陶 東 張 印 田志存

(寧夏固海揚(yáng)水管理處，寧夏 中寧 755100)

黃河屬多泥沙河流，我國現(xiàn)有農(nóng)用水泵產(chǎn)品均以清水介質(zhì)條件設(shè)計(jì)，沒有做嚴(yán)格的抗磨蝕設(shè)計(jì)，在高含沙量的揚(yáng)黃泵站，存在水泵過流部件磨損嚴(yán)重、使用壽命短、能耗高、運(yùn)行效率低等問題。特別是寧夏固海揚(yáng)水泵站工程深受其害，每年汛期更為嚴(yán)重。其首級(jí)取水泉眼山泵站處在黃河寧夏一級(jí)支流清水河入河口下游，水文資料顯示，清水期平均含沙量為4.7～6.21kg/m3，汛期高達(dá)70～96kg/m3，最高值達(dá)到382kg/m3。高含沙量的取水條件導(dǎo)致固海揚(yáng)水泵站每年4月份大修的水泵運(yùn)行到8月份秋灌結(jié)束，運(yùn)行時(shí)數(shù)僅3000h左右，水泵平均單機(jī)提水量下降15%以上，裝置效率下降15%～26%，部分泵體、泵蓋嚴(yán)重穿孔，隔舌殘缺或磨平，流道幾何尺寸改變，高低壓區(qū)竄水嚴(yán)重；壓力管由于泥沙的磨損管壁厚度會(huì)減少30%～40%，運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生穿孔、刺水及爆裂等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了泵站的運(yùn)行效率，同時(shí)額外增加了機(jī)電設(shè)備維修費(fèi)用及檢修人員工作量，每年設(shè)備磨損更新、維修費(fèi)用達(dá)到800萬元以上，由于設(shè)備嚴(yán)重磨損致使提水量下降造成的經(jīng)濟(jì)損失在500萬元以上。

1 水泵抗磨蝕技術(shù)在揚(yáng)黃泵站的應(yīng)用

1.1 水泵抗磨蝕技術(shù)在寧夏揚(yáng)黃泵站的研發(fā)歷程

為解決泵站特別是大型灌溉排水泵站存在的問題，國家多次出臺(tái)文件提及泵站設(shè)施更新改造等問題。習(xí)近平總書記多次就治水發(fā)表重要論述，系統(tǒng)闡釋了保障國家水安全的基本思路，明確提出了“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路，賦予了新時(shí)期治水的新內(nèi)涵、新要求、新任務(wù)。李克強(qiáng)總理也強(qiáng)調(diào)“大力加強(qiáng)農(nóng)田水利建設(shè)，著力夯實(shí)穩(wěn)糧增收水利基礎(chǔ)，要加快灌區(qū)續(xù)建配套、灌排泵站更新改造和現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)，著力完善農(nóng)田灌排體系和末級(jí)渠系，加快解決農(nóng)田灌溉‘最后一公里’問題”。

黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國家戰(zhàn)略要求“大力發(fā)展節(jié)水產(chǎn)業(yè)和技術(shù)，大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水，實(shí)施全社會(huì)節(jié)水行動(dòng)，推動(dòng)用水方式由粗放向節(jié)約集約轉(zhuǎn)變”。鄉(xiāng)村振興、脫貧攻堅(jiān)和國家糧食安全等國家戰(zhàn)略，都明確提出推進(jìn)大中型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造的要求，把解決農(nóng)村飲水問題作為底線任務(wù)抓緊抓實(shí)，抓好大中型灌區(qū)現(xiàn)代化改造和農(nóng)業(yè)節(jié)水，構(gòu)建科學(xué)高效的灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化管理體系，加快推進(jìn)灌區(qū)建設(shè)管理現(xiàn)代化進(jìn)程，不斷提升灌區(qū)管理能力和服務(wù)水平。

在寧夏揚(yáng)黃泵站運(yùn)行實(shí)踐中，以固海揚(yáng)水管理處泵站運(yùn)行管理為例，開展了長達(dá)30多年的探索研究工作，經(jīng)過近千次的研究實(shí)驗(yàn)，在水泵過流件抗磨損和抗空蝕方面，針對(duì)黃河流域多泥沙水泵過流件抗磨蝕難題，在固海揚(yáng)水工程所屬泵站的水泵上大膽進(jìn)行抗磨蝕新材料、新技術(shù)、新工藝的試驗(yàn)與應(yīng)用，尤其是在水泵的泵殼、葉輪、口環(huán)進(jìn)行了抗磨蝕修復(fù)，對(duì)磨蝕修復(fù)前后的水泵流量、功率等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行的監(jiān)測分析表明，磨蝕防護(hù)效果良好，保障了水泵在高效區(qū)長期穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到了提高泵站裝置效率、降低泵站能耗和運(yùn)行費(fèi)用的目的。

