水力机械中冲蚀磨损规律及抗磨措施研究进展分析

水力机械中冲蚀磨损规律及抗磨措施研究进展分析

李会在

五矿二十三冶建设集团有限公司 长沙 410007

摘要：由于水利水电工程机械在运行的过程中会受到一定程度的冲蚀磨损，给工程项目的施工质量造成严重影响，为了能够提高水利水电工程的施工效果，避免水利机械被冲蚀磨损而影响正常运行，必须要对水利水电机械抗磨损的相关策略进行研究，保证水利水电机械的整体运行质量全面提升。

关键词：水力机械；冲蚀磨损；抗磨措施；研究进展

在水利水电工程机械运行的过程中，大量的过流部件受到冲蚀磨损，很容易引发工程危害和经济损失。根据相关的数据资料统计显示，水利水电工程水利机械冲蚀磨损占据总破坏数的8%左右，在固液两相流工况的条件下冲蚀磨损，会导致机械材料损耗，也会影响水利水电机械部件的运行效果，由于我国的河流含沙量比较大，对水利水电机械磨损的情况非常严重。 一、水利机械冲蚀磨损的主要危害

由于水利机械运行的环境非常的恶劣，各种密封过流部件很容易承受巨大的冲击力引发冲蚀磨损等问题，还存在着彼此交互作用的问题，严重影响了材料的使用效果。从长期来看，在工况运行的过程中，如果没有对冲蚀磨损的机理以及抗腐蚀材料进行深入研究，很容易造成过流部件两相设计不够成熟完善，严重影响水利机械的使用寿命，引发巨大的经济损失^[1]。

例如，严重的水利机械冲蚀磨损很容易导致材料结构受到破坏，引发洞穿、磨坑的情况，给水利机械的安全稳定运行造成了非常严重的影响，最终使得水利机械使用寿命缩短、出力减少，效率下降，必须要进行频繁的检修。

水泵机械在长时间的冲蚀磨损之下，很容易引发过流部件材料损失、扬程效率降低，导致过流部件之间的间隙增大，在运行时会产生大量的噪音和污染，水利输送矿浆的过程中由于矿浆的腐蚀性比较大，磨损问题非常显著，引起密封失效，轮转轴承漏油问题相当严重，给生态环境造成严重破坏。 二、固液两相流流场对使机械磨损的理论

固液两相流流场中的颗粒浓度分布以及流体的速度都会对水利机械磨损造成不同程度的影响。为了确保对固液两相流中的固体颗粒产生的模冲蚀磨损作用，必须要建立完整的实验模型，对不同工况下的冲蚀磨损性能进行合理预测。利用实验的方式采取旋转仪盘的装置，模拟水轮机叶轮在固液两相流的状态下所受到的冲蚀磨损问题，能够根据模拟实验获得的实验数据，确保颗粒对材料表面的冲击性质进行分析^[2]。

在水利机械固液两相流磨损的分析过程中由于理论尚不完善，还缺乏普遍性和精确性等效果，必须要采取大量的磨损实验，这样才能够提高对磨损数值模拟的可靠性与精确性。 三、水利机械冲蚀磨损的主要优化措施

（一）排沙措施

在水利水电工程施工的过程中，由于过流部件磨损破坏，很容易引发水利水电工程机械运行故障，为此必须要积极加强对冲蚀磨损的主要产生原因进行分析。在水利水电工程施工建设的过程中液体中含有大量的两相固体颗粒，对过流部件的表面材料造成严重的冲击，磨损也会导致材料逐渐流失。当液体中的固体颗粒浓度过大时，毁于磨粒的冲蚀磨损相互作用，加剧了材料磨蚀的破坏效果。为此，最主要的就是降低液体中的固体颗粒浓度^[3]。例如，我国的三门峡水电站通过在溢流坝设置进口，利用洪水或者降低水库水位的方法，可以在近坝段形成较大调沙库容。有助于减少过激沙量。在发电运行前期还应该严格按照运行的具体情况进行判断，充分协调来砂的具体情况，尽量采取抵控泄流的方法，保证出流量的比例增加，减少过激沙量。

选择留有余量的装机高程确保过流速度得到有效控制

水轮机的装机高程与电站自身的运行要求具有明显的相关性，在清水条件下，通过对空蚀系数进行计算，可以正确分析泥沙河流电站的水轮机吸出高程，但是这一计算方式与实际情况并不完全一致，必须要清水模型公式系数来修正最终结果。合理的选择基础参数以及控制过流速度是水电站必须要充分考虑的因素，由于水轮机的泥沙磨损程度与水流速度具有非常大的关联。加强过流速度的合理控制，结合其他的实践结果进行分析，保证过流速度在合理的范围内，确保对多泥沙河流水电站的机械设备加以保护^[4]。 （三）水利机械过流部件结构参数的抗磨优化设计

水利机械设备的抗磨优化设计主要是针对固体粒子冲击角度，冲击速度以及流动轨迹进行判断，通过恰当的优化能够有效避免水轮机叶片受到严重磨损。在对水利机械结构改造的过程中，要确保叶片的活动配比效果最佳，改变导叶的冲击状态，减少导叶表面的流速，这样就能够避免固态泥沙对导叶造成的严重冲击，提高泵的处理效率，达到节能节约的目的^[5]。 （四）优化水利机械抗磨材料

在水利机械设计的过程中，必须要选择耐腐蚀，耐冲击的抗磨材料，这样才能够增强过流部件自身的抗磨性能，有效解决磨损的问题。大多数水利机械过流部件所采用的抗磨材料，主要以铸钢、铸铁有色金属为主，在实际运行的过程中，这些材料具有层错能低，弹性较高的特点，可以有效的抵消泥沙的冲击效应，也能够限制磨损的影响。由于水利机械的冲击，磨损主要表现为过流部件表面，可以适当的对过流部件做好耐磨涂层，提高其耐腐蚀耐磨的性质，保护整体的安全运行效率。

结束语：

在水利水电工程施工建设时，首先应该考虑排查措施，有效减少水流中的泥沙量，在设计时间应该充分的利用地形地势，对流到进口高程底孔以及相关的水电工程建筑进行合理的布局，有效减少过激泥沙含量，避免粗粒泥沙过激，应该合理的优化水利水库调沙调水的效果，做到蓄清排浑，减少过激沙量。

参考文献：

[1]田宏涛. 水力机械过流部件材料及防护工艺的抗泥沙磨蚀性能实验研究[D].西安理工大学,2019.

[2]张宏中,田磊,赵小康.水力机械抗磨蚀技术的应用与发展[J].内燃机与配件,2017(24):137-138.

[3]吴燕明,伏利,陈小明,周夏凉,毛鹏展,马红海.超音速等离子喷涂制备水力机械耐冲蚀涂层的研究[J].功能材料,2017,48(02):2001-2004.

[4]邓小亮,魏刚,曾文浩.端环氧基聚氨酯的合成及其改性环氧涂层的冲蚀磨损性能[J].塑料工业,2016,44(11):40-44+69.

[5]赵建华,纪秀林,杨臣,郭文强,马爱斌.WC–10Co–4Cr复合涂层和04Cr13Ni5Mo合金堆焊层的泥沙冲蚀行为[J].电镀与涂饰,2016,35(18):985-989.