何玉玨

【摘 要】一般來說，水力接卸在固液兩相流的條件下往往出出現(xiàn)破壞程度不一的磨損現(xiàn)象，給工程實(shí)踐和經(jīng)濟(jì)效益帶來很大的損失和嚴(yán)重的阻礙。本文就通過對(duì)水力機(jī)械磨損的規(guī)律和防護(hù)措施等方面進(jìn)行深入的分析。

【關(guān)鍵詞】固液兩相流；沖蝕磨損；水力機(jī)械；耐磨防護(hù)；措施

1基礎(chǔ)背景

水力機(jī)械過流部件而導(dǎo)致的沖蝕磨損是目前生產(chǎn)當(dāng)中是-一種非常普遍的磨損形式，但是因它所造成的經(jīng)濟(jì)損失和工程危害十分嚴(yán)重，已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，沖蝕磨損占約占工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中所出現(xiàn)的磨損總數(shù)的8%左右。眾所周知，我國水力資源是較為豐富的，同時(shí)我國在水能的利用和能源規(guī)劃當(dāng)中也占有著突出地位，但由于我國河流水中含沙量非常大，因此，水流對(duì)機(jī)械部件的沖蝕磨損極為嚴(yán)重，這也是我國水利部門難以解決的一大問題。

水力機(jī)械設(shè)備在嚴(yán)重的沖蝕磨損作用下往往使得其本身的結(jié)構(gòu)和材料受到較大的破壞，進(jìn)而影響了水力機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，比如水輪機(jī)出力減小，效率下降，轉(zhuǎn)輪的檢修和更換更加頻繁，使用壽命減少等問題。不僅如此，對(duì)于水泵來講，沖蝕磨損會(huì)導(dǎo)致水泵的過流部件效率降低、材料損失等問題，甚至導(dǎo)致水泵無法正常。而且，由于軸承在沖蝕磨損作用下極易引發(fā)轉(zhuǎn)輪漏油等嚴(yán)重問題，對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。其次，因?yàn)樗C(jī)械在沖蝕磨損的作用下往往會(huì)造成過流部件之間配合間隙增大的現(xiàn)象，加重了水污染和噪聲污染的問題。

另外，在冶金部門中通常是采用水力輸送的方式來進(jìn)行礦漿的運(yùn)輸，而這種方式一般會(huì)在工作機(jī)械中產(chǎn)生出大量的渣漿，這些砂漿在工作運(yùn)行中具有較大的磨蝕性，往往會(huì)對(duì)水力機(jī)械設(shè)備造成嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象。其實(shí)在我國在水力機(jī)械磨損的問題上已經(jīng)有了較多的研究，但由于水力機(jī)械或旋轉(zhuǎn)機(jī)械中研究的復(fù)雜、水的存在等問題給研究工作造成了一定的困難，本文就介紹一些較為典型的研究成果，并對(duì)水力機(jī)械磨損的研究作出簡(jiǎn)單的闡述。

2水力機(jī)械磨損規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究

進(jìn)行水力機(jī)械內(nèi)部磨損沖蝕規(guī)律的研究是具有較大的價(jià)值的，一旦掌握了水力機(jī)械設(shè)備沖蝕磨損的規(guī)律，就能夠有效的指導(dǎo)和促進(jìn)機(jī)械材料磨損性能機(jī)制等方面的研究工作，進(jìn)而不斷優(yōu)化水力機(jī)械部件的參數(shù)設(shè)計(jì)等，并通過合理的對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行控制，能夠有效的提高水力機(jī)械的使用壽命和工作效率，從而也能夠大幅降低水力機(jī)械過流部件的沖蝕磨損度。水力機(jī)械磨損規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究還要注重固液兩相流的流場(chǎng)當(dāng)中顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，因?yàn)楣腆w顆粒濃度的分布和流涕運(yùn)行速度分布都會(huì)不同程度的影響水力機(jī)械設(shè)備沖蝕磨損的程度，要想更加清晰詳細(xì)的了解固液兩相流的實(shí)驗(yàn)中固體顆粒對(duì)水力機(jī)械設(shè)備過流部件的沖蝕磨損作用和強(qiáng)度大小，可以通過建立一個(gè)完整而 且可靠的固液兩相流沖蝕磨損模型來實(shí)現(xiàn)，從而保證在不同工作環(huán)境下都能夠合理的進(jìn)行預(yù)測(cè)。同時(shí)還要加強(qiáng)對(duì)固液兩相流流場(chǎng)的研究工作。我國目前所采用的方法主要是利用不同的計(jì)算方法來對(duì)流場(chǎng)的信息來模擬數(shù)值，而且利用計(jì)算機(jī)流體數(shù)值來模擬的方法在近年來也得到了較快的發(fā)展，也逐漸受到人們的重視。

3采取水力機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化和水工措施減少水力機(jī)械的磨損

水力機(jī)械過流部件的沖蝕磨損的一個(gè)相當(dāng)重要的原因就是液體當(dāng)中含有第二項(xiàng)固體顆粒對(duì)于各種部件材料表面的沖擊劫所造成材料的流失。通常液體當(dāng)中的固體顆粒的濃度越大，其對(duì)水力機(jī)械材料表面的沖擊力也就越大，所造成的破壞也就越大。因此如何降低水力機(jī)械介質(zhì)中的固體顆粒濃度就成為了減小水力機(jī)械沖蝕磨損的關(guān)鍵因素。

