蔡 建 仝妍妍 倪銘程 高 培

一、工程概況

劉老澗泵站位于宿遷市宿豫區(qū)仰化鎮(zhèn)境內(nèi)，建成于1996年，是江蘇省江水北調(diào)第五梯級(jí)泵站，也是南水北調(diào)東線第五梯級(jí)泵站之一，具有調(diào)水、擋洪等功能。劉老澗泵站改造工程改造前安裝了4臺(tái)套無(wú)錫水泵廠制造的井筒分段式全調(diào)節(jié)軸流泵及上海電機(jī)廠生產(chǎn)的大型立式同步電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)總流量150m3/s。水泵型號(hào)3100ZLQ38-4.2，葉輪直徑3.1m，單泵設(shè)計(jì)流量37.5m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程4.2m，轉(zhuǎn)速150r/min，配套電機(jī)型號(hào)TL2200-40/3250，容量為2200kW。

工程規(guī)模與主要建設(shè)內(nèi)容：按原設(shè)計(jì)規(guī)模進(jìn)行更新改造，改造后泵站設(shè)計(jì)流量仍為150m3/s，裝機(jī)4臺(tái)套，單機(jī)設(shè)計(jì)流量37.5m3/s。更換主水泵及主電機(jī)；更換主變、站變及所變，更換高壓開關(guān)柜及高低壓電纜，升級(jí)改造自動(dòng)控制、視頻監(jiān)視及水力量測(cè)系統(tǒng)等；設(shè)置流道進(jìn)口安全格柵，維修檢修門，增設(shè)出水側(cè)清污機(jī)起吊設(shè)施；新建下游清污機(jī)橋；混凝土病害處理，上下游引河清淤及護(hù)坡整修，新建35kV 戶內(nèi)變電所；管理設(shè)施完善等。本次主要總結(jié)分析水泵制造過(guò)程中轉(zhuǎn)輪室改造不同工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。

二、原水泵轉(zhuǎn)輪室存在的問(wèn)題及改造方案

1.轉(zhuǎn)輪室存在問(wèn)題

水泵葉片、轉(zhuǎn)輪室、導(dǎo)葉等過(guò)流部件汽蝕嚴(yán)重。轉(zhuǎn)輪室汽蝕帶寬度達(dá)到6cm，深度19.20mm，面積5783.88mm2，且一處有穿孔現(xiàn)象，穿孔直徑12.96mm。其中下哈夫汽蝕嚴(yán)重，不銹鋼襯帶有3處斷裂、脫落，最大面積為132cm2。轉(zhuǎn)輪室下哈夫有3處貫穿性裂縫，裂縫寬度5mm，長(zhǎng)度57cm，還有多處裂紋。下哈夫與底座緊固螺栓松脫并產(chǎn)生斷裂、錯(cuò)位，位移達(dá)5mm，轉(zhuǎn)輪室損壞嚴(yán)重。葉片間隙最大為3cm，間隙汽蝕導(dǎo)致葉片、轉(zhuǎn)輪室呈蜂窩狀，三只葉片均有磨損卷片，表面剝落，葉片最大磨損深度為5mm。由于長(zhǎng)期磨損、葉片汽蝕以及葉型變化，致使葉輪失去平衡，加之機(jī)組長(zhǎng)期在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，致使運(yùn)行中機(jī)組振動(dòng)加劇，加速了軸頸及軸承的磨損。葉片、轉(zhuǎn)輪室、導(dǎo)葉損壞嚴(yán)重，難以繼續(xù)安全運(yùn)行。

2.轉(zhuǎn)輪室改造方案

原轉(zhuǎn)輪室（上）與轉(zhuǎn)輪室（下）通過(guò)止口連接，且上下兩半件間沒(méi)有螺栓把合，運(yùn)行中止口容易松動(dòng)，造成止口磨損甚至斷裂，本次改造將轉(zhuǎn)輪室（上）與轉(zhuǎn)輪室（下）通過(guò)法蘭聯(lián)接，36 根M36的螺栓把合，定位銷定位，防止軸向及徑向串動(dòng)導(dǎo)致水泵振動(dòng)。同時(shí)將轉(zhuǎn)輪室的材質(zhì)由鑄鋼改為熱模壓不銹鋼，減少轉(zhuǎn)輪室汽蝕的發(fā)生，水導(dǎo)軸承瓦采用研龍彈塑性聚合物合金復(fù)合材料，減小磨損。改造前后轉(zhuǎn)輪室構(gòu)造示意圖見(jiàn)圖1。

三、轉(zhuǎn)輪室制造工藝

原水泵轉(zhuǎn)輪室為上下分瓣結(jié)構(gòu)，下半部分埋置于混凝土內(nèi)，材質(zhì)為鑄鋼，雖然內(nèi)表面鑲焊了不銹鋼帶，但是受制于鑲焊工藝的缺陷，不銹鋼帶容易起鼓、變形，從而引發(fā)葉片與轉(zhuǎn)輪室間隙改變，且發(fā)生汽蝕。本次改造后葉輪室的材質(zhì)由鑄鋼改為模壓不銹鋼，減少轉(zhuǎn)輪室變形及汽蝕的發(fā)生。四臺(tái)套水泵的轉(zhuǎn)輪室均為上下分瓣，內(nèi)部為球面結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)輪室與葉片之間間隙直接影響到水泵穩(wěn)定安全運(yùn)行。該轉(zhuǎn)輪室為工程主機(jī)組制造單位推薦轉(zhuǎn)輪室，采用模壓成型工藝制造，現(xiàn)就該工程淺談鑄造和熱模壓制造工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.鑄造工藝優(yōu)缺點(diǎn)

