一种大流量高扬程引黄离心水泵耐磨口环及其制备方法与流程

本发明涉及大流量高扬程引黄离心水泵领域，具体涉及一种大流量高扬程引黄离心水泵耐磨口环及其制备方法。

背景技术：

我国西北干旱少雨地区虽有黄河穿过，但水低地高，人畜生存和农业生产常年受到严重的缺水威胁。为解决粮食生产缺水问题，修建了大量大中型灌排泵站，并从黄河中抽水进行农田灌溉和农业用水，为灌区群众脱贫致富、农业经济发展、生态环境的改善以及促进社会发展做出了巨大的贡献。

水泵长期遭受黄河泥沙磨蚀，导致泵壳、叶轮和口环等水泵过流部件磨蚀严重，造成泵站普遍存在运行效率低和能耗高等问题。大量实践经验证明：大流量高扬程扬黄水泵的口环间泄漏损失，是引起水泵容积率下降的主要因素，也是引起水泵效率下降的根本因素。黄河泥沙中成分比较坚硬，制造水泵的金属硬度远小于沙粒硬度，在扬程较高的前提下，泥沙磨损伴生汽蚀，汽蚀又加剧磨损，从而引发严重的磨蚀问题，高速含沙水流对口环的磨蚀，和该环与叶轮进口处及泵壳相互摩擦，导致金属表面保护层被冲刷掉，使水泵效率下降严重。试验观测数据表明：新安装的口环，运行4000h～5000h后，叶轮口缘单边平均磨损量超过2mm，口环磨蚀深度超过3mm，甚至出现穿孔情况，导致整个泵站系统引水效率下降，增加了用电量；一旦损坏到漏水量太大时，无法有效上水时就要更换，大大增加了泵站的维修养护成本，而且影响泵站供水效益和社会效益的发挥。

因此，必须解决水泵口环的磨蚀问题，提高水泵上水量，降低用电量，实现水泵节能增效的目标。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种大流量高扬程引黄离心水泵耐磨口环及其制备方法，与普通碳钢口环相比，其耐磨性和使用寿命至少能提高5倍，有效防止液体大量地从高压区流向低压区，保证水泵在高效率区内长期运行，实现水泵节能增效的目的。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

一种大流量高扬程引黄离心水泵耐磨口环，在原水泵口环内开有槽口，槽口内设有水泵外口环，水泵外口环内设有与其配合的水泵内口环：

水泵外口环包括钢板网和弹性体，钢板网与原水泵口环焊接并嵌入在弹性体一侧表面，该表面与原水泵口环内壁接触；

水泵内口环为碳化钨材质，表面覆有镍基硬质合金层；

水泵外口环和水泵内口环的中心线与叶轮中心线保持一致，水泵外口环内表面和水泵内口环外表面相配合。

进一步的，所述水泵外口环为钢塑复合聚氨酯水泵外口环。

进一步的，所述弹性体为高抗磨蚀聚氨酯弹性体。

进一步的，所述槽口呈L型。

进一步的，所述槽口在靠近叶轮一侧设有焊接坡口。

本发明还公开了一种大流量高扬程引黄离心水泵耐磨口环的制备方法，包括如下步骤：

水泵内口环制备：采用硬质合金厚膜被覆技术，制备叶轮口缘碳化钨钢圈内口环涂层，具体为，选择以镍基为基础的硬质合金，加入硼和硅后，使用热喷涂设备将耐磨金属粉末涂布于工件表面，完成涂层的初步成形，之后将涂层加热至1000-1050℃，使涂层与基材之间形成高强度冶金结合，确保涂层后续机械加工及长期运转使用下不发生脱落；

水泵外口环制备：选择适合于水利工程的聚氨酯弹性材料作为水泵外口环的主要材料，制作浇注磨具并装配在原水泵口环内壁，钢板网焊接在原水泵口环内壁，浇注聚氨酯弹性材料，完成磨具安装，进行高抗磨蚀聚氨酯真空浇注，固化、脱模、修复，形成钢塑复合外口环；

