新型工業(yè)修補劑在大型立式軸流泵站機組大修中的應用

馮 杰 周 偉 蔡 磊 趙文軍

（江蘇省駱運水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800）

1 概況

江蘇省劉老澗抽水站工程屬于加強黃淮海平原灌溉農(nóng)業(yè)項目，是江蘇省利用世界銀行貸款和國內(nèi)配套資金而興建的。本站位于宿遷市宿豫區(qū)仰化鎮(zhèn)境內(nèi)的中運河上，直接抽引泗陽站送來的江水、淮水，沿中運河北調，屬于江水北調第五梯級站，淮水北調第二梯級站。泵站安裝3100ZLQ38/4.2型立式全調節(jié)軸流泵，配用TL2200－40/3250立式同步電動機4臺套，設計流量為150 m3/s，總裝機容量為8800 kW，設計揚程3.5 m。

劉老澗泵站建成于1996年，目前每年都要進行一臺機組的大修。由于采用井筒分段式結構的全調節(jié)軸流泵，葉輪外殼沿葉輪中心水平剖分成上、下兩半，其易損件為上、下外殼及葉輪。葉輪外殼整體更換比較麻煩，價格也高，以前對汽蝕較嚴重部位采用不銹鋼焊條堆焊后打磨，不但效果很不理想，而且還可能由于鑄鐵件受熱不均勻引起整個外殼崩裂。若對葉輪外殼進行整體更換，則需要進行擴大性大修，不僅工期長，過程復雜，而且造價也高（新的葉輪外殼要在水泵廠進行定做，需20～30多萬元）。在本次劉老澗站2#機組大修中，我們采用了新型工業(yè)修補劑對汽蝕嚴重的葉輪外殼進行修補處理，施工過程只用了短短的兩天時間，材料及人工費用只花費1萬多元，經(jīng)過近2年抽水及發(fā)電工況的運行實踐，取得了良好的修復效果。

2 水泵葉輪外殼現(xiàn)狀及汽蝕原因分析

2010年11月，我們在對劉老澗站2#主機進行解體大修的過程中，發(fā)現(xiàn)葉輪外殼葉片轉動覆蓋的區(qū)域（不銹鋼圍帶下方）沖蝕磨損較為嚴重，汽蝕破壞最深達3 cm，汽蝕破壞面積達2.46 m2，主要分布在轉輪中心線四周的旋轉渦帶處。汽蝕部位呈現(xiàn)大小不均勻的坑洞麻面，寬度約20 cm，表面布滿銹跡，對機組的安全運行造成了一定的影響。

認真總結分析水泵運轉過程中汽蝕的形成原因，有利于機組安全運行和檢修方案的比選及最終確定。水泵在運轉中，若其過流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進口稍后的部位）因為某種原因，抽送液體的絕對壓力降低到當時溫度下的液體汽化壓力時，液體便在該處開始汽化，產(chǎn)生大量氣泡；當含有大量氣泡的液體向前行進經(jīng)過葉輪內(nèi)的高壓區(qū)時，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇縮小甚至破裂；在氣泡凝結破裂的同時，液體質點以很高的速度填充空穴，瞬間產(chǎn)生強烈的水擊作用，并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面，沖擊應力可達幾百至幾千個大氣壓，沖擊頻率可達每秒幾萬次，嚴重時會將葉輪外殼的厚壁擊穿，造成安全質量事故。

在水泵中產(chǎn)生氣泡和氣泡破裂使過流部件遭受到破壞的過程就是水泵的汽蝕過程。水泵產(chǎn)生汽蝕后除了對過流部件會產(chǎn)生破壞作用以外，還會產(chǎn)生很大的噪音和機組振動，并導致水泵的性能下降，嚴重時會使泵中液體流動中斷，不能正常工作。由于汽蝕引起的水泵破壞需要泵站管理單位投入大量的人力和物力進行檢修，因此，汽蝕對工程的安全運行危害十分嚴重，必須引起高度的重視。

3 運用新型修補劑的維修方案

由于劉老澗泵站為井筒分段式結構，水泵內(nèi)部空間較狹小，葉輪外殼表面潮濕，需要先對表面進行處理。先使用砂輪機除去水泵外殼汽蝕表面的疏松結構，再使用噴砂方法，徹底去除葉輪外殼表面的銹跡及油污等。對于表面清洗工作，可以使用TS1755EF清洗劑進行，以提高機體表面與膠黏劑的結合強度。對于表面防腐工作，可使用TS406耐腐蝕涂層對汽蝕部位進行防腐處理，用毛刷進行刷涂，一定要涂覆所有待修表面，涂層不能太厚，固化4 h后方可進行下步工序，其主要起到表面防腐和抵抗膜下腐蝕作用，另外，與TS216產(chǎn)品的結合強度也更高。

