冯 杰 周 伟 蔡 磊 赵文军

（江苏省骆运水利工程管理处，江苏 宿迁 223800）

1 概况

江苏省刘老涧抽水站工程属于加强黄淮海平原灌溉农业项目，是江苏省利用世界银行贷款和国内配套资金而兴建的。本站位于宿迁市宿豫区仰化镇境内的中运河上，直接抽引泗阳站送来的江水、淮水，沿中运河北调，属于江水北调第五梯级站，淮水北调第二梯级站。泵站安装3100ZLQ38/4.2型立式全调节轴流泵，配用TL2200－40/3250立式同步电动机4台套，设计流量为150 m3/s，总装机容量为8800 kW，设计扬程3.5 m。

刘老涧泵站建成于1996年，目前每年都要进行一台机组的大修。由于采用井筒分段式结构的全调节轴流泵，叶轮外壳沿叶轮中心水平剖分成上、下两半，其易损件为上、下外壳及叶轮。叶轮外壳整体更换比较麻烦，价格也高，以前对汽蚀较严重部位采用不锈钢焊条堆焊后打磨，不但效果很不理想，而且还可能由于铸铁件受热不均匀引起整个外壳崩裂。若对叶轮外壳进行整体更换，则需要进行扩大性大修，不仅工期长，过程复杂，而且造价也高（新的叶轮外壳要在水泵厂进行定做，需20～30多万元）。在本次刘老涧站2#机组大修中，我们采用了新型工业修补剂对汽蚀严重的叶轮外壳进行修补处理，施工过程只用了短短的两天时间，材料及人工费用只花费1万多元，经过近2年抽水及发电工况的运行实践，取得了良好的修复效果。

2 水泵叶轮外壳现状及汽蚀原因分析

2010年11月，我们在对刘老涧站2#主机进行解体大修的过程中，发现叶轮外壳叶片转动覆盖的区域（不锈钢围带下方）冲蚀磨损较为严重，汽蚀破坏最深达3 cm，汽蚀破坏面积达2.46 m2，主要分布在转轮中心线四周的旋转涡带处。汽蚀部位呈现大小不均匀的坑洞麻面，宽度约20 cm，表面布满锈迹，对机组的安全运行造成了一定的影响。

认真总结分析水泵运转过程中汽蚀的形成原因，有利于机组安全运行和检修方案的比选及最终确定。水泵在运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的部位）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量气泡；当含有大量气泡的液体向前行进经过叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧缩小甚至破裂；在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，瞬间产生强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将叶轮外壳的厚壁击穿，造成安全质量事故。

在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵的汽蚀过程。水泵产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外，还会产生很大的噪音和机组振动，并导致水泵的性能下降，严重时会使泵中液体流动中断，不能正常工作。由于汽蚀引起的水泵破坏需要泵站管理单位投入大量的人力和物力进行检修，因此，汽蚀对工程的安全运行危害十分严重，必须引起高度的重视。

3 运用新型修补剂的维修方案

由于刘老涧泵站为井筒分段式结构，水泵内部空间较狭小，叶轮外壳表面潮湿，需要先对表面进行处理。先使用砂轮机除去水泵外壳汽蚀表面的疏松结构，再使用喷砂方法，彻底去除叶轮外壳表面的锈迹及油污等。对于表面清洗工作，可以使用TS1755EF清洗剂进行，以提高机体表面与胶黏剂的结合强度。对于表面防腐工作，可使用TS406耐腐蚀涂层对汽蚀部位进行防腐处理，用毛刷进行刷涂，一定要涂覆所有待修表面，涂层不能太厚，固化4 h后方可进行下步工序，其主要起到表面防腐和抵抗膜下腐蚀作用，另外，与TS216产品的结合强度也更高。

具体使用材料及操作方法：使用可赛新TS216耐磨修补剂对汽蚀磨损部位进行修复，修补剂为双组分，胶泥状，以金属碳化物及超硬陶瓷为骨材的耐磨复合材料，广泛用于灰浆泵、水泵、风机、水轮机蜗壳等磨损、汽蚀部位的修复。具体操作时按比例调配修补剂，使用刮板等工具，用力填满待修复表面并压实，室温固化2 h后加温固化48 h。施工中，主要材料有 7套 TS406、15套TS216、18组TS1755EF等；所需工具主要有喷砂设备、角磨机、碘钨灯等。