（1）鑄造工藝流程

鑄造就是將液態(tài)合金澆注到零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法。砂型鑄造生產(chǎn)過(guò)程：制模配砂→混砂→造型制芯→上涂料→配?！舷洹蹮挐沧ⅰ渖啊謇怼鷻z驗(yàn)入庫(kù)。鑄造工藝過(guò)程程序較多，因此影響鑄件質(zhì)量方面的因素多，鑄件內(nèi)在質(zhì)量控制較為困難。

（2）鑄造工藝優(yōu)點(diǎn)

①適應(yīng)性廣，成本低。對(duì)于鑄造來(lái)說(shuō)生產(chǎn)工藝成熟，適用性廣，可以加工制造小件、大件、簡(jiǎn)單件、復(fù)雜件，單件、大批量均可以采用鑄造。鑄造材料價(jià)廉易得，鑄型制造簡(jiǎn)單，對(duì)鑄件單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，鑄造生產(chǎn)常用的工藝可以有效節(jié)約成本。

②鑄件形狀、尺寸幾乎不受限制，可以鑄造外形和內(nèi)腔十分復(fù)雜的毛坯件。

（3）鑄造工藝缺點(diǎn)

①生產(chǎn)效率低。水泵轉(zhuǎn)輪室鑄件較為單一，砂型鑄造過(guò)程中每個(gè)砂質(zhì)鑄型只能澆鑄一次，獲得鑄件模型后砂型即損壞，必須重新造型，需要耗費(fèi)人力物力較多，砂型鑄件在生產(chǎn)效率方面較低。

②質(zhì)量控制困難。鑄件生產(chǎn)工藝較多，鑄件質(zhì)量控制起來(lái)較為困難，包括鑄件鑄型的剛度不高、化學(xué)成分配置復(fù)雜等。

③尺寸精度較差，加工余量大。由于水泵轉(zhuǎn)輪室精度要求高，鑄件產(chǎn)品粗糙度較高，精度差，因此加工余量較大。加工余量就是鑄件上需要切削加工的表面應(yīng)預(yù)先留有一定金屬厚度。鑄件產(chǎn)品需進(jìn)行二次精加工才能保證精度。

圖1 轉(zhuǎn)輪室構(gòu)造示意圖

④容易產(chǎn)生缺陷，廢品率高。在鑄造過(guò)程中需要控制的因素較多，鑄件容易出現(xiàn)縮孔、沖砂、夾砂、氣孔等，對(duì)鑄件質(zhì)量要求較高，鑄件廢品率就會(huì)上升。

2.模壓工藝優(yōu)缺點(diǎn)

（1）模壓工藝流程

模壓是通過(guò)采用萬(wàn)噸油壓機(jī)對(duì)鋼材逐點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)壓，使之成型的一種工藝。主要工藝過(guò)程為：模型設(shè)計(jì)→制?！骸尚?。

（2）模壓工藝優(yōu)點(diǎn)

①變形小。模壓過(guò)程中對(duì)需要模壓的壓力進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)行模壓，并考慮鋼材的回彈模量，提前考慮了鋼材變形量，因此在成型后變形小。

②無(wú)內(nèi)在缺陷。相比鑄造質(zhì)量，模壓采用原材料進(jìn)行模壓，前期對(duì)原材料質(zhì)量進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)合格后進(jìn)行，保證了原材料內(nèi)在質(zhì)量。

③生產(chǎn)周期短。設(shè)計(jì)模型后，方可進(jìn)行鋼板制模，制模完成后方可進(jìn)行成品模壓，針對(duì)劉老澗泵站工程，制模一次即可完成全部轉(zhuǎn)輪室，縮短了制模時(shí)間。

④節(jié)約原材料，產(chǎn)品重量大幅度減少。鑄造產(chǎn)品需考慮到精度問(wèn)題，需要預(yù)留部分余量，而模壓直接成型，不存在余量問(wèn)題，大大節(jié)約了生產(chǎn)材料。

（3）模壓工藝缺點(diǎn)

①產(chǎn)品數(shù)量少時(shí)，費(fèi)用大。模壓產(chǎn)品單一，制模后不可繼續(xù)使用，造成人工材料浪費(fèi)，產(chǎn)品數(shù)量少，將會(huì)導(dǎo)致費(fèi)用的提高。

②模壓工藝要求高。模壓要經(jīng)過(guò)精密的計(jì)算，包括壓力、模型、制模、回彈模量等多種因素，因此生產(chǎn)工藝必須十分精準(zhǔn)，才能保證產(chǎn)品模壓質(zhì)量。

四、結(jié)語(yǔ)

水利工程施工是一件較為復(fù)雜的工程，特別是水泵運(yùn)行狀況直接影響到一個(gè)泵站的效益，選擇轉(zhuǎn)輪室制造工藝，應(yīng)綜合考慮水泵轉(zhuǎn)輪室鑄造和模壓工藝各種因素，結(jié)合泵站自身的特點(diǎn)及運(yùn)行狀況通過(guò)綜合因素來(lái)確定。通過(guò)多方面比選，劉老澗泵站加固改造工程通過(guò)模壓工藝生產(chǎn)的轉(zhuǎn)輪室，精度高、變形小，節(jié)省了材料和工期，可在同類工程中推廣應(yīng)用■