水泵母材和选材建议(下)
国内从20世纪70年代开始,结合黄河三门峡水电站改建发电和70年代初,黄河上大型电灌站的安全长效运行受到泥沙磨损的严峻挑战。针对多泥沙河流上的水轮机和水泵的开发,在材料优选方面也做了许多很有成效的工作。他们从材料开发着手,通过室内力学性能的筛选,进入含沙水流的模拟磨蚀试验比较,进而在电站或泵站实际运行考核。几乎经历30余年的试验的多个周期的反复。无论从感性认知到理性的提高,经历几代人的努力。
抗磨蚀材料从总体上讲应具备韧性强、硬度高、质量均一、结晶颗粒细,结构致密、拉力强、疲劳极限高的综合性能,并具有可加工性和可焊性。
抗磨蚀材料的试验研究与应用是通过探索、实践获得的。初期是首选追求高硬度的Cr5Cu和考虑抗空蚀疲劳为主的不锈钢OCr18Ni9Ti。当时20世纪70年代初,哈尔滨大电机研究所、清华大学和下放的水科院科技人员,在三门峡工地试验场地用黄河水进行了。
大量的各种材料的试验比较和筛选,在改建后的黄河三门峡4号机径流发电的水轮机上应用,筛选了Cr5Cu作为叶片正面抗磨保护焊片,OCr18N19Ti作为叶片背面抗空蚀保护焊片。实践中证明Cr5Cu的耐磨性不如环氧碳化硅涂层,OCr18N19Ti奥氏体不锈钢在浑水条件下抗磨蚀效果不好,以后在葛洲坝水电站改用马氏体不锈例0Cr13Ni4Mo、OCr13Ni6Mo。刘家峡水电站4号机又采用OCr13Ni5Mo铸造新转轮。这一类高强度不锈钢作为水轮机转轮结构材料在国际20世纪70年代已经广泛应用,其抗磨蚀性能有一定进展,最近又推出含碳量更低、焊接性能更好的ZG06Cr16N15Mo,它是由耐磨蚀性能优良的马氏体沉淀不锈钢(17-4PH)演变而来,贵州省鲁布革高水头水轮机转轮便采用16-5钢材料,经过6个汛期的长期运行,空蚀磨损轻微。21世纪初,三门峡水电站浑水发电试验表明,16-5铸钢的耐磨蚀性能优于13-6钢。另外水利部天津勘测设计研究院与德国KSB公司合作试验过的该公司高铬铸钢具有优异的耐磨蚀性能,但要特殊加工设备,由于投标万家寨引黄水泵没有成功,可惜未能在中国工程上应用,目前已用于国外挖泥船的水泵部件。多泥沙河流上的水轮机和水泵虽然都是含沙水流的过流部件,但因所处的作用不同,对国民经济的影响不一,以及成本预算的制约,往往先考虑水轮机的应用,逐步再向大型水泵上的移植,现在大型供水泵,因保证率的需要,即使成本较高也必须选择耐磨蚀性能优良的母材。但对以灌溉为主的多泥沙河流上的扬水工程用泵,由于保护涂层的可靠性与抗磨蚀性较母材更优良,建议在设计过流部件断面上留有表面再制造工程的保护涂层合宜余地,保护涂层可以在检修周期内被磨蚀后修复或重新涂复,而过流部件断面基本无影响,保证叶型完整可循环使用。而母材的选择不必像水轮机那样高标准,铸钢为基础就可以了。
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