可以在表面刷涂光滑涂层，由于涂层的自清洁性能与光洁度超过一般金属与复合材料，摩擦阻力减少，具有高弹性，能适应交替变形及温度的变化，抗汽蚀性能超过金属材料，试验证明可以提高水泵效率约3%～5%。

4 喷砂施工条件及工艺控制

叶轮外壳的整个维修处理过程要严格控制设备表面的温湿度，切实处理好叶轮外壳表面的锈蚀杂物，只有这样才能使得修补剂与基体附着更加牢固，才能真正对基体起到保护作用。实施工程中需采取如下措施对喷砂施工工艺进行控制：表面热喷涂之前，应将金属表面的铁锈、氧化皮、油污、焊渣、灰尘、水分等污物清除干净，使其全部露出灰白的金属本色，并且保持干燥，有一定的粗糙度，以保证热喷涂料与基体间有良好的附着力。喷砂机是喷砂处理的主要设备，在一定压力条件选取适当的磨料，可达到高质量的表面处理效果。喷砂用气操作时压力不少于0.5 MPa，采用流动式空气压缩机时，其排气量为6 m3/s，额定压力为 0.8 MPa，功率一般为37 kW。喷砂处理所用的压缩空气必须经过冷却装置及油水分离器处理，以保证压缩空气的干燥、无油。喷砂时喷嘴尺寸为6～8 mm，在使用过程中，由于磨损，孔口直径增大25%时宜更换喷嘴；喷嘴到基体金属表面宜保持100～300 mm的距离；喷射方向与基体金属表面法线的夹角以15°～30°为宜。喷砂用的磨料一般选用强度较高的石英砂,料径值在0.75～3.0 mm之间，磨料使用前必须干燥，含水量不得大于1%，否则必须进行炒砂或烘干处理。

喷砂处理不允许在潮湿的金属表面上进行，露天作业应采取必要的防雨防潮措施；必须注意工件温度和空气环境湿度，当空气湿度较大或金属表面温度低于露点以下时，应停止喷砂；经喷砂处理并检验合格的金属表面，在运输或防腐施工前应保持干净，避免沾染上水或油污杂质，并且不能直接用手接触金属表面，以防止局部返锈；已沾染上油污的金属表面必须用相应的有机溶剂进行处理，或者在去油处理后重新进行喷砂处理。喷砂处理后的金属表面，在空气湿度较大或周围有化学气体污染时，应在4 h内进行下道工序施工，在干燥洁净的环境条件下，应在24 h内进行下道工序施工。喷砂时操作人员应配戴防护用具，以保护身体不受飞溅磨料的伤害；在经喷砂处理后的大构件内进行防腐施工时，必须穿干净的工作服。

5 修补所取得的效果及应用推广

2012年10月，刘老涧站2#主水泵经过近2年共5016台时（其中抽水运行1787台时，反向发电运行3229台时）的运行，在拆开检查时，发现胶体对叶轮外壳的保护作用很明显，大部分没有脱落，只有极少部分处于修补的边缘地带，因本身胶体涂抹得较薄，加之此区域气蚀最为严重，有脱落和重新出现锈蚀的现象。

本次2#水泵修补涂抹胶剂平均宽度约15～18 cm，大部分胶质完好。但由于当时仅为应急修复，对接触面仅进行了简单的化学除锈处理后即进行涂层防护，试验配方为通用的可赛新耐磨修复配方，未针对大中型泵站的实际情况进行设计配比调整，且未经过具体的疲劳、老化和抗汽蚀试验，也未取得关键性的研究成果。因此，对此项工艺需要进行进一步深入研究，以期提出更有效的快速汽蚀修补技术及材料，力求在同类泵站中进行推广应用。

多种高分子材料复合的应用，可以有效提高耐磨涂层与基材的结合强度，并且保持材质表面良好的耐磨性与抗气蚀性能，相对传统的汽蚀修补技术和进口的修补材料具有抗汽蚀性能强、强度高、耐磨性好、施工操作简便以及投资少等特点，值得推广应用。在成功应用的基础上需要进一步改进工艺配方，研制出一种针对性更强的大中型水泵汽蚀修补新材料，以延长设备使用寿命，提高水泵的工作效率，降低设备更换成本，满足生产实际的需求。