高分子刷涂陶瓷在水泵節能增效中的研究

馬琨巖　徐鵬磊　張寧　石福翔　趙蕾　田延凱

摘 要：介紹了水泵節能增效的意義及使用高分子涂料節能增效的實用性。高分子刷圖陶瓷的機械性能和使用該高分子涂料的涂裝工藝。高分子刷圖陶瓷在水泵節能增效的原理，并進行水泵涂覆前后比對試驗，分析試驗結果簡要說明應用高分子刷圖陶瓷節能的效果。最后說明使用該高分子材料后對水泵性能及水泵壽命的影響和最終帶來的社會效益。

關鍵詞：高分子涂料 水泵節能 增效

中圖分類號：TH38 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0091-02

泵是一種通用機械，它應用于國民經濟建設的各個領域，如：化工、石油、礦山、冶金、電力、國防、農田的灌溉與排澇、城市供水和排水等。長期以來統計國內外水泵數據，國產泵的泵效率比國外先進的水泵低5%～10%，尤其是當水泵長期運行運行一年以上時，由于沖蝕、氣蝕、腐蝕的原因導致葉輪、渦殼等過流部分損壞，使得水泵效率大大下降。所以，如果提高并保持水泵的效率，降低能耗，對整個社會具有深遠的效益。

泵的效率是反映泵本身節能效果的重要指標，只有減少泵的能量損失主要包括容積損失、水利損失、機械損失。泵的本身效率才能提高。從以上可知，泵的節能降耗工作可以從多方面抓起，如提高泵的制造精度；合理選型；減少設計時的裕量；采用可調速電機；合理配置管路系統等一系列措施。

對于大多數的工礦企業來說，盡管有很多方法，但是工藝流程設備生產現況均已定型，對已有設備進行重新開發設計制造或更新換代改造，將會帶來一筆很大的資金投入，如何在現有泵的基礎之上，以較小的資金投入、較短的待機時間，以較安全的施工方式對現有的泵進行改造，提高泵效，節能降耗，以達到泵的壽命周期內使用的最經濟性是一條捷徑。

高分子刷涂陶瓷可以很好地解決這個問題。

1 采用高分子刷涂陶瓷提高效率

節能原理：在水泵工作過程中，泵的能量損失主要是泵內流動的水受本身粘度及其與流道和泵葉輪表面的摩擦。泵所消耗的能量主要用于抵抗水表面的流動摩擦力及渦流阻力。水在流動過程中所消耗的能量（水頭損失）就是用來克服內摩擦力和水與設備界面的摩擦力。如果泵、葉輪表面光滑（這種表面稱為水力光滑表面）表面阻力較小，消耗能量就小。在水泵過流面和葉輪上噴涂高分子刷涂陶瓷，使其表面形成光滑表面，這種極光滑的表面減少了泵內流體的分層，從而減少泵內部紊流，降低了泵內的容積損失和水力損失，降低了電耗，達到降低水流阻力損失的目的，從而提高水泵的水力效率，同時在一定程度上也可提高機械效率和容積效率。（以下為高分子刷涂材料與其他不同材料表面粗糙度的對比數據。高分子刷涂材料表面：Ra=0.078μm、改性聚乙烯：Ra=0.54μm、玻璃鋼表面：Ra=2.15μm、碳鋼管表面：Ra=16.07μm。從對比數據可以看出高分子刷涂材料的表面粗糙度要比其他材料小一個或幾個數量級。）

2 高分子刷涂陶瓷的機械性能

高分子刷涂陶瓷具有優良的機械性能，高分子復合材料本質是高分子聚合物，具有抗化學腐蝕性，可以提高泵的抗腐蝕性，能大大增強泵抵抗沖蝕和腐蝕的能力，其結構致密，能隔絕空氣、水等介質和水泵葉輪母材的接觸，最大程度減少電化學腐蝕及銹蝕。其優良的機械性能可以保證涂層在水泵葉輪在高速旋轉的過程中不會破損脫落。（使用30 MPa高壓水進行的沖刷試驗，3 min后涂層無變化。）