3.1水 電站樞紐設(shè)計(jì)當(dāng)中考慮排沙措施

為了可以減少水輪機(jī)的泥沙量，可以在水電站的樞紐設(shè)計(jì)當(dāng)中充分利用本地的地形，對(duì)于底孔、流道進(jìn)0高程等水工建筑進(jìn)行合理的布 置，來減少和防止粗顆粒泥沙過機(jī)，同時(shí)也可以利用水庫來合理的蓄清排渾，調(diào)水調(diào)沙，減少通過機(jī)械的沙量。

3.2選擇合 理的機(jī)組參數(shù)，留有余量的安裝高程，控制相對(duì)的過流速度

水輪機(jī)的安裝高程一般情況下，是根據(jù)水輪機(jī)的空蝕性能和電站的運(yùn)行要求決定的，在當(dāng)前情況下如果采用清水條件下的模型空蝕系數(shù)來計(jì)算泥沙量比較大的水輪機(jī)的吸出高程，是不符合實(shí)際情況的，因此必須要對(duì)該空蝕系數(shù)進(jìn)行修正。控制過流速度和合理選擇機(jī)組參數(shù)是建立含沙水流電站必須要考慮的因素之一，水流速度因素對(duì)于水輪機(jī)的泥沙磨損程度的影響很大，因此在那些泥沙較多的河流當(dāng)中選擇水輪機(jī)的參數(shù)必須要適當(dāng)?shù)慕档蛥?shù)水平，尤其是要控制過流的速度。

3.3水力機(jī)械過流部件結(jié)構(gòu)的防護(hù)措施

水力機(jī)械的過流部件的防護(hù)措施的設(shè)計(jì)是通過影響其固體粒子的沖擊速度，沖擊角度和流動(dòng)軌跡來影響其使用壽命的，因此國內(nèi)外很多的研究人員對(duì)此進(jìn)行了很廣泛的研究，并且建立了眾多的計(jì)算方法和模型，通過模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的辦法為水力機(jī)械的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)和理論基礎(chǔ)。

4水力機(jī)械易磨損的部位的水機(jī)抗磨材料的研究和抗磨處理

減輕水流中固體顆粒對(duì)過流部件的沖蝕磨損，不僅可以通過控制運(yùn)行工況、優(yōu)化水力機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)等方法來實(shí)現(xiàn)，還可以通過研究制造抗磨材料和提高水力機(jī)械本身抗磨性來實(shí)現(xiàn)。一般來講，抗磨蝕的材料具備具備以下特點(diǎn)：高硬度、強(qiáng)韌性、晶粒顆粒細(xì)、質(zhì)量均勻、疲勞極限高、結(jié)構(gòu)致密、拉力強(qiáng)、可焊性、可加工性。

就目前而言，水力機(jī)械的部件抗磨蝕材料主要由有色金屬、鑄鋼和硬質(zhì)合金等構(gòu)成。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，只有彈性好、層錯(cuò)低、彈性好、組織密、強(qiáng)韌性的材料才具有良好的耐蝕性。比如亞穩(wěn)態(tài)奧氏體材料就是較為理想的水輪機(jī)過流部件的使用材料。這主要是因?yàn)榻饘俨牧蠌?qiáng)度較小，硬度較低的特性所造成的，從而這也就極大的限制了金屬材料耐磨性能的提高。在抗?jié){料沖蝕磨損性能和金屬表面復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)組織的研究上，目前已經(jīng)取得了較好的工程使用價(jià)值。但是由于沖蝕磨損發(fā)生在水力機(jī)械過流部件的表面，因此采用耐磨蝕材料或者強(qiáng)化表面的耐磨蝕性等方法才能增強(qiáng)在過流部件表面的耐磨蝕性能，但這種方法在水力機(jī)械表面工程的研究來說還是一個(gè)新領(lǐng)域。

5總結(jié)

總而言之，在水力機(jī)械磨損問題的研究上已經(jīng)取得了較大的突破與進(jìn)展，但是這個(gè)問題仍然沒有得到解決。即使在眾多的國內(nèi)外學(xué)者共同努力下，水力機(jī)械磨損的問題仍然需要進(jìn)一步的深入研究。比如空氣沖蝕理論和摩擦學(xué)應(yīng)用到水力機(jī)械上還需要進(jìn)行修正，另外，雖在以往的磨損研究當(dāng)中所積累了大量的磨損資料缺乏系統(tǒng)性，比較分散，難以形成可供信賴的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

[1]王志高，我國水機(jī)磨蝕的現(xiàn)狀和防護(hù)措施的進(jìn)展[J.水利水電工程設(shè)計(jì)，2002.

[2]徐宏遠(yuǎn).水利機(jī)械中沖蝕磨損規(guī)律及抗磨措施研究進(jìn)展[U.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2005.

[3]胡少坤，我國水機(jī)磨蝕的現(xiàn)狀及防護(hù)材料的發(fā)展[J.水科學(xué)與工程技術(shù)，2009.

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