高效耐磨双吸泵的优化设计

董虎 景瑞 满敬江

摘要：黄河水提灌泵站运行过程当中含有泥沙，加剧设备零件的磨损，从而导致机组水泵长期在低效区运行，严重影响泵站的正常运行。本文提出高效节能型双吸泵主要从泵结构、过流部件材质、喷涂工艺等做了改进优化设计，在产品的效率、耐磨性方面进一步提高，对农业节能减排、水利工程建设取得较好的应用效果。

关键词：黄河提灌;双吸泵;高效率;抗磨损;

一、存在的问题

西北地区干旱少雨，为解决用水难题，沿黄河流域建有很多提灌泵站，黄河水质中含有泥沙，加剧设备零件的磨损，从而导致机组水泵长期在低效区运行，严重影响泵站的正常运行。针对我国大型泵站存在的问题，本文提出高效节能型双吸泵的研究与开发。同过消化吸收了国外先进泵技术和设计理念，创新开发了大型黄河提灌泵，使传统双吸泵的效率、耐磨性得到了进一步提高。

二、技术改进

1、研制适合输送黄河泥沙水的泵过流部件材料

（1）泵壳：采用耐磨球墨铸铁QT500-7;球墨铸铁的耐磨性比泵壳常用的灰铸铁好，布氏硬度HB170～230，通过增加基体组织中珠光体含量，可以进一步提高其耐磨性，使得更加耐磨。

（2）叶轮：通过调研及分析，选择出三种材料，一是采用Q235A碳素结构钢，适用钢板热压、焊接成型工艺;二是采用DIN1.4460双相不锈钢，适用铸造成型工艺;三是采用ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢，也是用于铸造成型工艺。

a、叶轮通过热压工艺，用模具压制双吸泵前盖板和叶片，然后采用Q235焊接成型。由于钢板为轧材，金属组织致密、韧性好，抗磨蚀能力优于铸铁和普通铸钢，且易于切削加工，表面光洁度好，可以降低叶片的摩擦水力损失。

b、DIN1.4460为欧洲标准的高合金型双相不锈钢，该材料性能优良，具有良好的强度和硬度，因而具有优良的抗冲蚀磨损性能，并且铸造性、可切削加工性良好。

c、ZG06Cr13Ni4Mo属于低碳马氏体不锈钢，主要用于制作抗汽蚀性能要求高以及大型泵（水轮机）的叶轮，该材料具有良好的强度和硬度，因而具有优良的抗冲蚀磨损性能。

（3）泵体密封环：泵体密封环选用以下三种材料。一是Q235A锻件，内表面通过涂层提高耐磨性;二是30Cr13马氏体不锈钢锻件，调质处理;三是DIN1.4462双相不锈钢。可根据耐磨性和经济性提供更多的选择。

a、Q235A材料泵体密封环，在其内表面热喷焊Ni-60合金粉末，内表面硬度可达到HRC58，也可采用超音速喷涂碳化钨合金粉末，内表面硬度可达到HV1000以上，耐磨、耐蚀性大幅提高，使用寿命提高几倍以上。

b、30Cr13马氏体不锈钢，通过调质处理后，硬度HB241～302，具有很高的强度和硬度，因而耐磨性良好。

c、DIN1.4462为欧洲标准中合金双相不锈钢，具有良好的强度和硬度，其硬度值达到HB290，因而具有优良的抗冲蚀磨损性能。

（4）轴套：采用30Cr13马氏体不锈钢，调质处理后，外圆表面淬火处理，硬度达到HRC46～52，具有良好的耐磨性，使用寿命长。

2、泵抗磨损设计方法及喷涂工艺

（1）设计方法：

a、参考两相流的设计理论，泵采用较低的设计转速，叶轮外径的圆周速度u2控制在40m/s以内，以降低泥沙水对泵壳出水流道的冲刷影响，同时由于叶片流面相对速度降低，降低了叶轮流道的磨损。

b、采用双吸或者双进口，减小叶轮口环直径，改善口环处的磨损。口环等间隙结构，采用防护抗磨措施，密封间隙长度适当增长。

c、泵体密封环外圆设置两道O形圈，避免泵壳高低压腔之间串水导致的磨损。

d、叶轮采用叶片交替加载与V形交错形式，减小叶轮出口部分与涡壳侧面的磨损。双吸叶轮两边叶片相互交错布置并倾斜，降低了水泵运行时的压力脉动，流量和压力稳定，并有效避免了出口回流，减少了能量损失，提高效率。

e、叶轮和泵壳还采取被动抗磨设计，相对于常规双吸泵，泵壳壁厚进行加厚，叶轮的盖板和叶片相应加厚。

（2）喷涂工艺

聚氨脂橡胶涂层具有优异的耐磨性，不仅可以对泵壳内流道表面提供抗磨蚀保护，延长了泵壳使用寿命，而且还提高了过流表面的光洁度，提高了泵效率。其喷涂具体工艺如下：

①、喷砂、打磨。首先对泵壳内流道表面进行喷砂处理，喷砂使用石英砂。喷砂后使泵壳金属表面粗糙、干净活化，有利于涂层的粘结强度的提高。

②、涂抹涂层。泵壳喷砂后，在开始涂抹前，必须使其表面加热，一般采用一边用火焰加热，一边涂抹涂层，以提高涂层与泵壳基体的结合强度。涂层作业时，需要控制环境温度，必须要求在10°C以上。

③、涂层固化。初步固化以不影响其后续施工及运输为标准，时间控制在2～6天。冬天温度较低就要营造人工环境，加温使其环境温度达到（20～45）°C，时间控制为3～6天。

④、涂层厚度维持3mm左右为宜。

⑤、涂层修整。待涂层完全固化后，对其涂层进行修整，对其挂泪部分做平整抛光处理。

三、总结

通过技术改进，水泵的抗磨蚀性能大幅度提高，有效地延长水泵使用寿命和大修周期，为黄河提灌泵站提供了优质产品，提高了泵站安全运行可靠性。同时也减少维修工作量、节省维修费用和减少管理运行人员等所带来的管理效益。对于黄河流域这种大流量、高扬程提灌泵站，电费是泵站的最大运行成本，高效率水泵的節能效果，可显著降低泵站运行成本。该技术创新提高了我国黄河提灌双吸泵技术水平，带动了行业的进步。

参考文献

[1]关醒凡 . 现代泵理论与设计 [M] . 北京：机械工业出版社，1995.

[2]沈阳水泵研究所 . 叶片泵设计手册 [M] . 北京：机械工业出版社，1979.

[3]皮积瑞，等 . 离心泵抽送含砂水流的试验研究及理论分析 . 水泵技术，1990（3）：25.

[4]张世伟，高和平，庞水进 . 黄河二号泵运行状况及其改进 [J] . 水泵技术，2001（4）：28-31.

[5]王振兴 . 黄河二号离心泵抗磨蚀措施初探 [J] . 水泵技术，2001（4）：27-29.