橡胶降低污水泵运行成本

　　德国Entsorgungsverband Saar（EVS）位于Saarbrucken-Brebach的污水处理厂内，含有大量沙子和泥土的水对泵造成了严重的磨蚀。这些由铬合金-铸铁制成的泵仅仅在一年之后就要被替换掉。长此以往，成本会非常昂贵。因此，该水厂对两台不同类型的泵进行了测试。一台带有硬质陶瓷涂层，另一台带有软质橡胶衬里。

　　两台泵在实际条件下同时作耐久性试验，连续7个月每天6-8小时地输送污水厂砂石通道内相同的磨蚀性极高的污水。这段时间内，陶瓷涂层有明显的磨蚀迹象并彻底磨损，而橡胶衬里没有变化就像新的一样。橡胶既没有溶解也没有从泵的金属主架上脱落。此外，橡胶衬里泵比目前所用的铬合金-铸铁泵价格更低。

测试地点

　　EVS拥有129座污水处理厂，是德国最大的污水处理公司。该公司位于Saarbrucken-Brebach的第二大污水处理厂每年要净化大约25000立方米的混合污水。这些污水通过一条55公里长的主集水河道被输送到处理厂内（图1）。这条运河周围居住着大约13.5万人。

图1. 位于Saarbrucken-Brebach的污水处理厂

　　因此，污水处理厂会接收到大量的砂石（有时是间歇性的）。7立方米/周是很平常的，有时三天内即可累积14立方米。这些砂石很大一部分会在处理厂的双通道砂石管道内分离出来。毫无疑问，这对于泵是一个重大挑战，特别是泵的流量会导致很高的流速。由于砂石数量多，泵必须承受砂水混合物的高度磨蚀。而且，每个通道内的泵必须保持稳定。

原来的泵送概念

　　通常，在这样的磨蚀场合中，泵的材质通常会选择比灰铸铁还要硬的材料，大多是特殊的铬合金-铸铁。这实际上也是Saarbrucken-Brebach处理厂的第一个选择。

　　该污水处理建成后于2001年3月试运营。在最初的计划和安装阶段，选择了当时已经成熟的泵系统。对于两条砂石通道， 所选用的潜水泵的水力部件均采用特殊的铬合金-铸铁制造。这本该可以承受连续的应力，但是仅仅一年之后，这些泵就已经磨损，无法修复。唯一的选择就是彻底替换。接下来几年，几乎每年都要进行替换。终于，在2005年，EVS发现这种频繁的替换非常昂贵，必须寻找其他解决方案。

寻找其他解决方案

　　一个专家小组对污水泵市场进行了调查，并提出了两种有前景的解决方案。第一个是带有硬质陶瓷涂层的泵，第二个是带有特殊的软质橡胶衬里的泵。相对而言，第二种方案是一种较新的概念，但已在某些含有沙砾的场合和污水处理厂中得到了证实。虽然这种泵已经上市两年，但在德国的应用并不普遍。

　　当铬合金-铸铁泵再次更换后，他们将两台新的泵放在一起进行了对比试验。Brebach处理厂内恰好有两条相同的砂石通道，输送着相同数量的砂石。

　　供应商在制造这两台不同的泵时，并不知道它们将用于做对比实验。此外，两台泵的设计流量与原来的铬合金-铸铁泵相同。两台泵需要保持同步运转，所以它们的运行时间相同。橡胶衬里泵安装在1号砂石通道内，陶瓷涂层泵安装在2号通道内。

　　从2005年的9月到2006年的3月，整整七个月两台泵每天平均连续运转6-8小时。测试期间（包括冬季），砂石的含量经常是非常高的。在整个测试期内泵都没有出现停机。测试结束后，泵由处理厂的运营经理打开。即使到这时，泵的供应商仍未得知比较实验的事情。

测试结果

　　图2和图3是一台铬合金-铸铁泵运转一年后的状态图。可以看出，泵壳已经不止一处出现了破裂。叶轮叶片也明显磨损了。

图2. 铬合金-铸铁泵的泵壳已经出现裂缝　图3. 铬合金-铸铁泵也出现了磨损

　　陶瓷涂层泵的状态如图4所示。经过7个月的运转，陶瓷涂层磨损严重。有几个部位涂层已经完全脱落，因此砂石直接磨蚀了灰铸铁的衬里材料。这台泵虽然仍能运转，但涂层已经磨损，因此寿命不会太长。

　　橡胶衬里泵的入口表面、叶轮和泵壳几乎没有磨损的痕迹（图5）。仅在叶轮叶片的末端橡胶衬里出现了破损，这可能是由于大块的锯齿状石头试图通过泵造成的。然而，此处的橡胶衬里仍具有耐磨性能。虽然边缘有些破损，但裂缝没有蔓延。橡胶衬里既没有分解，也没有从基材上分离（图6）。

图4. 泵的陶瓷涂层也严重磨损　　图5. 橡胶衬里泵状态良好　　图6. 叶轮的橡胶衬里有两处破损，但裂缝没有蔓延，橡胶也没有从金属基材上脱离

物理原理

　　通过泵的砂石以及相伴其中的小石块具有坚硬的表面。当坚硬的物体撞到另一个坚硬的表面（就本案例而言是铬合金-铸铁或陶瓷涂层），两个表面都会受到磨损。

　　两个物体表面的硬度差越大，较脆弱部件的磨损越快。因此，灰铸铁泵比由更坚硬材料（例如铬合金铸铁）制成的泵或表面更坚固的（陶瓷涂层）泵磨损得越快。然而，即使后者最终也会磨损。

　　当坚硬的物体遇到柔软有弹性的表面时，相互作用会截然不同。此时，软的表面（本案例中为橡胶）是部分压缩的，暂时被橡胶吸收的能量会返还给介质，因此介质就被推开。如此一来，橡胶表面就免受破坏了。只有动能非常大的大块石头无法被推开，才会破坏橡胶。硬的物体（沙子或小的石头）被推开后不会沿着软的表面滑动，因此再次大大避免了磨损。

橡胶衬里的限制

　　如前所述，如果通过橡胶衬里泵的石块过大，它们不大可能被推开，从而造成橡胶的破损。这种情况在遇到边缘尖锐的物体时同样存在。但好在裂缝不会蔓延。此外，即使破损蔓延到基底材料上，破损处周围的橡胶也不会与基底材料脱离。否则，泵会很快磨损。

测试后的测试

　　试验完成后，橡胶衬里泵的叶轮在2007年6月被一个带有橡胶衬里的叶轮替换。这一改进是为了避免测试阶段可能发生的微小磨损。2008年2月，泵的性能得以证实。经过8个月的运转，橡胶衬里依然如新。目前，这台橡胶衬里泵正与另一台硬质铸铁泵进行对比试验，目前还未收到测试结果。

结束语

　　在7个月的现场试验中，砂石通道中的橡胶衬里泵比铬合金-铸铁泵具有更长的使用寿命，也超过了陶瓷涂层泵。这大大减少了运行成本，一个原因是寿命的延长，另一个是初期的采购成本较低。

　　对于橡胶衬里泵的寿命比硬质材料泵的寿命长出多少，目前还没有统计数据。泵类制造商根据经验推测，其实际使用寿命取决于水中所含有的物体类型。大的石块或边缘尖锐的物体可能会破坏橡胶，因此应该用硬质材料泵来输送。

　　然而，经验表明，在大多数应用中，沙子或砂石会导致磨损，橡胶衬里泵具有使用寿命更长、初期成本更低的显著优势。