趙惠莉

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400）

水泵主要向被輸送液體傳遞能量，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中易產(chǎn)生空蝕磨損，空蝕磨損程度較輕時(shí)會(huì)影響水泵運(yùn)行狀態(tài)，空蝕磨損程度嚴(yán)重時(shí)水泵出水量大幅下降，運(yùn)行效率降低，使用壽命縮短，甚至?xí)l(fā)一系列安全問(wèn)題[1]。

1 高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵空蝕磨損現(xiàn)象

高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵空蝕磨損最易發(fā)生在螺旋壓水室中兩邊靠近密封環(huán)的一周，空蝕穴的形成方向與水流方向一致?？拷芊猸h(huán)的一側(cè)，空蝕穴密集，磨損程度嚴(yán)重，越往外空蝕穴越少，設(shè)備受磨損程度相應(yīng)減輕。水泵中開(kāi)面鑄造結(jié)構(gòu)空腔附近，尤其是靠近密封環(huán)的地方，受間隙空蝕作用的影響溝槽深度較大，易形成高壓腔與低壓腔貫通的溝槽。部分沖蝕溝道出現(xiàn)在泵蓋、泵體與密封環(huán)結(jié)合的圓周面上[2]。

水泵運(yùn)行過(guò)程中泵體隔舌會(huì)受到較為嚴(yán)重的侵蝕與磨損，出現(xiàn)溝槽、空蝕穴等，導(dǎo)致隔舌端部縮短且厚度變薄，嚴(yán)重影響水泵整體運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，水泵運(yùn)行過(guò)程中葉輪葉片部位也易受到侵蝕與磨損，磨損時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)葉片邊緣產(chǎn)生較多的空蝕孔洞。兩側(cè)蓋板嚴(yán)重磨損時(shí)，葉輪直徑明顯變小，葉輪與口環(huán)配合的徑向密封面出現(xiàn)10 mm 左右的環(huán)向深槽。

2 高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵空蝕磨損的原因及危害

2.1 原因

導(dǎo)致高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵空蝕磨損的因素較多，如水泵揚(yáng)程、水泵材質(zhì)、水流含沙量、水泵性能質(zhì)量等。

水泵空蝕磨損與水泵吸水高度密切相關(guān)?；诹黧w力學(xué)和水泵設(shè)計(jì)原理可知，真空值超出臨界值就會(huì)產(chǎn)生空蝕磨損問(wèn)題。對(duì)比分析泵站設(shè)計(jì)裝機(jī)高度及實(shí)際裝機(jī)高度，可發(fā)現(xiàn)裝機(jī)高度設(shè)計(jì)過(guò)高易導(dǎo)致葉輪進(jìn)口處壓力低于規(guī)定值，從而引發(fā)水泵空蝕磨損問(wèn)題。

水泵揚(yáng)程會(huì)影響水泵磨損程度。水泵運(yùn)行時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)變成水流壓能，而壓能的產(chǎn)生主要靠葉輪離心力。由于切線速度與水泵揚(yáng)程的1/2 次方成正比，揚(yáng)程越高，切線速度越大，由高速水流造成的侵蝕與磨損就更加嚴(yán)重。因此，揚(yáng)程越高的泵站，水泵空蝕磨損現(xiàn)象越嚴(yán)重，水泵葉輪更換周期越短[3]。

水泵材質(zhì)也是影響磨損程度的重要因素。水泵設(shè)計(jì)中材質(zhì)控制十分重要，材質(zhì)不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致水泵磨損加速。通常情況下，材質(zhì)硬度越大越耐磨，不易出現(xiàn)空蝕孔洞。材質(zhì)彈性越好抵抗侵蝕與磨損的能力越強(qiáng)，因?yàn)椴牧蠌椥暂^好時(shí)可吸收泥沙顆粒的高速動(dòng)能，大幅度減小泥沙對(duì)水泵造成的負(fù)面影響。一些高揚(yáng)程電力提灌泵站之所以易出現(xiàn)空蝕磨損問(wèn)題，是因?yàn)椴牧腺|(zhì)量不達(dá)標(biāo)[4]。

一些揚(yáng)程較小的泵站，水流含沙量較大是導(dǎo)致水泵發(fā)生空蝕磨損的主要原因。水流含沙量過(guò)大或泥沙粒徑較大時(shí)，水泵出口高速水流區(qū)逐漸產(chǎn)生空蝕孔洞，隨著空蝕孔洞的增加，水流阻力相應(yīng)增大，導(dǎo)致泥沙對(duì)水泵的磨損更加嚴(yán)重。

水泵制作精度不高或工況達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，易受泥沙磨損而出現(xiàn)一些運(yùn)行故障。因此，優(yōu)化水泵制作工藝，提高水泵精密性是改善水泵空蝕磨損問(wèn)題的重要措施之一。為了減輕水泵空蝕磨損程度，應(yīng)改善水泵運(yùn)行條件，阻止泥沙進(jìn)入泵體，及時(shí)更換易磨損部件。

