陳金

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 白銀 730400）

泵站工程最主要的設(shè)備就是水泵，因?yàn)樗檬禽斔鸵后w、傳遞能量的載體和途徑，但如此龐大的輸送過程對于水泵各部件的損耗也是空前嚴(yán)重、不可避免的，尤其是高揚(yáng)程提水灌泵站，因?yàn)樵摰貐^(qū)的河流多沙石。之所以如此在意水泵的磨損，是因?yàn)槟p會降低水泵的效率，致使水泵出水量下降，但同時(shí)耗能又進(jìn)一步地增加，使得水泵的使用周期壽命不斷減少。而水泵本身就比其他設(shè)備壽命短，其頻繁地更換也使得管理費(fèi)用消耗數(shù)額驚人。對此，如何有效減少水泵的損耗、減少泵站工程的運(yùn)行消耗費(fèi)用是亟待解決的問題。

1 高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵空蝕磨損現(xiàn)象

高揚(yáng)程電力提灌泵站的水泵，空蝕磨損最嚴(yán)重的部分就是靠近螺旋壓水室的地方，那里有一周與兩邊的密封環(huán)位置極為接近，這一結(jié)構(gòu)十分利于空蝕穴的形成，因?yàn)槠浜退鞣较驇缀跻恢隆Ｒ虼?，越是靠近密封環(huán)，空蝕穴的數(shù)量越多，以至于水泵的磨損越嚴(yán)重，而空蝕穴的數(shù)量是與密封環(huán)的距離成反比的，而空蝕穴的數(shù)量又與設(shè)備磨損程度成正比。用專業(yè)理論知識來解釋空蝕穴的形成，其實(shí)就是水泵受到了間隙空蝕作用的影響，在這一作用的影響下會形成很多溝槽，因?yàn)楦邏呵慌c低壓腔相互作用、貫通。

除了密封環(huán)附近，泵蓋、泵體，甚至是密封環(huán)周圍的圓周面上都有可能出現(xiàn)沖蝕溝道。其實(shí)溝槽以及空蝕穴可謂是無處不在，因?yàn)楸皿w隔舌也會出現(xiàn)它們的身影，最終的結(jié)果就是隔舌端部縮短且厚度變薄，最后對水泵的運(yùn)用產(chǎn)生嚴(yán)重的阻礙。

2 高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵空蝕磨損的特性及危害

2.1 水泵空蝕磨損的特性

高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵與一般的水泵有著極大的不同，通過對其的仔細(xì)查勘可以發(fā)現(xiàn)，高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵中出現(xiàn)的空蝕穴總體呈現(xiàn)魚鱗狀，根本原因是隨著距離螺旋壓水室與密封環(huán)處越遠(yuǎn)，形成的空蝕穴就越少，由此形成的溝槽的深度也會不斷地變淺。另外，受到高壓腔和低壓腔作用而產(chǎn)生的溝槽也是魚鱗狀空蝕穴形成的原因之一。除了溝槽，高低壓的相互作用也會導(dǎo)致溝道的產(chǎn)生。更嚴(yán)重的，還有可能出現(xiàn)隔舌變薄的情況，這對于水泵的安全的維持有著威脅。同樣的，水泵的葉輪也會隨著時(shí)間受到磨損，其磨損主要集中于葉輪，具體就是葉輪的直徑越來越小?？瘴g穴、溝道以及溝槽等在水泵運(yùn)作過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象都會對水泵的工作產(chǎn)生影響，不但降低了水泵的工作效率，還會加快水泵的磨損。

2.2 水泵空蝕磨損的危害性

水泵的空蝕磨損必然會導(dǎo)致各個(gè)方面的危害的出現(xiàn)，具體可分為四方面。首先，是水泵的容積變小，因?yàn)殡S著磨損程度的不斷加深，水泵的部分部位之間的間隙會隨著加大，這就導(dǎo)致了水流從高壓室向低壓室流動，并且上文提到的隔舌厚度減小，這一現(xiàn)象會導(dǎo)致水分難以輸送，因?yàn)樗鲿谒脙?nèi)部形成閉環(huán)。其次，就是會產(chǎn)生極大的噪音，形成噪聲污染，因?yàn)槟p的加深使得機(jī)器內(nèi)部空間擴(kuò)大，從而導(dǎo)致了水泵振動頻率的加快，最終結(jié)果就是振動發(fā)出的聲音越來越大，并且溝槽等情況的出現(xiàn)也導(dǎo)致了噪聲污染的加重，因?yàn)闇喜蹠黾铀飨蛲廨斔蜁r(shí)的阻力，機(jī)器摩擦的聲音被擴(kuò)大了。再次，對于機(jī)器進(jìn)一步加快了其損耗，要明白，效率的降低也會導(dǎo)致耗能的加大，使得老舊的部件進(jìn)一步加速報(bào)廢。最后，就是能量消耗量在不斷增加，因?yàn)槿~輪直徑的減小降低了水泵工作的效率，而要用更低的效率輸送同樣多的水流，只能通過增加耗能。