水泵内口环和水泵外口环装配：将浇注好的钢塑复合聚氨酯耐磨外口环按照水泵内口环尺寸和安装间隙，采用机械加工的方式，将其加工成为适合于水泵外口环安装的尺寸，然后将其安装至泵站。

进一步的，所述水泵内口环制备时，采用低频涡流对涂层进行加热。

进一步的，所述聚氨酯弹性材料为四氢呋喃聚醚型聚氨酯弹性材料。

本发明公开的一种大流量高扬程引黄离心水泵耐磨口环及其制备方法，具有以下有益效果：

(1)水泵叶轮内口环和外口环，分别采用耐磨性优良的碳化钨材料和抗汽蚀性能优良的聚氨酯材料进行加工，合理利用了材料的抗磨蚀性能，大幅度地提高了水泵口环的耐磨性和使用寿命。

(2)高抗磨蚀钢塑复合聚氨酯外口环制作工艺简单，根据水泵口环尺寸设计模具进行加工，适合批量化改造加工，是对报废的口环的再利用。

(3)碳化钨内口环采用抗磨性能优异的镍基硬质合金制备碳化钨涂层，并通过低频涡流加热使涂层与基材之间形成高强度冶金结合，适合批量化生产加工。

(4)内外口环协同工作，刚柔并济，既高抗磨蚀又保证水泵效率长期在高效率区稳定运行，达到水泵节能增效的目的。

附图说明

图1为本发明水泵叶轮结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图2的局部放大图；

图4为碳化钨内口环的俯视图；

图5为碳化钨内口环的剖视图；

图6为图4局部放大图；

图7为钢塑复合聚氨酯外口环的俯视图；

图8为钢塑复合聚氨酯外口环的剖视图；

图9为图7的局部放大图。

图中：1-水泵叶轮本体；2-水泵叶轮口缘；3-原水泵口环；4-水泵外口环；5-水泵内口环；6-镍基硬质合金层；7-钢板网；8-弹性体。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种大流量高扬程引黄离心水泵耐磨口环及其制备方法，与普通碳钢口环相比，其耐磨性和使用寿命至少能提高5倍，有效防止液体大量地从高压区流向低压区，保证水泵在高效率区内长期运行，实现水泵节能增效的目的。

请参见图1-图9。

一种大流量高扬程引黄离心水泵耐磨口环，在原水泵口环3内开有槽口，槽口内设有水泵外口环4，水泵外口环4内设有与其配合的水泵内口环5：

水泵外口环4包括钢板网7和弹性体8，钢板网7与原水泵口环3焊接并嵌入在弹性体8一侧表面，该表面与原水泵口环3内壁接触；

水泵内口环5为碳化钨材质，表面覆有镍基硬质合金层6；

水泵外口环4和水泵内口环5的中心线与叶轮中心线保持一致，水泵外口环4内表面和水泵内口环5外表面相配合，大大提高水泵口环的耐磨性和使用寿命。

在本发明的一种实施例中，所述水泵外口环4为钢塑复合聚氨酯水泵外口环，钢塑复合结构能够增加结构整体性和强度。

在本发明的一种实施例中，所述弹性体8为高抗磨蚀聚氨酯弹性体，该材料适合于长期水下工作，具有较高的弹性及强度，以及优异的耐水性、耐磨性、耐油性、耐疲劳、耐撕裂及抗震动性。

在本发明的一种实施例中，所述槽口呈L型。

在本发明的一种实施例中，所述槽口在靠近叶轮一侧设有焊接坡口，将碳化钨内口环与叶轮进行焊接安装。

本发明还公开了一种大流量高扬程引黄离心水泵耐磨口环的制备方法，包括如下步骤：

水泵内口环5制备：采用硬质合金厚膜被覆技术，制备叶轮口缘碳化钨钢圈内口环涂层，具体为，选择以镍基为基础的硬质合金，加入硼和硅后，使用热喷涂设备将耐磨金属粉末涂布于工件表面，完成涂层的初步成形，之后将涂层加热至1000-1050℃，使涂层与基材之间形成高强度冶金结合，确保涂层后续机械加工及长期运转使用下不发生脱落，经过高温处理后的涂层结构具强韧性，内部组织出现大量均匀散布的细微硬质颗粒，涂层硬度可达HRC58以上，使涂层具有良好的耐磨、耐汽蚀性能；