1.2 水泵抗磨蝕技術(shù)在揚(yáng)黃泵站的應(yīng)用現(xiàn)狀

寧夏揚(yáng)黃泵站水泵抗磨蝕技術(shù)的應(yīng)用，立足揚(yáng)黃泵站高含沙的運(yùn)行管理實(shí)際，針對(duì)水力機(jī)械在高含沙水質(zhì)中運(yùn)行，過流部件存在空蝕、磨損嚴(yán)重、能耗高、效率低、使用壽命短等問題，依托全國水機(jī)磨蝕試驗(yàn)研究中心、黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院、武漢大學(xué)等在水機(jī)抗磨蝕研究方面處于領(lǐng)先水平的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，技術(shù)研究中心，高校、生產(chǎn)及維修企業(yè)等骨干創(chuàng)新平臺(tái)，集中力量開展水力機(jī)械抗磨蝕科技攻關(guān)。以水泵過流部件為重點(diǎn)開展抗磨技術(shù)研究與應(yīng)用，經(jīng)過多年的自主研究與實(shí)踐，先后實(shí)驗(yàn)成功了水泵泵體、葉輪、口環(huán)采用環(huán)氧砂漿涂層、復(fù)合樹脂砂漿涂護(hù)、聚氨酯澆筑涂層技術(shù)、金屬粉末噴涂和噴焊、電刷鍍、金屬絲材熱噴涂、熱噴鋅防腐抗氧化、鋼板葉輪上鑲嵌鋼圈、超音速噴涂技術(shù)等多項(xiàng)水力機(jī)械抗磨蝕技術(shù),寧夏揚(yáng)黃泵站在水力機(jī)械抗磨蝕涂護(hù)和防腐技術(shù)應(yīng)用方面日漸成熟。水力機(jī)械抗磨蝕技術(shù)在揚(yáng)黃泵站的應(yīng)用，不僅有效解決了固海揚(yáng)水工程水泵過流部件磨損快、更換頻率高、運(yùn)行效率下降、檢修費(fèi)用高等問題，水泵抗磨蝕研究成果在固海揚(yáng)水工程泵站運(yùn)行中已有效地轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，推廣應(yīng)用效果良好,有效保障了水泵性能正常發(fā)揮,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗,提高了泵站裝置效率和工程效益。

2 水泵抗磨蝕技術(shù)應(yīng)用

2.1 水泵泵體抗磨蝕修復(fù)技術(shù)

2.1.1 水泵泵殼磨蝕情況

泵殼磨蝕主要發(fā)生在螺旋壓水室中兩邊靠近密封環(huán)處，形成3～10mm的魚鱗坑，表面損失厚度達(dá)3～5mm；水泵中開面鑄造結(jié)構(gòu)空腔附近，高壓腔與低壓腔之間出現(xiàn)貫通溝槽，深3～5mm，寬5～15mm的；泵體隔舌出現(xiàn)汽蝕溝槽，嚴(yán)重時(shí)縮短60mm。

2.1.2 聚氨酯復(fù)合樹脂砂漿修復(fù)技術(shù)

水泵泵殼的高壓區(qū)在汽蝕和黃河高泥沙水流的雙重作用下，使用1萬多小時(shí)后必須整體更換，成本高昂。在水泵高壓區(qū)采用抗磨蝕涂層技術(shù)后，使水泵使用壽命延長了5000～10000h，并且可以反復(fù)涂護(hù)，大大減少了水泵整體更換的臺(tái)次。

聚氨酯復(fù)合樹脂砂漿由高抗磨蝕聚氨酯彈性體材料、彈性環(huán)氧樹脂、固化劑、硬金屬粉、棕剛玉、碳化鎢、耐水劑等組成，除具有高效抗磨性能外，還有一定的抗汽蝕性能。

技術(shù)指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度100～120MPa，黏結(jié)強(qiáng)度30～40MPa，抗沖磨強(qiáng)度10～15h/(g/cm2)，厚度1～2mm，設(shè)計(jì)使用壽命延長2～5倍以上，而且可反復(fù)修復(fù)使用。

2.2 水泵葉輪真空澆筑涂層技術(shù)