具體使用材料及操作方法：使用可賽新TS216耐磨修補劑對汽蝕磨損部位進行修復，修補劑為雙組分，膠泥狀，以金屬碳化物及超硬陶瓷為骨材的耐磨復合材料，廣泛用于灰漿泵、水泵、風機、水輪機蝸殼等磨損、汽蝕部位的修復。具體操作時按比例調配修補劑，使用刮板等工具，用力填滿待修復表面并壓實，室溫固化2 h后加溫固化48 h。施工中，主要材料有 7套 TS406、15套TS216、18組TS1755EF等；所需工具主要有噴砂設備、角磨機、碘鎢燈等。

可以在表面刷涂光滑涂層，由于涂層的自清潔性能與光潔度超過一般金屬與復合材料，摩擦阻力減少，具有高彈性，能適應交替變形及溫度的變化，抗汽蝕性能超過金屬材料，試驗證明可以提高水泵效率約3%～5%。

4 噴砂施工條件及工藝控制

葉輪外殼的整個維修處理過程要嚴格控制設備表面的溫濕度，切實處理好葉輪外殼表面的銹蝕雜物，只有這樣才能使得修補劑與基體附著更加牢固，才能真正對基體起到保護作用。實施工程中需采取如下措施對噴砂施工工藝進行控制：表面熱噴涂之前，應將金屬表面的鐵銹、氧化皮、油污、焊渣、灰塵、水分等污物清除干凈，使其全部露出灰白的金屬本色，并且保持干燥，有一定的粗糙度，以保證熱噴涂料與基體間有良好的附著力。噴砂機是噴砂處理的主要設備，在一定壓力條件選取適當?shù)哪チ?，可達到高質量的表面處理效果。噴砂用氣操作時壓力不少于0.5 MPa，采用流動式空氣壓縮機時，其排氣量為6 m3/s，額定壓力為 0.8 MPa，功率一般為37 kW。噴砂處理所用的壓縮空氣必須經(jīng)過冷卻裝置及油水分離器處理，以保證壓縮空氣的干燥、無油。噴砂時噴嘴尺寸為6～8 mm，在使用過程中，由于磨損，孔口直徑增大25%時宜更換噴嘴；噴嘴到基體金屬表面宜保持100～300 mm的距離；噴射方向與基體金屬表面法線的夾角以15°～30°為宜。噴砂用的磨料一般選用強度較高的石英砂,料徑值在0.75～3.0 mm之間，磨料使用前必須干燥，含水量不得大于1%，否則必須進行炒砂或烘干處理。

噴砂處理不允許在潮濕的金屬表面上進行，露天作業(yè)應采取必要的防雨防潮措施；必須注意工件溫度和空氣環(huán)境濕度，當空氣濕度較大或金屬表面溫度低于露點以下時，應停止噴砂；經(jīng)噴砂處理并檢驗合格的金屬表面，在運輸或防腐施工前應保持干凈，避免沾染上水或油污雜質，并且不能直接用手接觸金屬表面，以防止局部返銹；已沾染上油污的金屬表面必須用相應的有機溶劑進行處理，或者在去油處理后重新進行噴砂處理。噴砂處理后的金屬表面，在空氣濕度較大或周圍有化學氣體污染時，應在4 h內(nèi)進行下道工序施工，在干燥潔凈的環(huán)境條件下，應在24 h內(nèi)進行下道工序施工。噴砂時操作人員應配戴防護用具，以保護身體不受飛濺磨料的傷害；在經(jīng)噴砂處理后的大構件內(nèi)進行防腐施工時，必須穿干凈的工作服。

5 修補所取得的效果及應用推廣

2012年10月，劉老澗站2#主水泵經(jīng)過近2年共5016臺時（其中抽水運行1787臺時，反向發(fā)電運行3229臺時）的運行，在拆開檢查時，發(fā)現(xiàn)膠體對葉輪外殼的保護作用很明顯，大部分沒有脫落，只有極少部分處于修補的邊緣地帶，因本身膠體涂抹得較薄，加之此區(qū)域氣蝕最為嚴重，有脫落和重新出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象。

本次2#水泵修補涂抹膠劑平均寬度約15～18 cm，大部分膠質完好。但由于當時僅為應急修復，對接觸面僅進行了簡單的化學除銹處理后即進行涂層防護，試驗配方為通用的可賽新耐磨修復配方，未針對大中型泵站的實際情況進行設計配比調整，且未經(jīng)過具體的疲勞、老化和抗汽蝕試驗，也未取得關鍵性的研究成果。因此，對此項工藝需要進行進一步深入研究，以期提出更有效的快速汽蝕修補技術及材料，力求在同類泵站中進行推廣應用。

多種高分子材料復合的應用，可以有效提高耐磨涂層與基材的結合強度，并且保持材質表面良好的耐磨性與抗氣蝕性能，相對傳統(tǒng)的汽蝕修補技術和進口的修補材料具有抗汽蝕性能強、強度高、耐磨性好、施工操作簡便以及投資少等特點，值得推廣應用。在成功應用的基礎上需要進一步改進工藝配方，研制出一種針對性更強的大中型水泵汽蝕修補新材料，以延長設備使用壽命，提高水泵的工作效率，降低設備更換成本，滿足生產(chǎn)實際的需求。