陳 敏

(浙江湖州市吳興區(qū)排澇站，浙江湖州 313000)

湖州市吳興區(qū)排澇站管轄郭西灣、埭溪兩個(gè)圩區(qū).郭西灣圩區(qū)集雨面積115 km2，其中山區(qū)面積77 km2，平原面積38 km2，區(qū)域涉及道場(chǎng)、妙西、楊家埠、康山等四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道的31個(gè)行政村，圩區(qū)內(nèi)有郭西灣、七里亭(新、老)三座泵站，裝機(jī)臺(tái)數(shù)22臺(tái)，裝機(jī)功率2 780 kW，設(shè)計(jì)流量為60.8 m2/s.埭溪圩區(qū)集雨面積為42.38 km2，圩區(qū)涉及埭溪、東林等兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)11個(gè)行政村.圩區(qū)內(nèi)有埭溪(新、老)、往其三座泵站，裝機(jī)臺(tái)數(shù)13臺(tái)，裝機(jī)功率1 690 kW，設(shè)計(jì)流量為34.2 m2/s.

吳興區(qū)排澇站絕大部分泵站建于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，主水泵汽蝕、磨損破壞嚴(yán)重.由于汽蝕、磨損，造成機(jī)組振動(dòng)、噪音加劇，工作性能下降，嚴(yán)重影響了泵站的安全可靠運(yùn)行，降低了泵站效益的正常發(fā)揮［1-2］，因此對(duì)已建泵站做好水泵抗汽蝕及磨損防護(hù)措施工作顯示非常重要.

1 葉片的空蝕和磨損

1.1 葉片空蝕

由液體中逸出的氧氣等活性氣體，借助氣泡凝結(jié)時(shí)放出熱量，對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用，這種氣泡的形成、發(fā)展和破裂以致材料受到破壞的全過(guò)程，稱為汽蝕現(xiàn)象.軸流泵的汽蝕主要是輪緣間隙汽蝕、葉片汽蝕和輪緣泄漏汽蝕.其中輪緣間隙汽蝕和輪緣泄漏汽蝕是兩種非常重要的汽蝕，對(duì)軸流泵過(guò)流部件的破壞力較大，會(huì)在金屬表面出現(xiàn)麻點(diǎn)，或蜂窩狀，甚至穿孔，產(chǎn)生噪音和機(jī)組振動(dòng)，使水泵裝置不能正常工作.七里亭、郭西灣、埭溪站合計(jì)有四臺(tái)套水泵因無(wú)部件汽蝕破壞而被迫退出運(yùn)行.圖1、圖2是軸流泵發(fā)生汽蝕時(shí)的照片.

1.2 空蝕產(chǎn)生原因

空蝕通常發(fā)生在葉片背面的負(fù)壓區(qū)，有時(shí)波及到葉片的出口附近，它是由于低壓區(qū)形成的空泡在高壓區(qū)潰滅時(shí)產(chǎn)生巨大沖擊力的結(jié)果，其主要特征是麻面、蜂窩、孔洞狀［3］.就葉片泵中葉輪進(jìn)口處液體的流速與能量關(guān)系，最能揭示其本質(zhì)的是汽蝕的基本方程，它是研究葉片泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象的基礎(chǔ).在葉片泵的葉輪中，汽蝕最先發(fā)生的地方是葉輪中靠近泵殼處的葉片背面，離葉片進(jìn)口邊大約5% ～10%處，示意圖見(jiàn)圖3的K點(diǎn)所示.根據(jù)圖3可推導(dǎo)出葉片泵的汽蝕基本方程:

圖3 葉片翼型周圍壓強(qiáng)分布圖

要泵不發(fā)生汽蝕，就必須增大Δha，減少Δhr，要減少Δhr，則需要減小式(1)中的葉柵汽蝕參數(shù)，因此為抑制汽蝕需要優(yōu)化翼型結(jié)構(gòu).軸流泵汽蝕破壞的程度不僅與泵本身的汽蝕性能有關(guān)，還與泵的進(jìn)水流道、進(jìn)水流態(tài)、制造質(zhì)量、安裝條件、安裝精度、運(yùn)行工況、葉片材質(zhì)等諸多因素密切相關(guān).

1.3 葉片磨損

葉片磨損(或稱“沖蝕”)主要發(fā)生在迎流面，葉片表面水中泥沙水產(chǎn)生的高速摩擦，將金屬表面的顆粒層磨削掉而引起的表面破壞;另外調(diào)整含沙流在金屬凹凸不平的表面形成局部低壓漩渦，沙粒對(duì)表面反復(fù)沖擊使壁面破壞，由于泥沙棱角沖擊，單位面積上受到的壓力較大，通常與局部汽蝕共同作用，使金屬產(chǎn)生塑性變形，超過(guò)金屬極限強(qiáng)度而破壞.

2 汽蝕和磨損預(yù)防

2.1 工程預(yù)防措施

主要通過(guò)改善進(jìn)水流態(tài)來(lái)改善泵的汽蝕性能，進(jìn)水流態(tài)的改善可以有效地改善泵進(jìn)口的流速和壓力分布.其主要有:(1)進(jìn)水池的改造:進(jìn)水池內(nèi)的水流要平穩(wěn)均勻，不產(chǎn)生渦流和偏流.及時(shí)清除進(jìn)水池的污物，使水流暢通，流態(tài)均勻，軸流泵進(jìn)水口應(yīng)浸入水下1.0～1.5 m以下.(2)進(jìn)水流道的改造:幾何形狀要合理，水流速度、壓力分布變化均勻，無(wú)突變，無(wú)脫流與旋渦，保證入口流場(chǎng)的軸對(duì)稱性，進(jìn)口平均流速應(yīng)控制在0.5～1.0 m/s范圍內(nèi).(3)側(cè)向進(jìn)水的改造.