葉輪是水泵的核心部件，目前固海所使用葉輪均為鑄鋼鑄造而成，由于黃河水泥沙量大，并且因?yàn)閾P(yáng)程、進(jìn)水條件等諸多因素的影響，在揚(yáng)黃工程使用5000h后，進(jìn)水葉片出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其使用效率。通過對(duì)葉輪進(jìn)水葉片采用復(fù)合聚氨酯真空澆筑涂層技術(shù)，延長了其使用壽命，獲得了優(yōu)秀的抗磨蝕性能，具有黏結(jié)強(qiáng)度高、剝離強(qiáng)度大等特點(diǎn)，且加工工藝簡單、方便、成本較低。

2.3 水泵密封環(huán)聚氨酯澆筑涂層技術(shù)

密封環(huán)是揚(yáng)黃泵站更換頻率較高的水泵部件之一。黃河多泥沙水流對(duì)密封環(huán)的磨損較快，使密封環(huán)與葉輪口緣的配合面布滿魚鱗、蜂窩狀坑穴及環(huán)狀溝槽，增加了水泵泄漏損失，降低了水泵效率。對(duì)密封環(huán)采用復(fù)合聚氨酯澆筑涂層技術(shù)，使密封環(huán)使用壽命延長了2～4倍。

3 水泵抗磨蝕技術(shù)應(yīng)用主要成果

水泵抗磨蝕技術(shù)應(yīng)用主要成果見表1。

表1 水泵抗磨蝕技術(shù)應(yīng)用主要成果

續(xù)表

4 抗磨蝕技術(shù)今后研發(fā)應(yīng)用的方向

水力機(jī)械抗磨蝕技術(shù)在揚(yáng)黃泵站中的推廣應(yīng)用，將有效延長水泵設(shè)備使用更換周期，保障泵站工程長期穩(wěn)定高效運(yùn)行，提高泵站裝置效率，降低能耗和生產(chǎn)成本，水力機(jī)械抗磨蝕技術(shù)的研究應(yīng)用與實(shí)踐將推動(dòng)揚(yáng)黃泵站高質(zhì)量發(fā)展。在現(xiàn)有技術(shù)成果應(yīng)用的同時(shí)要重視新技術(shù)和新材料、新工藝應(yīng)用和專業(yè)技能人才培養(yǎng)，提高水泵抗磨蝕技術(shù)的綜合應(yīng)用能力，加大對(duì)水力抗磨蝕技術(shù)的推廣應(yīng)用力度，通過技術(shù)引項(xiàng)目，提升科技開發(fā)創(chuàng)新能力，以人才推動(dòng)技術(shù)發(fā)展，向?qū)I(yè)品牌、系統(tǒng)化應(yīng)用、集約化生產(chǎn)方向發(fā)展，使水泵抗磨蝕技術(shù)成為水利新技術(shù)核心競爭力的重要組成部分。加強(qiáng)水力機(jī)械抗磨蝕技術(shù)產(chǎn)、學(xué)、研的廣泛合作交流，以人才帶動(dòng)學(xué)科發(fā)展，以學(xué)科發(fā)展吸引人才，最終達(dá)到人才引進(jìn)與科研技術(shù)的同步推進(jìn)，共同推動(dòng)水力機(jī)械抗磨蝕技術(shù)在寧夏揚(yáng)黃泵站的快速發(fā)展。

在揚(yáng)黃泵站運(yùn)行管理中，適時(shí)開展“引黃灌區(qū)泵站安全運(yùn)行監(jiān)測與增效降耗技術(shù)”研究，在安全運(yùn)行監(jiān)測、增效、降耗等方面提出相應(yīng)的技術(shù)措施，提高泵站工程及設(shè)備完好率、裝置效率和安全運(yùn)行率，實(shí)現(xiàn)大型灌溉排水泵站運(yùn)行自動(dòng)化，推進(jìn)灌區(qū)由粗放型用水方式向集約化用水方式轉(zhuǎn)變，提高用水效率，為形成布局合理、功能完備、高效運(yùn)行、管理先進(jìn)的現(xiàn)代灌排工程體系奠定基礎(chǔ)，從技術(shù)層面上保障在農(nóng)業(yè)用水總量不增加的情況下，增加有效灌溉面積，大幅度降低單位能耗指標(biāo)，使農(nóng)業(yè)發(fā)展方式從過度消耗水資源和能源的粗放型轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)水、節(jié)能、節(jié)地的可持續(xù)發(fā)展，保障農(nóng)村飲水安全、糧食生產(chǎn)用水需求，推進(jìn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，保持農(nóng)村社會(huì)和諧穩(wěn)定，提升農(nóng)民群眾幸福感，為改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，保障國家糧食安全，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境等提供有力支撐。