A3钢板焊接叶轮在东雷抽黄灌区的应用

张武强，王小梅，李焕新

(1.陕西省渭南市石堡川水库管理局，陕西 澄城 715200;2.陕西省渭南市东雷抽黄灌溉工程管理局，陕西 合阳 715300)

A3钢板焊接叶轮在东雷抽黄灌区的应用

张武强1，王小梅2，李焕新2

(1.陕西省渭南市石堡川水库管理局，陕西 澄城 715200;2.陕西省渭南市东雷抽黄灌溉工程管理局，陕西 合阳 715300)

东雷抽黄工程所用水源为黄河水，河水为高含沙水源，工程为多级泵站提水灌溉，黄河水对水泵过流部件磨蚀严重，导致水泵流量衰减，直接影响泵站灌溉效益发挥。通过引进A3钢板焊接叶轮技术，在各泵站进行试点应用，实践证明可达到延长设备寿命、降低维护费用，减小劳动强度等效果，值得推广。

抽水泵站;A3钢焊;叶轮;应用

陕西省渭南市东雷一期抽黄灌溉工程是以黄河为水源的高扬程电力提灌工程，是目前国内装机容量最大、扬程最高的电力提灌工程。灌区建有抽水站28座，安装机组133台，最多 9级提水，累计总扬程 331.7 m，加权平均扬程214.7 m，装机容量11.86万 kw，配套有各类变电站30座，装见容量38.09万千伏安。渠首引水流量40 m3/s，加大引水流量60 m3/s，设计灌溉面积102万亩，有效灌溉面积83万亩，惠泽渭北旱原的大荔、合阳、澄城、蒲城 4县13个乡镇。开灌30年来，在抗旱生产中发挥巨大经济效益和社会效益。但在提水中由于含沙量较多，水泵过流部件磨蚀严重，从而引进新技术进一步研究改进水泵叶轮十分必要。

1 泵站运行中存在问题

东雷抽黄工程直接由进水闸引黄河水入一级站提入总干渠，再由沿干渠的四个二级站抽水上塬。整个工程无沉沙设施。加之黄河是一条多泥沙河流，多年平均含沙量为17.3 kg/m3，最大含沙量为633 kg/m3，粗大颗粒比例达30%，且以多棱角、高硬度的长石和石英为主。在高含沙水流作用下，水泵过流部件严重磨蚀，使水泵性能恶化，出水量衰减，供水能力与灌溉需水矛盾增大，效率降低，检修周期大大缩短，维修费用剧增，抽水成本提高，泵站效益大幅度锐减等一系列问题摆在了泵站管理重要议事日程。

东雷工程建设时，水泵多是根据其工程特性由泵厂进行专门设计制造，其叶轮材质为不锈钢。因过流水为黄河水，其叶轮在运行5 00～1 000 h后，磨损严重，2 000多 h后叶轮就濒临报废，因此进行修补与抗磨成为延长水泵叶轮寿命的有效途径。从上个世纪八十年代起，对磨损成立过技术课题组，采用不同工艺在叶轮磨蚀区喷涂不同非金属材料进行叶轮原状恢复，通过提高叶轮抗磨蚀性能达到延长寿命之目的，但是多次喷涂后，叶轮增厚、失形，导致水泵流量达不到设计流量，通过对南乌牛水泵运行观测发现:由于叶轮增厚变形，水泵流量由设计的4.3 m3/s逐渐下降到3.8～3.5 m3/s，当叶轮运行达到2 000多 h后，无法再进行修复，叶轮报废，必须重新更换。九十年代初，一只不锈钢叶轮费用高达30万元，更换不锈刚叶轮费用太高，使灌区难以承受，因此寻找新型材质替代不绣钢叶轮或设法延长其使用寿命成为灌区重点课题。

2 A3钢板焊接叶轮技术

2.1 钢板焊接叶轮引进与使用

2001年从甘肃景电灌区引进，由于采用3#耐气蚀钢板热压焊接成型叶轮，其机械性能优于不锈钢和铸铁，且易于加工，表面光洁度好，叶型符合设计，提高了水泵抗磨蚀能力，延长叶轮的使用寿命，一般可达铸铁叶轮的3倍以上，相比不锈钢叶轮也毫不逊色，大大节约了大修设备费和检修人工费。该技术先后在高明三级站的系列离心泵、南乌牛二级站的黄河泵、新民二级站和东雷二级站的研制泵进行应用试验。从2002年夏灌至2005年春灌结束，该叶轮运行时间为2 720.12 h，使该水泵大修周期延长为2 720 h，此叶轮经修复后又能继续使用，按此计算其使用寿命可达8 000 h以上，达到铸铁叶轮使用寿命2 000 h的4倍以上。其后南乌牛站2号水泵于2004年夏灌开始使用A3叶轮，到2005年春灌结束时已经运行 1 487.9 h，打开后该叶轮磨损比较严重，其磨损现状为:叶轮与密封环配合部位有一圈宽约2 cm、深约0.7 cm的U形冲槽，出口侧叶片两侧，均有一个长3 cm、宽1～2 cm、深约0.5 cm的凹槽，进口侧叶片状态良好无气蚀现象，运行时的平均流量4.4～4.6 m3/s叶轮与密封环配合部位简单修复后，又投入了运行，通过05年夏灌，该叶轮继续运行1 252 h，因磨损太严重而报废。钢板焊接叶轮没有经过防护处理，运行了2 740 h已接近或达到不锈钢叶轮的使用寿命。

