德國Entsorgungsverband Saar（EVS）位于Saarbrucken-Brebach的污水處理廠內(nèi)，含有大量沙子和泥土的水對泵造成了嚴(yán)重的磨蝕。這些由鉻合金-鑄鐵制成的泵僅僅在一年之后就要被替換掉。長此以往，成本會非常昂貴。因此，該水廠對兩臺不同類型的泵進(jìn)行了測試。一臺帶有硬質(zhì)陶瓷涂層，另一臺帶有軟質(zhì)橡膠襯里。

　　兩臺泵在實際條件下同時作耐久性試驗，連續(xù)7個月每天6-8小時地輸送污水廠砂石通道內(nèi)相同的磨蝕性極高的污水。這段時間內(nèi)，陶瓷涂層有明顯的磨蝕跡象并徹底磨損，而橡膠襯里沒有變化就像新的一樣。橡膠既沒有溶解也沒有從泵的金屬主架上脫落。此外，橡膠襯里泵比目前所用的鉻合金-鑄鐵泵價格更低。

測試地點

　　EVS擁有129座污水處理廠，是德國最大的污水處理公司。該公司位于Saarbrucken-Brebach的第二大污水處理廠每年要凈化大約25000立方米的混合污水。這些污水通過一條55公里長的主集水河道被輸送到處理廠內(nèi)（圖1）。這條運河周圍居住著大約13.5萬人。

圖1. 位于Saarbrucken-Brebach的污水處理廠

　　因此，污水處理廠會接收到大量的砂石（有時是間歇性的）。7立方米/周是很平常的，有時三天內(nèi)即可累積14立方米。這些砂石很大一部分會在處理廠的雙通道砂石管道內(nèi)分離出來。毫無疑問，這對于泵是一個重大挑戰(zhàn)，特別是泵的流量會導(dǎo)致很高的流速。由于砂石數(shù)量多，泵必須承受砂水混合物的高度磨蝕。而且，每個通道內(nèi)的泵必須保持穩(wěn)定。

原來的泵送概念

　　通常，在這樣的磨蝕場合中，泵的材質(zhì)通常會選擇比灰鑄鐵還要硬的材料，大多是特殊的鉻合金-鑄鐵。這實際上也是Saarbrucken-Brebach處理廠的第一個選擇。

　　該污水處理建成后于2001年3月試運營。在最初的計劃和安裝階段，選擇了當(dāng)時已經(jīng)成熟的泵系統(tǒng)。對于兩條砂石通道， 所選用的潛水泵的水力部件均采用特殊的鉻合金-鑄鐵制造。這本該可以承受連續(xù)的應(yīng)力，但是僅僅一年之后，這些泵就已經(jīng)磨損，無法修復(fù)。唯一的選擇就是徹底替換。接下來幾年，幾乎每年都要進(jìn)行替換。終于，在2005年，EVS發(fā)現(xiàn)這種頻繁的替換非常昂貴，必須尋找其他解決方案。

尋找其他解決方案

　　一個專家小組對污水泵市場進(jìn)行了調(diào)查，并提出了兩種有前景的解決方案。第一個是帶有硬質(zhì)陶瓷涂層的泵，第二個是帶有特殊的軟質(zhì)橡膠襯里的泵。相對而言，第二種方案是一種較新的概念，但已在某些含有沙礫的場合和污水處理廠中得到了證實。雖然這種泵已經(jīng)上市兩年，但在德國的應(yīng)用并不普遍。

　　當(dāng)鉻合金-鑄鐵泵再次更換后，他們將兩臺新的泵放在一起進(jìn)行了對比試驗。Brebach處理廠內(nèi)恰好有兩條相同的砂石通道，輸送著相同數(shù)量的砂石。

　　供應(yīng)商在制造這兩臺不同的泵時，并不知道它們將用于做對比實驗。此外，兩臺泵的設(shè)計流量與原來的鉻合金-鑄鐵泵相同。兩臺泵需要保持同步運轉(zhuǎn)，所以它們的運行時間相同。橡膠襯里泵安裝在1號砂石通道內(nèi)，陶瓷涂層泵安裝在2號通道內(nèi)。

　　從2005年的9月到2006年的3月，整整七個月兩臺泵每天平均連續(xù)運轉(zhuǎn)6-8小時。測試期間（包括冬季），砂石的含量經(jīng)常是非常高的。在整個測試期內(nèi)泵都沒有出現(xiàn)停機。測試結(jié)束后，泵由處理廠的運營經(jīng)理打開。即使到這時，泵的供應(yīng)商仍未得知比較實驗的事情。

