

据统计2014年全国发电量达到54 638亿kW，其中泵行业用电约占17%～21%，泵效率每提升一个百分点，所节省的电量是十分巨大的。在全民建设节能型社会的今天，提高大型循环水泵效率对于石化企业降低厂用电，节约成本既有很大的经济效益又有巨大的社会意义。

因此这些长期运行的水泵需要及时进行节能改造。

5 结语

水泵的节能降耗，应在理论与实践相结合的条件下不断探索，大胆引用新技术，寻找更合理、经济的节能措施。高分子刷涂陶瓷通过提高泵叶轮流道及泵壳的表面光洁度，相应减少流体阻力而提高水泵的效率，节电效果明显。由于高分子刷涂陶瓷有良好的耐腐蚀性，防止泵叶轮及泵壳的腐蚀，保护水泵机体，防止局部冲蚀，并且具有抗气蚀作用，可显著延长水泵使用寿命。

参考文献

[1] 陆爱良.高分子超滑涂层在水泵节能降耗中的应用[J].中国新技术新产品，2013（18）：9-10.

[2] 沈振安.高分子聚合材料在水泵上的应用[J].矿冶，2007，16（4）：51-53.