水泵外口环4制备：选择适合于水利工程的聚氨酯弹性材料作为水泵外口环4的主要材料，制作浇注磨具并装配在原水泵口环3内壁，钢板网7焊接在原水泵口环3内壁，浇注聚氨酯弹性材料，完成磨具安装，进行高抗磨蚀聚氨酯真空浇注，固化、脱模、修复，形成钢塑复合外口环；

水泵内口环5和水泵外口环4装配：将浇注好的钢塑复合聚氨酯耐磨外口环按照水泵内口环尺寸和安装间隙，采用机械加工的方式，将其加工成为适合于水泵外口环4安装的尺寸，然后将其安装至泵站。

在本发明的一种实施例中，所述水泵内口环5制备时，采用低频涡流对涂层进行加热。

在本发明的一种实施例中，所述聚氨酯弹性材料为非常适合于水利工程的四氢呋喃聚醚型聚氨酯弹性材料，材料测试表明该材料具有柔顺性好、耐水性强、抗磨抗汽蚀性能强、机械强度范围广、回弹性能好等优点。

本发明应用于西北扬黄泵站水泵口环抗磨技术改造。对已经运行一段时间(4000～5000h)的扬黄水泵，口环磨蚀严重导致水泵运行效率迅速下降，经常出现提不上水的情况，造成供水关系紧张，不利于灌区生产和社会稳定。

经大量试验，采用先进的硬质合金厚膜被覆技术，制备叶轮口缘碳化钨钢圈内口环涂层，选择以镍基为基础的硬质合金，加入适量硼、硅和其他元素后，使用热喷涂设备将耐磨金属粉末涂布于工件表面，完成涂层的初步成形，之后采用低频涡流加热将涂层加热至1000～1050℃，使涂层与基材之间形成高强度冶金结合，确保涂层于后续机械加工及长期运转使用下不发生脱落。经过高温处理后的涂层结构具强韧性，内部组织出现大量均匀散布的细微硬质颗粒，涂层硬度可达HRC58以上，使涂层具有良好的耐磨、耐汽蚀性能。

优选出非常适合于水利工程的四氢呋喃聚醚型聚氨酯弹性材料作为水泵外口环4主要材料，材料测试表明该材料具有柔顺性好、耐水性强、抗磨抗汽蚀性能强、机械强度范围广、回弹性能好等优点，为了增加聚氨酯材料的刚度和与原水泵口环3的连接强度，嵌入钢板网形成钢塑复合外口环。制作工艺为：磨蚀后的水泵口环机械加工→浇筑模具制作及装配→口环焊接钢板网→浇注聚氨酯弹性材料→模具安装→高抗磨蚀聚氨酯真空浇筑→固化→脱模→修复→产品。

如图2所示，结合图4所示碳化钨内口环的尺寸，在水泵叶轮口缘2上开环形方槽，并在靠近叶轮一侧开焊接坡口，注意环形方槽的中心线与水泵叶轮中心线保持一直。将加工好的碳化钨水泵内口环5安装至水泵口缘环形方槽内，通过交流焊机将其与叶轮口缘进行焊接，之后采用机械加工方式进行处理，使之满足口环安装的要求。

如图6所示，将浇筑好的钢塑复合聚氨酯耐磨外口环4按照内口环尺寸和安装间隙，采用机械加工的方式，将其加工成为适合于水泵外口环安装的尺寸，然后将其安装至泵站。

将安装后的口环，与普通碳钢口环相比，其耐磨性和使用寿命至少能提高5倍，有效防止液体大量地从高压区流向低压区，保证水泵在高效率区内长期运行，实现水泵节能增效的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。