2.2 設(shè)計(jì)預(yù)防措施

在泵站規(guī)劃設(shè)計(jì)中，對(duì)建成后可能發(fā)生汽蝕，一般采取以下預(yù)防措施:(1)正確合理的計(jì)算水泵安裝高程(一般都把基準(zhǔn)面沒(méi)入水面之下1.2D進(jìn)，D進(jìn)為進(jìn)水喇叭口直徑或0.5～1.0 m的深度)，使它的安裝基面放在可靠的高程上.(2)理布置吸水管線路和選用合適的管徑，使整個(gè)吸水管路的損失揚(yáng)程值減為最小，確保水泵進(jìn)口處有較高的壓力.(3)正確合理地規(guī)劃設(shè)計(jì)引水建筑物，使引進(jìn)泵站進(jìn)水池的水流平穩(wěn)順暢，不發(fā)生漩渦等不穩(wěn)定流態(tài).

2.3 運(yùn)行預(yù)防措施

泵的汽蝕與泵偏離設(shè)計(jì)工況有很大關(guān)系，泵站管理人員應(yīng)熟悉水泵的汽蝕、磨損性能變化情況.因此對(duì)中小型軸流泵可利用葉片角度改變水泵運(yùn)行工況，使之與設(shè)計(jì)工況一致或接近，使葉片口角不因流量變化而發(fā)生大的改變.只有保持較小的葉片沖角，才能有較好的抗汽蝕性能，特別在低水位高揚(yáng)程下運(yùn)行時(shí)，更應(yīng)注意葉片角度的調(diào)整，使流量不要超過(guò)汽蝕允許流量.例如:1997年郭西灣泵站技術(shù)改造中新安裝900ZLB2.7-2.4軸流泵，安裝角度+2°，試運(yùn)行中，聲響、振動(dòng)異常，超電機(jī)額定電流，事后改小葉片角度，機(jī)組運(yùn)行正常.

另外，在運(yùn)行中要重視攔污柵的清污工作.不少中小型泵站攔污柵前污物雜草嚴(yán)重堵塞，造成柵后水位跌落，淹沒(méi)水深降低，造成裝置汽蝕余量下降，加劇了汽蝕發(fā)生和發(fā)展，因此泵站運(yùn)行中要做到及時(shí)清污.

3 空蝕和磨損修復(fù)

3.1 非金屬材料涂敷

主要以復(fù)合環(huán)氧樹(shù)脂涂層為主，如復(fù)合尼龍涂料、環(huán)氧金剛砂材料、聚型聚氨脂涂料等，其特點(diǎn)價(jià)格低，操作簡(jiǎn)單，便于中小型泵站廣泛使用.

3.2 不銹鋼板鑲嵌

采用不銹鋼板鑲嵌于軸流泵葉輪室內(nèi)壁，抗蝕效果較好，但該方法需在水泵廠內(nèi)進(jìn)行車削、鑲嵌、焊接等多種工序，所需時(shí)間較長(zhǎng)，費(fèi)用較貴.

3.3 合金粉末噴焊

采用合金粉末噴焊技術(shù)來(lái)進(jìn)行水泵葉片和葉輪室表面的強(qiáng)化處理，是目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速和應(yīng)用廣泛的一種金屬表面強(qiáng)化技術(shù)［4］.在普通鑄鐵、鑄鋼材料的表面利用氧乙炔火焰噴焊一層由鎳、鉻、鎢、鉬、鈷等稀有金屬組成的合金層，厚度僅需0.5～0.8 mm，合金層與母體材料為冶金結(jié)合，合金層表面硬度可達(dá)HRC60～80，抗汽蝕破壞使用壽命比原基材延長(zhǎng)4～6倍，利用這種技術(shù)可以使普通材料的水泵葉片、葉輪室表面形成一層高硬度、韌性的抗汽蝕和磨損的保護(hù)層，從而達(dá)到延長(zhǎng)水泵的使用壽命和周期.

3.4 焊接修復(fù)

采用普通焊條或不銹鋼焊條焊補(bǔ)空蝕破壞部位是目前中小型水泵的主要修復(fù)手段，在焊補(bǔ)修復(fù)施工過(guò)程中，應(yīng)注意環(huán)境溫度和對(duì)稱施焊等施工工藝要求.

4 結(jié)語(yǔ)

水泵中汽蝕和磨損破壞往往是設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、檢修、材質(zhì)等各種因素綜合作用的結(jié)果.合理選擇水泵抗汽蝕和磨損的工程與非工程方面防護(hù)措施，不僅可以延長(zhǎng)泵站機(jī)組的大修周期和使用壽命，而且可以保障泵站經(jīng)濟(jì)、高效、安全運(yùn)行，使泵站充分發(fā)揮社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益.

［1］丘傳忻.泵站［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.

［2］張德利.泵站運(yùn)行與管理［M］.江蘇:河海大學(xué)出版社，2006.

［3］鄭春梅.水泵的汽蝕原理及危害［J］.農(nóng)業(yè)科技情報(bào)，2009，41(3):58-59.

［4］孫廣垠，張 娟.水泵汽蝕的危害及其防止措施［J］.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2009，21(19):171-173.