進行25℃固化72 h試驗，最高工作溫度達到93℃，抗壓強度達到870 kg/cm2，抗沖擊強度到達56 J/m，抗拉強度達到175 kg/cm2，硬度達到85（肖氏D級）。試驗使用的介質是冷換設備用循環水，水溫32℃，水壓0.35～0.45 MPa。

3 高分子刷涂陶瓷涂裝工藝

高分子刷涂陶瓷施工工藝簡單，可手工涂裝，也可以機械噴涂，有利于對現有設備進行改造，便于在廠礦企業生產環境中使用。施工中要嚴格按照涂裝工藝執行。涂裝前首先對設備表面進行噴砂處理，使其表面粗糙度達到75μm，然后使用丙酮等溶液清洗設備表面，對存在的空洞、微孔等缺陷使用應強超級金屬修補劑進行修補，修補完畢后進行高分子刷涂陶瓷的涂裝。涂裝分兩次進行，然后經過一定時間的固化就可投入使用了。

固化完畢后涂層厚度最少可以達到0.5 mm。

4 高分子刷涂陶瓷在水泵節能增效中應用的試驗

為驗證該材料在水泵效率提高方面的實際作用，筆者所在中心選取3種不同的新泵（井用潛水泵、多級離心泵、雙吸中開泵）對該材料進行刷涂前后比對試驗。

（1） 井用潛水泵：中心選用泵型為250QJ100-36-15，額定流量為100 m3/h，額定揚程為36 m，額定效率為75%，出口管徑為DN100。

在其他試驗條件均無變化的情況下：

噴涂前額定流量點的效率為70.57%，泵輸入功率為14.80 kW。

噴涂后額定流量點的效率為72.29%，泵輸入功率為14.61 kW。

噴涂后額定流量點效率提高1.72%，額定流量點軸功率減少1.36%。

（2）多級離心泵：中心選用泵型為D46-50×5，額定流量為46 m3/h，額定揚程為250 m，額定效率為62.26%，進管徑為DN80，出口管徑為DN80。

在其他試驗條件均無變化的情況下：

噴涂前額定流量點的效率為63.85%，泵輸入功率為49.64 kW。

噴涂后額定流量點的效率為66.07%，泵輸入功率為47.25 kW。

噴涂后額定流量點效率提高2.22%，額定流量點軸功率減少4.83%。

（3）雙吸中開泵：中心選用泵型為8SH-13，額定流量為288 m3/h，額定揚程為41.3 m，額定效率為81.76%，進口管徑為DN200，出口管徑為DN125。

在其他試驗條件均無變化的情況下：

噴涂前額定流量點的效率為81.45%，泵輸入功率為37.73 kW。

噴涂后額定流量點的效率為85.46%，泵輸入功率為36.46 kW。

噴涂后額定流量點效率提高4.01%，額定流量點軸功率減少3.37%。

由以上3個比對試驗可以得出，高分子刷涂陶瓷對水泵的效率提升效果十分顯著，在很大程度上減少了水泵的消耗功率。該材料對不同種類，不同口徑的泵提升效果也有所不同，流道越寬、口徑越大提升效果越明顯。

據統計2014年全國發電量達到54 638億kW，其中泵行業用電約占17%～21%，泵效率每提升一個百分點，所節省的電量是十分巨大的。在全民建設節能型社會的今天，提高大型循環水泵效率對于石化企業降低廠用電，節約成本既有很大的經濟效益又有巨大的社會意義。

因此這些長期運行的水泵需要及時進行節能改造。

5 結語

水泵的節能降耗，應在理論與實踐相結合的條件下不斷探索，大膽引用新技術，尋找更合理、經濟的節能措施。高分子刷涂陶瓷通過提高泵葉輪流道及泵殼的表面光潔度，相應減少流體阻力而提高水泵的效率，節電效果明顯。由于高分子刷涂陶瓷有良好的耐腐蝕性，防止泵葉輪及泵殼的腐蝕，保護水泵機體，防止局部沖蝕，并且具有抗氣蝕作用，可顯著延長水泵使用壽命。

參考文獻

[1] 陸愛良.高分子超滑涂層在水泵節能降耗中的應用[J].中國新技術新產品，2013（18）：9-10.

[2] 沈振安.高分子聚合材料在水泵上的應用[J].礦冶，2007，16（4）：51-53.