大型高扬程泵站叶轮的汽蚀磨损与修复

大型高扬程泵站叶轮的汽蚀磨损与修复

在泵站水泵运行中容易发生汽蚀损害现象，一定程度影响了设备的安全经济运行。由于设计与实际操作存在运行差异，加之各种因素变化带来的严重腐蚀性，进一步降低设备性能，增加能耗，同时也减少使用时间。因此，需要利用科学修复手段处理汽蚀磨损问题，提升设备运行效率。本文针对大型高扬程泵站设备，提出汽蚀磨损发生位置、原因，以及带来的损害，并讨论了有关的修复技术。

标签：叶轮；汽蚀腐蚀；修复

叶轮设计、制造技术，以及材质和加工精度都会对水泵使用时间造成直接影响，由于目前技术限制，使其产生很多缺陷，也不利于提升技术水平。比如选择铸铁材料，产生厚度误差，流道表面粗糙，加工消耗大量时间，操作难度大等，通过这一方法加工操作容易在进口位置发生气蚀，降低操作效率。为了提升抗汽蚀水平，强化耐磨性，应不断寻找全新工艺，进一步研究修复技术。

一、气蚀现象

（一）发生部位

泵站最为普遍的损坏形式是气蚀，具体在叶轮正背面和前盖内部表面出现。一般划分为空腔、冀型与间隙气蚀。在进口位置发生空腔气蚀，进一步向出口位置蔓延。叶片背面发生冀型气蚀的主要原因：形成较大的泵流量，选择叶片数量不准确，叶轮形状不理想。在运行间隙位置发生间隙气蚀的原因是较大的泄流、较小的间隙、较高的液稳以及高频率设备振动等[1]。

（二）主要原因

液体发生汽化产生气蚀，液体表面逸出分子，形成气体分子的整体过程。这一程度密切联系压力和温度因素。由于入口位置的压力明显低于水温操作的饱和压力，产生蒸发液体现象，气体在液体中溶解，当改变压力与温度时对外释放，产生汽穴。当降低内部压力，在这一温度状态下低于液体保护蒸气压时，局部出现气泡；在增加压力时周围压力突然挤破气泡，在惯性作用下挤压至气泡中心，严重冲击设备。这个局部持续冲击负荷严重损坏表面材料，剥蚀金属表面，进一步产生蜂窝形状的蚀洞。

针对泵站设备来讲，水冲击可以瞬间把液体能量转化为热能，提高局部水的温度，使金属材料发生化学腐蚀，由于机械剥蚀与化学腐蚀的统一影响，形成更大的破坏力[2]。

水的饱和蒸汽压力是指在一定温度下水沸腾汽化形成压力。若降低水流压力等于或小于这一温度形成的饱和蒸汽压力，沸腾汽化的水形成大量气泡。当高压区出现气泡以后，由于压力作用突然收缩凝结，原来占用的空间产生空腔水流，

利用高速撞击填充空腔，快速增加水压并形成较大热量。再一次发生汽化，气泡附近扩散水流，降低压力，引起周期性的压力波动。当产生气泡以及金属表面出现凝结现象时，此处由于物理与化学统一形成的剥蚀，产生麻点，逐步演变为蜂窝状，甚至引起穿孔破坏。

最初在进口低压区出现气蚀，不断降低压力，相应更容易沸腾水。在进口位置，由于吸水造成的真空以及运转降低的压力，为汽化创造了条件，当高压区出现气泡时，在附近高压的影响下气泡被压破，瞬间破裂，由于惯性迅速到达气泡中心，形成局部强烈的水锤现象。

二、造成的危害

（一）影响容积效率

发生磨损以后增加各个构件间隙，高压侧水流泄漏至低压室；缩短隔舌后在泵体内部环向流动水流，无法甩出出水口，降低了操作效率；磨損以后持续减少了出水量。

（二）形成噪音与振动

磨损以后发生蜂窝、麻面等现象，增加了水流阻力系数，同时引发水泵振动，形成噪音，较强的振动破坏了机组零件与结构。剧烈的压力脉动与流动颤抖对轴封、轴承等造成损毁；还可能迅速破坏流道，尤其是液体中包含腐蚀颗粒，共同作用的空蚀与磨蚀在短期内形成破坏[3]。

三、修复手段

（一）叶轮修复

修复损坏的方法有不少，比如涂护环氧树脂高分子涂料、高分子复合材料以及涂焊粉末等。其涂护环氧树脂高分子材料成本很低，操作简单，提高了修复位置的粘结力及有效吸收能量，体现出显著的抗汽蚀损强度，这种方法具有较强的可行性

（二）科学处置表面

处置表面质量一定程度影响了涂层粘结强度，操作之前要露出新鲜的材料表面。通过人工结合空气压缩气喷除锈方法，也就将表面存在的铁锈、油污等通过人工方法去除，之后通过风机压缩空气功能处置喷砂，达到最佳的除锈目标。

（三）焊补外壳

通常都是生铁铸造外壳，在修复损坏时采取冷热焊两种方法。在操作热焊之前应预热修补的具体位置，较长时间增加了操作难度，降低了使用频率。所以，

通常选择冷焊方法。焊补采取生铁焊条，逐层分段开展堆焊，操作每一层时都需要清除表面杂物，每次堆焊一段后采取小锤子实施敲打，从而降低操作内应力，避免发生变形。堆焊操作时应略微突出原来部件的表面，之后采取手轮对突出部分磨除，保证与原来表面平齐，若打磨处理后的表面依然粗糙，可以开展细磨，达到最终使用要求。外壳通过修复后，使用多年以后依然保持完好度，在焊补位置不会产生裂缝与脱落等问题[4]。

（四）泵轴修复

设备转动形成的重量与操作过程中形成的水动压载荷主要由轴承承载，同时也传输较大扭矩，向叶轮传递机械能。因此，当发生气蚀现象并严重磨损橡胶轴承时，应对其与有效修复，并及时更换设备。

之前损坏程度相对较轻以及磨损轴承时可以运回厂家进行修复，不仅成本较高，还会浪费大量时间，并且延长修复时间，对正常使用造成影响。为了节省资金与时间，后来选择现场镀铜修复方法。

修复操作时采取铲刀清除磨损指导露出新鲜金属表面，实施堆焊，注意这项操作时应高出原来的泵轴，采取车床消除，在实施细磨削加工，从而满足原来图纸设计要求。

四、结束语

气蚀磨损始终是泵站设备运行维护管理的重要问题，其中不仅水泵自身材料性能影响了破坏程度，还密切联系着安装条件、工作运行情况等因素，因此需要采取有关手段降低影响，深入分析气蚀产生的原因以及危害程度，并采取科学修复手段处理磨损部件。随着现代科技的发展，今后也会出现更多的新型材料与技术，必将可以更好解决这一问题。

参考文献：

[1]杨胜军，关荣生水泵转轮叶片的涂复措施及处理方法[J].中国农村水利水电，2016（3）：23-24.

[2]朱玉峰.离心泵中的汽蚀及其防护技术[J].河北科技大学学报，2015（3）：44-47.

[3]顾四行.抽黄水泵泥沙磨损及其对策[J].水泵技术，2016（2）：28-34.

[4]陈岩.不同材料抗气蚀性能的比较[J].热加工工艺，2015（6）：24-25.