水力机械的磨损和防护措施

水力机械的磨损和防护措施

周俊天

周俊天

（广西南鼎建设有限公司南宁530000）

摘要：加强对水力机械设备的磨损和防护措施的研究，有利于提高水力机械设备的使用寿命，减少对水环境的污染。加强对水力机械设备的磨损和防护措施的研究，有利于提高水力机械设备的使用寿命，减少对水环境的污染。本文针对水力机械运行寿命问题，从多个角度对磨蚀机理进行了研究，在总结多年电站工作经验的基础上，提出了合理安排水利枢纽、优化水力机械结构和基体材料等常见的抗冲蚀磨损方法，并深入研究了抗磨蚀的新材料和新工艺，对水利机械抗磨损研究的发展方向进行展望，旨在提高水力机械抗磨蚀技术的应用水平。

关键词：固液两相流；冲蚀磨损；水力机械；耐磨防护；措施

1基础背景

水力机械过流部件而导致的冲蚀磨损是目前生产当中是一种非常普遍的磨损形式，但是因它所造成的经济损失和工程危害十分严重，已经引起了广泛的关注，根据相关研究数据表明，冲蚀磨损占约占工业生产当中所出现的磨损总数的8%左右。众所周知，我国水力资源是较为丰富的，同时我国在水能的利用和能源规划当中也占有着突出地位，但由于我国河流水中含沙量非常大，因此，水流对机械部件的冲蚀磨损极为严重，这也是我国水利部门难以解决的一大问题。

水力机械设备在严重的冲蚀磨损作用下往往使得其本身的结构和材料受到较大的破坏，进而影响了水力机械设备运行的稳定性，比如水轮机出力减小，效率下降，转轮的检修和更换更加频繁，使用寿命减少等问题。不仅如此，对于水泵来讲，冲蚀磨损会导致水泵的过流部件效率降低、材料损失等问题，甚至导致水泵无法正常。而且，由于轴承在冲蚀磨损作用下极易引发转轮漏油等严重问题，对水环境造成严重的污染。其次，因为水力机械在冲蚀磨损的作用下往往会造成过流部件之间配合间隙增大的现象，加重了水污染和噪声污染的问题。另外，在冶金部门中通常是采用水力输送的方式来进行矿浆的运输，而这种方式一般会在工作机械中产生出大量的渣浆，这些砂浆在工作运行中具有较大的磨蚀性，往往会对水力机械设备造成严重的磨损现象。其实在我国在水力机械磨损的问题上已经有了较多的研究，但由于水力机械或旋转机械中研究的复杂、水的存在等问题给研究工作造成了一定的困难，本文就介绍一些较为典型的研究成果，并对水力机械磨损的研究作出简单的阐述。

2水力机械磨损规律实验研究

进行水力机械内部磨损冲蚀规律的研究是具有较大的价值的，一旦掌握了水力机械设备冲蚀磨损的规律，就能够有效的指导和促进机械材料磨损性能机制等方面的研究工作，进而不断优化水力机械部件的参数设计等，并通过合理的对机械设备运行状况进行控制，能够有效的提高水力机械的使用寿命和工作效率，从而也能够大幅降低水力机械过流部件的冲蚀磨损度。水力机械磨损规律的实验研究还要注重固液两相流的流场当中颗粒的运动轨迹，因为固体颗粒浓度的分布和流涕运行速度分布都会不同程度的影响水力机械设备冲蚀磨损的程度，要想更加清晰详细的了解固液两相流的实验中固体颗粒对水力机械设备过流部件的冲蚀磨损作用和强度大小，可以通过建立一个完整而且可靠的固液两相流冲蚀磨损模型来实现，从而保证在不同工作环境下都能够合理的进行预测。同时还要加强对固液两相流流场的研究工作。我国目前所采用的方法主要是利用不同的计算方法来对流场的信息来模拟数值，而且利用计算机流体数值来模拟的方法在近年来也得到了较快的发展，也逐渐受到人们的重视。

