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      選擇何種材質能讓水泵耐用?

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      水泵的材質按部件分,有泵體、泵的葉輪、泵軸和密封件與零部件。水泵的材質種類很多,但針對多泥沙河流,卻難以找到價廉物美的材料。幾十年來水泵行業及應用研究單位,針對我國多泥沙河流的特點,對水泵、水輪機行業的抗磨蝕要求,做了大量的工作,基本上對適用于多泥沙河流的水力機械有較為認同的看法與相應措施。
      適合泵各部件材料的基本要求是:
      (1)具有承受在運轉中所發生的應力的物理性能。
      (2)能夠鑄造和加工成效率高的形狀。
      (3)在要求有耐磨蝕或其他耐熱、耐寒性方面也具備同等性能。
      (4)經濟上和效益上是可行的。
      當然,(1)項是必備條件,在其他特殊要求時,例如抗磨蝕對速度與效率的權衡時.要限制速度時要稍微影響一些效率也是可取的。在實用上找不到滿意材料的情況也是有的.要擴展思路,特別是對耐磨蝕表面工程,要有表面再制造的措施,使部件在表面再制造中循環應用。既是制造技術上的開拓性進步又為使用者節省運行維修成本。
      泵體材料根據泵的技術規格,有不同形狀和尺寸,然而不論什么樣的形狀和尺寸,泵體受水壓作用是不得有泄漏的。一般選擇泵體材料時,要考慮泵的壓出壓力、液體的溫度、化學性質和含有固體顆粒等問題。例如抽送常溫無腐蝕性的液體,  一般堿溶液以及濃度很高的酸溶液等泵的泵體,選擇普通鑄鐵。但選擇抽選具有易燃性液體的泵材料時,要優選考慮安全問題。針對這種用途.鑄鐵是易損壞的.當發生火災澆水時即有破壞的危險。因此石油用泵都采用具有安全性和韌性的鑄鋼。因此如何選擇水泵的材質及選擇水泵的材質注意事項有如下內容。
      (1)壓力在4MPa以下時,選用鑄鐵類;超過該壓力時.一般選用鑄鋼.超過9MPa時,多選用鍛鋼材料制造。對于多級泵型號.由于高速水流流向有壓力差的級間滑動部件,平衡盤及平衡鼓,易發生對這些部件的侵蝕作用,因此。滑動部件要應用防腐的合金件如司太立合會,或以此做表面件。
      (2)對于用于化學腐蝕及固體顆粒磨蝕的泵體的選材.應做實際運轉狀態下的試驗,選擇合宜的材質或適用的里襯。作為耐磨材料.以往一般采用硬質金屬材料或具有彈性的非金屬材料,前者有高鉻鑄鋼、高錳鑄鋼、白口鐵及鎳鉻冷硬鑄鐵,后者主要為較厚軟質橡膠或者塑料粘貼在金屬上作里襯,例如IHF氟塑料化工泵或者脫硫漿液循環泵產品都是屬于內襯泵類產品。
      對于其他零部件材料,主要是泵輪、泵軸、密封環。泵輪的材料一般與泵體同料,然而因動態轉速的關系,泵輪是處于高速流的流體中,在防腐與抗磨蝕方面要比泵體更艱險,往往要比泵體要求更高的材料才行,這些年為解決水泵磨蝕問題,也首先從泵輪做起。泵軸的材料要符合設計的要求,一般采用硬鋼或中硬鋼.也有用高鎳合金的,結合含沙水流的工況,不受磨蝕是要周全應對的,如不同材料的保護軸套。密封環的磨蝕往往決定水泵檢修的關鍵,從多泥沙河流水泵磨蝕情況看,首先是密封環的磨損,漏水增加,效率很快降低。因此密封環的材料更要優于泵體及泵輪材料,人們還在精益求精的探索著,如機械密封裝置等。
      國內從20世紀70年代開始,結合黃河三門峽水電站改建發電和70年代初,黃河上大型電灌站的安全長效運行受到泥沙磨損的嚴峻挑戰。針對多泥沙河流上的水輪機和水泵的開發,在材料優選方面也做了許多很有成效的工作。他們從材料開發著手,通過室內力學性能的篩選.進入含沙水流的模擬磨蝕試驗比較,進而在電站或泵站實際運行考核。幾乎經歷30余年的試驗的多個周期的反復。無論從感性認知到理性的提高,經歷幾代人的努力。
      抗磨蝕材料從總體上講應具備韌性強、硬度高、質量均一、結晶顆粒細、結構致密、拉力強、疲勞極限高的綜合性能,并具有可加工性和可焊性。
      抗磨蝕材料的試驗研究與應用是通過探索、實踐獲得的。初期是追求高硬度的Cr5Cu和考慮抗空蝕疲勞為主的不銹鋼OcTl8Ni9Ti。當時20世紀70年代初,哈爾濱大電機研究所、清華大學和下放的水科院科技人員,在三門峽工地試驗場地用黃河水進行了大量的各種材料的試驗比較和篩選,在改建后的黃河三門峽4號機徑流發電的水輪機上應用,篩選了Cr5Cu作為葉片正面抗磨保護焊片,oCrl8Ni9Ti作為葉片背面抗空蝕保護焊片。實踐中證明cr5cu的耐磨性不如環氧碳化硅涂層,0Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼在渾水條件下抗磨蝕效果不好,以后在葛洲壩水電站改用馬氏體不銹鋼0crl3Ni4M0、Ocrl3Ni6Mo不銹鋼潛水泵。劉家峽水電站4號機又采Ocrl3Ni5Mo鑄造新轉輪。這一類高強度不銹鋼作為水輪機轉輪結構材料在國際20世紀70年代已經廣泛應用,其抗磨蝕性能有一定進展.較 近又推出含碳量更低、焊接性能更好的ZG06Crl 6NIjM0(簡稱16-5),它是由耐磨強性能優良的馬氏體沉淀不銹鋼(17 4PH)演變而來.貴州省魯布革高水頭水輪機轉輪便采用l 6-5鋼材料,經過6個汛期的長期運行,空蝕磨損輕微。21世紀初,三門峽水電站渾水發電試驗表明,16-5鑄鋼的耐磨蝕性能優于13~6鋼。另外水利部天津勘測設計研究院與德國KsB公司合作試驗過的該公司高鉻鑄鋼具有優異的耐磨蝕性能,但要特殊加工設備,由于投標萬家寨引黃水泵沒有成功.可惜未能在中國工程中應用,目前已用于國外挖泥船的水泵部件。多泥沙河流上的水輪機和水泵雖然都是含沙水流的過流部件,但因所處的作用不同,對國民經濟的影響不一.以及成本預算的制約,往往先考慮水輪機的應用,逐步再向大型水泵上的移植,現在大型供水泵,因保證率的需要,即使成本較高也必須選擇耐磨蝕性能優良的水泵材質。但對以灌溉為主的多泥沙河流上的揚水工程水泵,由于保護涂層的可靠性與抗磨蝕性較母材更優良,建議在設計過流部件斷面上留有表面再制造工程的保護涂層合宜余地,保護涂層可以在檢修周期內被磨蝕后修復或重新涂復,而過流部件斷面基本無影響,保證葉型完整可循環使用。而選擇水泵的材質不必像水輪機那樣高標準,鑄鋼為基礎就可以了。
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