測試結(jié)果

　　圖2和圖3是一臺鉻合金-鑄鐵泵運轉(zhuǎn)一年后的狀態(tài)圖。可以看出，泵殼已經(jīng)不止一處出現(xiàn)了破裂。葉輪葉片也明顯磨損了。

圖2. 鉻合金-鑄鐵泵的泵殼已經(jīng)出現(xiàn)裂縫　圖3. 鉻合金-鑄鐵泵也出現(xiàn)了磨損

　　陶瓷涂層泵的狀態(tài)如圖4所示。經(jīng)過7個月的運轉(zhuǎn)，陶瓷涂層磨損嚴(yán)重。有幾個部位涂層已經(jīng)完全脫落，因此砂石直接磨蝕了灰鑄鐵的襯里材料。這臺泵雖然仍能運轉(zhuǎn)，但涂層已經(jīng)磨損，因此壽命不會太長。

　　橡膠襯里泵的入口表面、葉輪和泵殼幾乎沒有磨損的痕跡（圖5）。僅在葉輪葉片的末端橡膠襯里出現(xiàn)了破損，這可能是由于大塊的鋸齒狀石頭試圖通過泵造成的。然而，此處的橡膠襯里仍具有耐磨性能。雖然邊緣有些破損，但裂縫沒有蔓延。橡膠襯里既沒有分解，也沒有從基材上分離（圖6）。

圖4. 泵的陶瓷涂層也嚴(yán)重磨損　　圖5. 橡膠襯里泵狀態(tài)良好　　圖6. 葉輪的橡膠襯里有兩處破損，但裂縫沒有蔓延，橡膠也沒有從金屬基材上脫離

物理原理

　　通過泵的砂石以及相伴其中的小石塊具有堅硬的表面。當(dāng)堅硬的物體撞到另一個堅硬的表面（就本案例而言是鉻合金-鑄鐵或陶瓷涂層），兩個表面都會受到磨損。

　　兩個物體表面的硬度差越大，較脆弱部件的磨損越快。因此，灰鑄鐵泵比由更堅硬材料（例如鉻合金鑄鐵）制成的泵或表面更堅固的（陶瓷涂層）泵磨損得越快。然而，即使后者最終也會磨損。

　　當(dāng)堅硬的物體遇到柔軟有彈性的表面時，相互作用會截然不同。此時，軟的表面（本案例中為橡膠）是部分壓縮的，暫時被橡膠吸收的能量會返還給介質(zhì)，因此介質(zhì)就被推開。如此一來，橡膠表面就免受破壞了。只有動能非常大的大塊石頭無法被推開，才會破壞橡膠。硬的物體（沙子或小的石頭）被推開后不會沿著軟的表面滑動，因此再次大大避免了磨損。

橡膠襯里的限制

　　如前所述，如果通過橡膠襯里泵的石塊過大，它們不大可能被推開，從而造成橡膠的破損。這種情況在遇到邊緣尖銳的物體時同樣存在。但好在裂縫不會蔓延。此外，即使破損蔓延到基底材料上，破損處周圍的橡膠也不會與基底材料脫離。否則，泵會很快磨損。

測試后的測試

　　試驗完成后，橡膠襯里泵的葉輪在2007年6月被一個帶有橡膠襯里的葉輪替換。這一改進(jìn)是為了避免測試階段可能發(fā)生的微小磨損。2008年2月，泵的性能得以證實。經(jīng)過8個月的運轉(zhuǎn)，橡膠襯里依然如新。目前，這臺橡膠襯里泵正與另一臺硬質(zhì)鑄鐵泵進(jìn)行對比試驗，目前還未收到測試結(jié)果。

結(jié)束語

　　在7個月的現(xiàn)場試驗中，砂石通道中的橡膠襯里泵比鉻合金-鑄鐵泵具有更長的使用壽命，也超過了陶瓷涂層泵。這大大減少了運行成本，一個原因是壽命的延長，另一個是初期的采購成本較低。

　　對于橡膠襯里泵的壽命比硬質(zhì)材料泵的壽命長出多少，目前還沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù)。泵類制造商根據(jù)經(jīng)驗推測，其實際使用壽命取決于水中所含有的物體類型。大的石塊或邊緣尖銳的物體可能會破壞橡膠，因此應(yīng)該用硬質(zhì)材料泵來輸送。

　　然而，經(jīng)驗表明，在大多數(shù)應(yīng)用中，沙子或砂石會導(dǎo)致磨損，橡膠襯里泵具有使用壽命更長、初期成本更低的顯著優(yōu)勢。