2.2 危害

空蝕磨損會(huì)給水泵運(yùn)行造成很大影響，空蝕磨損嚴(yán)重時(shí)水泵的容積效率大幅度降低。水泵受到嚴(yán)重磨損后間隙明顯增大，高壓側(cè)水流向低壓室泄露，這一過(guò)程中水泵隔舌因磨損嚴(yán)重而縮短，無(wú)法發(fā)揮作用，導(dǎo)致水泵效率降低。水泵在長(zhǎng)時(shí)間磨損后會(huì)出現(xiàn)溝槽、麻面及蜂窩等問(wèn)題，麻面和溝槽會(huì)給水流造成較大的阻力，使水泵在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生較大的噪音及振動(dòng)，導(dǎo)致水泵運(yùn)行效率較低。長(zhǎng)時(shí)間磨損后水泵的可用年限會(huì)縮短，且運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)各類故障，導(dǎo)致水泵運(yùn)維成本增加。水泵葉輪受到磨損后，出水量大幅度減少，間接導(dǎo)致能源消耗量上升，不利于資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)。

3 高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵空蝕磨損防范與處理對(duì)策

3.1 合理設(shè)定水泵吸水高度

真空值超出臨界值是導(dǎo)致水泵空蝕磨損問(wèn)題的原因之一，為了防止水泵出現(xiàn)空蝕磨損問(wèn)題，需對(duì)泵站實(shí)際裝機(jī)高度與設(shè)計(jì)裝機(jī)高度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，確保葉輪進(jìn)口處壓力低于要求值。

3.2 選擇適宜的機(jī)型

機(jī)型與水泵侵蝕磨損程度密切相關(guān)，機(jī)型合理時(shí)水泵設(shè)備不易受磨損，應(yīng)根據(jù)揚(yáng)程、泥沙含量等合理選擇機(jī)型。一般來(lái)說(shuō)，高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵出口邊流速不宜過(guò)大，且葉片厚度不能過(guò)小，出口邊流速小且葉片厚度大的水泵有較強(qiáng)的抗磨性能，較適合高揚(yáng)程電力提灌泵站。

3.3 調(diào)整裝機(jī)高度

為了減輕水泵運(yùn)行過(guò)程中的磨損程度，需對(duì)裝機(jī)高度進(jìn)行科學(xué)計(jì)算與合理調(diào)整。確定裝機(jī)高度時(shí)要綜合考慮水泵機(jī)型、泵站生產(chǎn)需求及水流泥沙含量等因素。相關(guān)人員需提前對(duì)水流中的泥沙含量進(jìn)行測(cè)定，適當(dāng)加大空蝕余量，保證水泵裝機(jī)高度科學(xué)合理[5]。

3.4 選用優(yōu)質(zhì)耐磨材料

高揚(yáng)程電力提灌泵站應(yīng)盡可能選用原材料質(zhì)量有保證的水泵，通過(guò)使用優(yōu)質(zhì)材料提高水泵的耐磨性，延長(zhǎng)水泵可用年限。尤其是水泵的易磨損部位，須選擇高性能材料。目前我國(guó)大部分水泵都采用鑄鐵制造，雖然經(jīng)濟(jì)成本較低，但耐空蝕性不強(qiáng)。可考慮用鎳鉻金材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，提升水泵的抗磨性能，減少泥沙等對(duì)水泵的影響。同時(shí)，積極研究新型優(yōu)質(zhì)材料，逐步增強(qiáng)水泵的耐磨性能。高揚(yáng)程電力提灌泵站中的水泵，可用有利于提升設(shè)備耐磨性能的噴涂材料進(jìn)行處理，如用等粒子噴槍將適量的硬質(zhì)金屬粉末噴涂到水泵部件表面，在水泵部件表面形成一定厚度的防護(hù)層，從而減輕水泵空蝕磨損程度。

3.5 創(chuàng)新水泵設(shè)計(jì)理念

泥沙較多的水域，易使高揚(yáng)程電力提灌泵站出現(xiàn)嚴(yán)重的水泵空蝕磨損問(wèn)題，為了保障水泵應(yīng)用性能及年限，需創(chuàng)新多泥沙水域水泵設(shè)計(jì)理念，減少泥沙造成的水泵空蝕磨損，提升水泵運(yùn)行效率及質(zhì)量，延長(zhǎng)水泵的使用壽命。

3.6 防空蝕磨損噴涂處理

3.6.1 噴涂非金屬材料 在水泵上噴涂復(fù)合環(huán)氧樹(shù)脂等非金屬材料操作容易、價(jià)格低廉，可有效預(yù)防水泵空蝕磨損問(wèn)題，可廣泛應(yīng)用于高揚(yáng)程電力提灌泵站。改性聚氨酯復(fù)合樹(shù)脂涂敷技術(shù)通過(guò)涂抹環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、石英砂、鐵紅等填充材料、增韌劑和稀釋劑等輔助材料形成抗腐蝕層，可明顯改善沙粒磨損及空蝕。復(fù)合樹(shù)脂的黏結(jié)能力強(qiáng)，操作比較簡(jiǎn)單，具有良好的抗腐蝕性，主要涂抹在泵體、葉輪和離心泵等部件的表層防護(hù)泥沙磨損[6-8]。

