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2024-KJ-2-014高泥沙河流高转速大型泵磨蚀与空蚀高性能防护关键技术及大型工程推广应用
日期:2025年01月06日    来源: 中国腐蚀与防护学会     分享:
获奖项目编号:2024-KJ-2-014
获奖项目名称:高泥沙河流高转速大型泵磨蚀与空蚀高性能防护关键技术及大型工程推广应用
第一完成单位:水利部杭州机械设计研究所(水利部产品质量标准研究所)
项目联系人:王明明
联系人电话:13756184025
联系人邮箱:wmm0507@126.com
项目简介:

  我国河流具有多泥沙特点,目前已建成灌溉排水泵站约43.5万处。其中30~40%水泵存在严重的磨蚀/空蚀问题,造成运行效率下降,维修频繁,危及设备和工程安全,影响数亿人口饮用水,每年造成数百亿元经济损失。高泥沙水流中大型泵的磨蚀/空蚀问题极其复杂。磨蚀涉及磨损、冲刷、腐蚀、疲劳等;空蚀涉及冲击、腐蚀、疲劳等。它们的存在形式或单独、或交替、又或耦合。即使在一个零件上也可能存在多种形式。它们和硬度、强度、冲击韧性、塑性、弹性、刚度、疲劳极限相关,也与材料的耐腐蚀性、抗氧化性等相关,解决难度极大。采用沉沙与排沙设施、水力和结构设计优化、改善母材、堆焊、喷焊等现有技术难以从根本上解决该关键难题。本项目通过对三相流数值分析技术、纳米技术、大气超音速火焰喷涂技术、高熵合金复合材料技术、气雾化制粉技术等深入的理论和技术研究,攻克了常规技术对防护区域针对性不强、涂层结合强度不满足高速冲蚀要求、狭窄空间难以喷涂、设备体积大难以现场使用等一些列关键技术难题,获得如下成果:开展了三相流分析研究,获得磨蚀、空蚀等分布规律,并从流体分析角度揭示了磨蚀/空蚀的物理机制,首次提出了大型水泵磨蚀/空蚀分区强化方法和防护策略,为大型泵表面精准防护提供了新范式。开发了新型高性能大型气超音速喷涂喷枪,并进行小型化研究,研制了现场用小型化超音速热喷涂装备;并针对狭窄空间开发了专用超音速可调喷涂角度的柔性化热喷涂喷枪。开发系列满足不同场景使用的抗磨蚀、抗空蚀及抗空蚀/磨蚀耦合破坏高熵合金/陶瓷复合配方,并预测了其性能。开发了专用柔性环缝超音速雾化喷嘴,获得流动性好、球形度高的粉末材料及其制备工艺。开发了系列大气超音速热喷涂涂层制备工艺,突破了涂层结合力。开发了狭窄空间增压-导流涂层制备工艺和切向渐变梯度涂层喷涂路径工艺,实现不同防护涂层之间的协调过渡。并将上述成果应用到国家重大工程中水泵等零部件上,实现了高性能抗磨蚀/空蚀防护。本项目研发的涂层平均抗磨蚀性能是ZG06Cr13Ni5Mo不锈钢的20倍左右,平均抗空蚀性能是ZG0Cr13Ni5Mo不锈钢的2倍以上。本项目技术成果经过第三方鉴定,整体水平处于国际先进水平。
  主要科技成果及推广应用:基于项目研究成果申请了专利20多项,其中获授权发明专利16项、实用新型专利1项,发表高水平论文15篇,出版专著1项。成果已成功应用在大禹沟、东雷、红寺堡等国家大型泵站及青铜峡、黄河小浪底、瑞丽江等50多个国家大型水电工程中,解决了水泵、水轮机磨蚀、空蚀问题,项目成果打破了国外对大型水力机械抗磨蚀/空蚀技术的垄断。产品不仅扩大了国内市场,也拓宽了国外市场,使国际合作和业务迈上了新的台阶。近3年累计新增销售额24亿元、新增利润12.1亿元,获得了显著社会经济生态效益。项目技术还可服务于机械制造、电力、海洋、船舶等行业零部件表面防护或修复,应用前景广阔。


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