1.泵的结构描述

泵为单基础，机泵直连，安装在一个基础上。泵由三部分组成，即水下的工作部分、水上的出水部分和传动部分组成。

工作部分主要由吸入喇叭管、叶轮、导叶体等件组成。叶轮作为旋转件，在使用过程总受到泥沙的模式较为严重。

2.叶轮磨蚀情况说明

叶轮在使用一段时间以后，叶轮的叶片入口部分及叶轮的叶片出口部分被严重的冲刷磨蚀，叶轮流道的表面呈现鱼鳞状、沟槽状，冲蚀的凹陷坑顺着水流的方向分布，叶片的进口靠近前盖板边缘及叶片出口边被冲蚀损失严重。出口边磨蚀更为严重，磨损的凹陷更大，局部有穿孔的现象。如图1、图2所示。

图1 叶轮入口边磨蚀情况             图2 叶轮出口边磨蚀情况

3.原因分析

3.1海水中泥沙的影响

杭州湾海水中平均含沙量为2.5kg/m3，最大含沙量为4.22 kg/m3。海水中的泥沙为细颗粒泥沙，硬度很高，形状多为棱片状，粗颗粒泥沙几乎不存在。

海水中的泥沙含量大，硬度高是影响叶轮的主要外因。

3.2叶轮自身原因造成的影响

循环水泵为混流泵，其叶片的形状对磨蚀有一定的影响。一般来说，叶片的形状越合理，磨蚀程度越小。

叶轮为整体砂型铸造，叶片的几何形状不尽相同，特别是在叶片的进出口头部相差较大。这些差别直接影响叶轮的流体动力学性能。

叶轮的铸造表面一般会存在一定的表面粗糙度和不平整度,虽然经过简单的打磨,但缺陷还是存在的。这些缺陷会增加摩擦阻力增大了流体在叶片表面的摩擦力，也增大了泥沙的颗粒撞击的频率。

4.减少叶轮磨蚀的方法

4.1叶轮原型改造

4.1.1改善叶轮叶片的形状

叶片的形状应尽量减少流体的速度变化，避免流体在叶片表面产生剧烈的冲击和振荡。应使流体在叶片上均匀分布，不集中在某处，以减少局部磨蚀。

在叶轮入口位置，通过改变叶片入口边的弧度，来减小进口边缘处的流阻。入口边弧度的设计可以使流体在叶轮进入时产生较小的流阻，也减少了泥沙对叶片进口边的冲击。同时减少流体的湍流、旋涡等不稳定流动现象。减轻了泥沙对叶片的局部冲击与磨蚀。

适当的减小叶轮叶片出口角，可以在一定程度上减少流体在出口边缘的侧向冲击，从而降低磨蚀的可能性。

4.2流道抛光

采用抛光的方式增加叶片表面的光洁度，表面光滑的叶片可以减少流体在叶片表面的摩擦力，从而降低磨蚀的程度。

4.3更换水力模型及优化

更换新的叶轮模型，并对叶轮模型进行CFD优化设计——根据叶轮流道内的流场分析结果，通过适当的修改叶片进出口安放角及叶片型线的扭曲程度等方法实现叶轮的优化设计.优化后的叶轮在以下几个方面减少了磨蚀对叶轮的影响。

4.3.1减少了介质对叶轮表面的冲击力

叶轮进口面积增大，减小了进口流速，叶轮叶片表面受到的冲击力也相应的减小。这种冲击导致叶片表面的磨损和磨蚀也会相应地减少。

4.3.2降低了介质中悬浮颗粒的运动速度

介质中悬浮的泥沙的运动速度会随进口流速的减小而降低，从而减小了泥沙对叶轮叶片表面的磨蚀。

4.3.3降低了湍流程度

进口流速越小越均匀，流体的湍流程度越低。湍流程度的高低决定流体中的泥沙颗粒与叶轮叶片表面发生碰撞的激烈程度。进口流速减小并使流速均匀，在很大程度上减轻了叶轮叶片的磨蚀。

4.4选择耐磨材料

叶轮的材料也会影响磨蚀。选择适合的耐磨材料可以提高叶片的抗磨蚀性能，延长叶片的使用寿命。

由于是在海水环境下使用，原泵的叶轮材料选择为316L。与双相钢相比其材质偏软，耐海水腐蚀的综合性能偏低。所以材料推荐选择00Cr22Ni5Mo3N双相钢。两种材料的主要性能对比如下：

机械性能

耐晶间腐蚀性能（尿素级）

由上面数据不难看出，00Cr22Ni5Mo3N双相钢材料无论是从机械性能方面还是耐腐蚀方面都优于316L材料。所示，叶轮选择00Cr22Ni5Mo3N双相钢材料更适合海水环境下的泥沙磨蚀。

4.5提高叶轮流道的表面处理

可以通过以下几种方法提高叶轮流道内的表面硬度，增加流道耐磨蚀能力。

4.5.1流道表面进行喷丸处理

抛丸的作用不仅是清理工件表面，强化工件表面，使表面呈压应力状态，同时抛丸能提高表面硬度。

4.5.2流道表面进行陶瓷处理

叶轮流道表面采用等离子喷涂陶瓷涂层的方法来提高流道表面的硬度。陶瓷涂层不仅具有相当高的硬度，同时还具有很好的耐腐蚀能力。

5.结论

如上所述，可以通过多种方法提升叶轮在海水环境下泥沙磨蚀的能力。为了取得更优的结果，对其几种方法进行合理的技术融合。步骤如下：

首先，对原叶轮进行模型改造，并流道部分进行CFD优化设计。

其次，选择00Cr22Ni5Mo3N双相钢材料作为优化后的叶轮的材料。

最后，对加工后的叶轮内表面进行喷丸处理，对喷丸后的叶轮内表面再进行喷涂陶瓷。

上诉方法在实际的使用过程中取得了良好的效果。叶轮表面耐磨损、抗汽蚀的性能的到了显著的提升。叶轮单次的使用寿命由原来的3年增加到6年半。

由于陶瓷喷涂工艺的使用，可使叶轮等水力元件可多次修复，并能循环使用。符合可持续发展战略，具有可观的市场经济效益。

参考文献

[1]张维聚.含沙水流对泵的损坏及原因简析IJ1.水泵技术，1990，(4): 41-43.