3.6.2 鑲嵌不銹鋼板 不銹鋼板具有良好的抗蝕性，鑲嵌在軸流泵葉輪內(nèi)壁可有效預(yù)防空蝕磨損。但在軸流泵葉輪內(nèi)壁鑲嵌不銹鋼板難度較大，且成本較高。

3.6.3 噴焊合金粉末 現(xiàn)階段我國(guó)在處理水泵空蝕磨損問(wèn)題時(shí)，常采用噴焊合金粉末法。噴焊合金粉末的主要優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)化水泵表面的金屬?gòu)?qiáng)度，使金屬表面能承載更大重力，以免受到泥沙破壞。該技術(shù)利用乙炔、氧氣混合燃燒形成的熱能，將合金粉末（鎳基、鐵基、鎳鉻基、碳化鎢等）加熱至熔融狀態(tài)或半熔融狀態(tài)后，迅速噴射到已經(jīng)清潔完的工件表層，與基體結(jié)合形成一層冶金防護(hù)層，熱影響范圍較小，具有較強(qiáng)的抗空蝕磨損性能，可延長(zhǎng)水泵的使用壽命。對(duì)于鑄鐵及鑄鋼的水泵而言，在其表面噴涂0.5～0.8 mm氧乙炔火焰，抗蝕性能可提高4～6 倍。此外，噴焊合金粉末能增強(qiáng)水泵葉片硬度和表面彈性，形成抗空蝕磨損保護(hù)層，延長(zhǎng)水泵使用年限。

3.6.4 焊接修復(fù) 采用焊接修復(fù)方式解決水泵空蝕磨損問(wèn)題時(shí)，需嚴(yán)格把控環(huán)境溫度，提升水泵修復(fù)效果。

3.6.5 HVOF 技術(shù) 該技術(shù)是一種高能?chē)娡考夹g(shù)，以氧氣和相關(guān)燃?xì)鉃闊嵩?，使砌體迅速膨脹，產(chǎn)生高壓，噴涂材料通過(guò)高壓噴射形成高速（2 馬赫速度）氣流。高速燃?xì)獠粌H可使粉末材料半融化，還能使材料加速運(yùn)行，將熔化后的材料均勻密實(shí)地噴涂在相關(guān)部件的表層，與基材共同形成抗腐蝕層。

3.7 合理選用施工材料

確定水泵工程建設(shè)目標(biāo)后，要合理購(gòu)買(mǎi)施工材料，嚴(yán)格落實(shí)管理及質(zhì)檢工作，保證施工材料與工程要求相符。若施工材料質(zhì)量不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則不能進(jìn)場(chǎng)使用，以此確保各項(xiàng)設(shè)備的應(yīng)用性能，防止工程出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。除此之外，從業(yè)人員需對(duì)施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行深入研究，根據(jù)施工圖紙落實(shí)施工技術(shù)[9-10]。

3.8 維修水泵設(shè)備

為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，泵站建設(shè)應(yīng)注重節(jié)能環(huán)保材料的應(yīng)用，盡量降低能源損耗，不斷應(yīng)用新型技術(shù)，延長(zhǎng)水泵工程的應(yīng)用壽命。水泵設(shè)備的前期設(shè)計(jì)及安裝環(huán)節(jié)較復(fù)雜，后期應(yīng)用中易出現(xiàn)問(wèn)題，影響水泵的正常運(yùn)行。因此，需全面落實(shí)后期維修工作，確保泵站正常運(yùn)行，延長(zhǎng)水泵使用壽命。

3.9 做好運(yùn)維管理工作

要減輕水泵空蝕磨損程度，還需做好運(yùn)維管理，如及時(shí)清除攔污柵前的雜物，減小水流阻力，從而減輕水流對(duì)水泵的侵蝕與磨損。水泵運(yùn)行過(guò)程中需采用各種方式確保水泵在高效區(qū)運(yùn)行，避免水泵壓閘運(yùn)行造成的水流紊亂、機(jī)組振動(dòng)加重水泵空蝕磨損程度。此外，還需監(jiān)測(cè)水流中的泥沙含量，采取有效措施降低水流中的泥沙含量，防止大量泥沙進(jìn)入泵體，從而減輕水泵空蝕磨損程度，延長(zhǎng)水泵使用壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵易受水流、泥沙的侵蝕與影響而出現(xiàn)溝槽、孔洞及麻面等問(wèn)題，導(dǎo)致水泵運(yùn)行效率降低。需結(jié)合相關(guān)規(guī)范與要求，根據(jù)泵站實(shí)際情況合理選擇水泵機(jī)型及裝機(jī)高度，嚴(yán)格管控泵站施工材料，并對(duì)水泵進(jìn)行防空蝕磨損噴涂處理，提高水泵的抗磨損性能。