概述水力機械磨損與防護措施

何玉玨

【摘 要】一般來說，水力接卸在固液兩相流的條件下往往出出現破壞程度不一的磨損現象，給工程實踐和經濟效益帶來很大的損失和嚴重的阻礙。本文就通過對水力機械磨損的規律和防護措施等方面進行深入的分析。

【關鍵詞】固液兩相流；沖蝕磨損；水力機械；耐磨防護；措施

1基礎背景

水力機械過流部件而導致的沖蝕磨損是目前生產當中是-一種非常普遍的磨損形式，但是因它所造成的經濟損失和工程危害十分嚴重，已經引起了廣泛的關注，根據相關研究數據表明，沖蝕磨損占約占工業生產當中所出現的磨損總數的8%左右。眾所周知，我國水力資源是較為豐富的，同時我國在水能的利用和能源規劃當中也占有著突出地位，但由于我國河流水中含沙量非常大，因此，水流對機械部件的沖蝕磨損極為嚴重，這也是我國水利部門難以解決的一大問題。

水力機械設備在嚴重的沖蝕磨損作用下往往使得其本身的結構和材料受到較大的破壞，進而影響了水力機械設備運行的穩定性，比如水輪機出力減小，效率下降，轉輪的檢修和更換更加頻繁，使用壽命減少等問題。不僅如此，對于水泵來講，沖蝕磨損會導致水泵的過流部件效率降低、材料損失等問題，甚至導致水泵無法正常。而且，由于軸承在沖蝕磨損作用下極易引發轉輪漏油等嚴重問題，對水環境造成嚴重的污染。其次，因為水力機械在沖蝕磨損的作用下往往會造成過流部件之間配合間隙增大的現象，加重了水污染和噪聲污染的問題。

另外，在冶金部門中通常是采用水力輸送的方式來進行礦漿的運輸，而這種方式一般會在工作機械中產生出大量的渣漿，這些砂漿在工作運行中具有較大的磨蝕性，往往會對水力機械設備造成嚴重的磨損現象。其實在我國在水力機械磨損的問題上已經有了較多的研究，但由于水力機械或旋轉機械中研究的復雜、水的存在等問題給研究工作造成了一定的困難，本文就介紹一些較為典型的研究成果，并對水力機械磨損的研究作出簡單的闡述。

2水力機械磨損規律實驗研究

進行水力機械內部磨損沖蝕規律的研究是具有較大的價值的，一旦掌握了水力機械設備沖蝕磨損的規律，就能夠有效的指導和促進機械材料磨損性能機制等方面的研究工作，進而不斷優化水力機械部件的參數設計等，并通過合理的對機械設備運行狀況進行控制，能夠有效的提高水力機械的使用壽命和工作效率，從而也能夠大幅降低水力機械過流部件的沖蝕磨損度。水力機械磨損規律的實驗研究還要注重固液兩相流的流場當中顆粒的運動軌跡，因為固體顆粒濃度的分布和流涕運行速度分布都會不同程度的影響水力機械設備沖蝕磨損的程度，要想更加清晰詳細的了解固液兩相流的實驗中固體顆粒對水力機械設備過流部件的沖蝕磨損作用和強度大小，可以通過建立一個完整而 且可靠的固液兩相流沖蝕磨損模型來實現，從而保證在不同工作環境下都能夠合理的進行預測。同時還要加強對固液兩相流流場的研究工作。我國目前所采用的方法主要是利用不同的計算方法來對流場的信息來模擬數值，而且利用計算機流體數值來模擬的方法在近年來也得到了較快的發展，也逐漸受到人們的重視。

3采取水力機械設計優化和水工措施減少水力機械的磨損

水力機械過流部件的沖蝕磨損的一個相當重要的原因就是液體當中含有第二項固體顆粒對于各種部件材料表面的沖擊劫所造成材料的流失。通常液體當中的固體顆粒的濃度越大，其對水力機械材料表面的沖擊力也就越大，所造成的破壞也就越大。因此如何降低水力機械介質中的固體顆粒濃度就成為了減小水力機械沖蝕磨損的關鍵因素。

3.1水 電站樞紐設計當中考慮排沙措施

為了可以減少水輪機的泥沙量，可以在水電站的樞紐設計當中充分利用本地的地形，對于底孔、流道進0高程等水工建筑進行合理的布 置，來減少和防止粗顆粒泥沙過機，同時也可以利用水庫來合理的蓄清排渾，調水調沙，減少通過機械的沙量。

3.2選擇合 理的機組參數，留有余量的安裝高程，控制相對的過流速度

水輪機的安裝高程一般情況下，是根據水輪機的空蝕性能和電站的運行要求決定的，在當前情況下如果采用清水條件下的模型空蝕系數來計算泥沙量比較大的水輪機的吸出高程，是不符合實際情況的，因此必須要對該空蝕系數進行修正?？刂七^流速度和合理選擇機組參數是建立含沙水流電站必須要考慮的因素之一，水流速度因素對于水輪機的泥沙磨損程度的影響很大，因此在那些泥沙較多的河流當中選擇水輪機的參數必須要適當的降低參數水平，尤其是要控制過流的速度。

3.3水力機械過流部件結構的防護措施

水力機械的過流部件的防護措施的設計是通過影響其固體粒子的沖擊速度，沖擊角度和流動軌跡來影響其使用壽命的，因此國內外很多的研究人員對此進行了很廣泛的研究，并且建立了眾多的計算方法和模型，通過模擬計算和實驗相結合的辦法為水力機械的設計提供了指導和理論基礎。

4水力機械易磨損的部位的水機抗磨材料的研究和抗磨處理

減輕水流中固體顆粒對過流部件的沖蝕磨損，不僅可以通過控制運行工況、優化水力機械設備設計等方法來實現，還可以通過研究制造抗磨材料和提高水力機械本身抗磨性來實現。一般來講，抗磨蝕的材料具備具備以下特點：高硬度、強韌性、晶粒顆粒細、質量均勻、疲勞極限高、結構致密、拉力強、可焊性、可加工性。

就目前而言，水力機械的部件抗磨蝕材料主要由有色金屬、鑄鋼和硬質合金等構成。通過實驗研究發現，只有彈性好、層錯低、彈性好、組織密、強韌性的材料才具有良好的耐蝕性。比如亞穩態奧氏體材料就是較為理想的水輪機過流部件的使用材料。這主要是因為金屬材料強度較小，硬度較低的特性所造成的，從而這也就極大的限制了金屬材料耐磨性能的提高。在抗漿料沖蝕磨損性能和金屬表面復合材料的結構組織的研究上，目前已經取得了較好的工程使用價值。但是由于沖蝕磨損發生在水力機械過流部件的表面，因此采用耐磨蝕材料或者強化表面的耐磨蝕性等方法才能增強在過流部件表面的耐磨蝕性能，但這種方法在水力機械表面工程的研究來說還是一個新領域。

5總結

總而言之，在水力機械磨損問題的研究上已經取得了較大的突破與進展，但是這個問題仍然沒有得到解決。即使在眾多的國內外學者共同努力下，水力機械磨損的問題仍然需要進一步的深入研究。比如空氣沖蝕理論和摩擦學應用到水力機械上還需要進行修正，另外，雖在以往的磨損研究當中所積累了大量的磨損資料缺乏系統性，比較分散，難以形成可供信賴的結論。

參考文獻：

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