2.2 喷焊 Ni－60合金粉末

Ni－60合金粉末具有很高硬度和机械性能，可大大提高零件的耐磨性能。黄河泵单级扬程高，水源含沙量在8%以上，对过流部件的磨损破坏非常厉害。钢板焊接叶轮虽然表面比较光滑，在抗气蚀方面有较好的作用，但因材质较软，抗磨损能力不及不锈钢叶轮。从2006年开始，同样安装A3钢板叶轮的新民二级站600DS－76*2水泵和东雷二级站800DS－75*3水泵，截止2009年夏灌已累计运行超过3 000 h行期间水泵过流部件没有进行大修过。在水泵在运行2 326 h后打开检查，水泵叶轮磨损很小，尤其是喷焊 NI－60合金粉末的叶轮端部，基本没有磨损。根据此经验，在2009年春灌结束后，对乌牛站新加工了2只叶轮，同时在叶片出口、密封环配合部位表面喷镀 NI－60合金粉末，有效地解决了水泵叶轮密封环配合部位和密封环磨损较快的问题，更进一步提高了A3叶轮使用的寿命，目前这2只叶轮经修补后还在使用。

3 A3钢板焊接叶轮的特点分析

1)A3钢材质与机械性能优于其它同类材质，且易于加工。近几年来，由于灌区种植结构的调整，灌溉配水的精度要求越来越高，对机组出水量的大小及稳定性的要求也越来越高，原来系列泵配套的铸铁叶轮属于系列定型产品，要增大或者减小流量，就需要重新制造模具，代价大，钢板焊接叶轮是用钢板焊接而成，减少模具制做费用;同时A3钢材机械性能优于铸铁，钢板焊接叶轮，工艺相对简单，易于加工，加工尺寸和叶片安放角度容易进行调整，叶型能符合设计，加工厂就能根据原机组的实际情况和出水量的具体要求，量体定衣，做出适合水泵灌溉机配的流量，也易于检修人员进行安装调试，目前东雷灌区高明三级站、南乌牛二级站正在使用的都是经过改型的加大流量钢板焊接叶轮，经2009年春灌观测，机组出水量增大了20%左右，且流量稳定。

2)焊接叶轮具有有可修复性。钢材具有良好的焊接性能，可以对叶轮冲刷、磨蚀部位通过焊接进行修复。A3钢板对叶轮冲刷、磨蚀部位通过焊接进行修复，对出口侧叶片两侧凹槽，用普通碳素钢焊条焊补后再用手提砂轮磨平，基本能修复至叶轮的设计性状，叶轮口环部位的U形冲槽补焊后用车床车削至叶轮加工尺寸，黄河泵叶轮每次修复费用约5 000元，系列泵叶轮每次修复费用约800～1 200元，经过对叶轮进行修复，可以延长叶轮使用寿命，达到费省效宏的目的。

3)修周期延长，节约维修费用，减轻职工劳动强度。焊接叶轮采用钢板热压焊接成型，表面光洁度好，抗气蚀性能好，叶轮使用寿命增长。在每次检修中，水泵转子无需拆卸，叶轮与口环配合部位的磨损处用电焊修补后，再用车床按叶轮加工尺寸车削或用环氧金钢砂修复，叶轮出口处的磨损处补焊好后用角磨机打磨平整，根据叶轮磨损状况可以进行多次修复。

4 结语

1)可在塬上各站进行推广。由于水泵扬程较低，加之水源含沙量较少，水泵运行环境相对稳定，焊接叶轮的修复周期约在3 000 h左右，可以多次修复使用，每只钢板焊接叶轮价格在4 000～7 000元左右，使用寿命最高可达10 000 h以上。每只铸铁叶轮价格2 000～4 000元左右，使用寿命一般为2 000～3 000 h，属一次性报废，不可进行修复，从性价比方面来看，钢板焊接叶轮明显优于铸铁叶轮，钢板焊接叶轮在东雷工程塬上各泵站已推广使用。

2)从南乌牛二级站试验的结果看出:钢板焊接叶轮材质软，钢板较不锈钢叶轮薄，制作工艺要求相对简单。在南乌牛二级站使用，因水源含沙量大且扬程高，致使第一只试验叶轮2 740 h左右就报废。随后通过对叶轮喷焊 NI－60合金粉末提高钢板叶轮的抗磨蚀性能，并在运行一段时间后进行修补，叶轮使用寿命大大延长。

3)根据配水需要，乌牛站使用四只叶轮中，一只为不锈钢叶轮，三只为钢板焊接叶轮，属于加大流量型，满足了配水需要。从东雷研制泵的使用情况来看，如果在泵站改造过程中，对高扬程泵站的泵型进行改进，降低水泵的单级扬程，焊接叶轮更值得推广使用。

TV675

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1004－1184(2012)05－0202－01

2012－08－13

张武强(1967－)，男，陕西大荔人，工程师，主要从事水利工程管理工作。