3采取水力机械设计优化和水工措施减少水力机械的磨损

水力机械过流部件的冲蚀磨损的一个相当重要的原因就是液体当中含有第二项固体颗粒对于各种部件材料表面的冲击力所造成材料的流失。通常液体当中的固体颗粒的浓度越大，其对水力机械材料表面的冲击力也就越大，所造成的破坏也就越大。因此如何降低水力机械介质中的固体颗粒浓度就成为了减小水力机械冲蚀磨损的关键因素。

3.1水电站枢纽设计当中考虑排沙措施为了可以减少水轮机的泥沙量，可以在水电站的枢纽设计当中充分利用本地的地形，对于底孔、流道进口高程等水工建筑进行合理的布置，来减少和防止粗颗粒泥沙过机，同时也可以利用水库来合理的蓄清排浑，调水调沙，减少通过机械的沙量。

3.2选择合理的机组参数，留有余量的安装高程，控制相对的过流速度水轮机的安装高程一般情况下，是根据水轮机的空蚀性能和电站的运行要求决定的，在当前情况下如果采用清水条件下的模型空蚀系数来计算泥沙量比较大的水轮机的吸出高程，是不符合实际情况的，因此必须要对该空蚀系数进行修正。控制过流速度和合理选择机组参数是建立含沙水流电站必须要考虑的因素之一，水流速度因素对于水轮机的泥沙磨损程度的影响很大，因此在那些泥沙较多的河流当中选择水轮机的参数必须要适当的降低参数水平，尤其是要控制过流的速度。

3.3水力机械过流部件结构的防护措施水力机械的过流部件的防护措施的设计是通过影响其固体粒子的冲击速度，冲击角度和流动轨迹来影响其使用寿命的，因此国内外很多的研究人员对此进行了很广泛的研究，并且建立了众多的计算方法和模型，通过模拟计算和实验相结合的办法为水力机械的设计提供了指导和理论基础。

4水力机械易磨损的部位的水机抗磨材料的研究和抗磨处理

减轻水流中固体颗粒对过流部件的冲蚀磨损，不仅可以通过控制运行工况、优化水力机械设备设计等方法来实现，还可以通过研究制造抗磨材料和提高水力机械本身抗磨性来实现。一般来讲，抗磨蚀的材料具备具备以下特点：高硬度、强韧性、晶粒颗粒细、质量均匀、疲劳极限高、结构致密、拉力强、可焊性、可加工性。就目前而言，水力机械的部件抗磨蚀材料主要由有色金属、铸钢和硬质合金等构成。通过实验研究发现，只有弹性好、层错低、弹性好、组织密、强韧性的材料才具有良好的耐蚀性。比如亚稳态奥氏体材料就是较为理想的水轮机过流部件的使用材料。这主要是因为金属材料强度较小，硬度较低的特性所造成的，从而这也就极大的限制了金属材料耐磨性能的提高。在抗浆料冲蚀磨损性能和金属表面复合材料的结构组织的研究上，目前已经取得了较好的工程使用价值。但是由于冲蚀磨损发生在水力机械过流部件的表面，因此采用耐磨蚀材料或者强化表面的耐磨蚀性等方法才能增强在过流部件表面的耐磨蚀性能，但这种方法在水力机械表面工程的研究来说还是一个新领域。

5总结

总而言之，在水力机械磨损问题的研究上已经取得了较大的突破与进展，但是这个问题仍然没有得到解决。即使在众多的国内外学者共同努力下，水力机械磨损的问题仍然需要进一步的深入研究。比如空气冲蚀理论和摩擦学应用到水力机械上还需要进行修正，另外，虽在以往的磨损研究当中所积累了大量的磨损资料缺乏系统性，比较分散，难以形成可供信赖的结论。

参考文献

[1]王志高.我国水机磨蚀的现状和防护措施的进展[J].水利水电工程设计,2002.

[2]徐宏远.水利机械中冲蚀磨损规律及抗磨措施研究进展[J].水力发电学报,2005.

[3]胡少坤.我国水机磨蚀的现状及防护材料的发展[J].水科学与工程技术,2009.