3 改善高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵空蝕磨損現(xiàn)象的意義

近年來，水資源問題已經(jīng)成為一個(gè)世界性的命題，自人類社會步入工業(yè)社會以來，由于工業(yè)的快速發(fā)展，人們對于資源的需求越來越多，但也造成了越來越多的污染，其中，對于水資源的使用是十分無節(jié)制的，這就導(dǎo)致了21 世紀(jì)后地球的水資源已經(jīng)變得十分匱乏。除此之外，地球各種水資源分布不均的問題也十分嚴(yán)重，而經(jīng)過幾十年的探索研究，人們發(fā)現(xiàn)泵站能夠很好地解決水資源分布不均等問題，尤其值得一提的就是高揚(yáng)程輸水泵站，它對當(dāng)?shù)孛裆陌l(fā)展有著極其重要的意義。而高揚(yáng)程電力提灌泵站的工程設(shè)施的維修和更新也是一項(xiàng)大工程，從這兩方面來看，改善高揚(yáng)程電力提灌泵站也是刻不容緩的。

4 高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵空蝕磨損的影響因素

要想精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)對高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵磨損問題的解決，最重要的就是準(zhǔn)確地把握影響空蝕磨損的各個(gè)要素。相關(guān)工作人員通過對6 個(gè)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各種性能的觀察與統(tǒng)計(jì)（見表1）總結(jié)了以下幾種影響要素。

表1 總干渠泵站裝機(jī)特性表

4.1 水泵揚(yáng)程

觀察表1 的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在吸水高度方面，總一泵、總二泵、總?cè)眠@三者之間的差距較大，受到的磨損也有所不同。從流體力學(xué)角度分析，通常將H 作為水泵的裝機(jī)高度的臨界值，通常情況下，水泵出現(xiàn)磨損是因?yàn)檠b機(jī)超過了H 值，因此在設(shè)計(jì)水泵時(shí)，要尤為重視H 的精準(zhǔn)計(jì)算。通過分析也可以發(fā)現(xiàn)，水泵的揚(yáng)程與其切線的速度呈現(xiàn)正比例的關(guān)系，換言之就是，揚(yáng)程越高，切線的速度就越大，反之亦然?？偠灾?，由于裝機(jī)高度和揚(yáng)程等各種因素，總一泵、總二泵、總?cè)盟艿降哪p是遠(yuǎn)大于總四泵、總五泵、總六泵的。

4.2 水流中含沙量和顆粒的大小

表1中，數(shù)據(jù)顯示總四泵、總五泵、總六泵的裝機(jī)高度都較低，按理來說，它們受到的磨損幾乎可以忽略不計(jì)，但其仍然出現(xiàn)了不可忽視的磨損，究其原因，是這三個(gè)水泵中輸送的水流含沙量過大，以及沙子的顆粒也不小。水流流通，加之沙石流過，造成磨損是意料之中的情形，但令人焦心的是惡性循環(huán)的發(fā)生，因?yàn)樗骱蜕呈斐闪四p，降低了水泵的工作效率，而磨損更加導(dǎo)致了水流輸送的困難，無頭蒼蠅一般在水泵中亂竄的水流進(jìn)一步損耗了元件，由此形成了一個(gè)閉環(huán)，對于高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵的發(fā)展是極其不利的。

4.3 水泵的材質(zhì)

對于水泵的建設(shè)來說，選擇優(yōu)質(zhì)的建設(shè)材質(zhì)是極其重要的。而要想找到最合適的建設(shè)材料，設(shè)計(jì)人員可以從水泵建設(shè)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和地勢地貌等各方面分析，秉持著因地制宜的設(shè)計(jì)理念。因?yàn)椴贿m合的材料不僅會降低水泵的輸送效率，更會損害水泵，減少其使用壽命。而彈性較強(qiáng)的材質(zhì)會是設(shè)計(jì)師的首選，高彈性對于泥沙流動產(chǎn)生的動能能夠有效地化解和吸收，減少了流動過程中對元件的磨損。

5 高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵空蝕磨損的改善對策

5.1 合理設(shè)定水泵吸水高度

通過調(diào)查會發(fā)現(xiàn)，水泵空蝕磨損出現(xiàn)的一大原因就是其真空值超出了水泵承受的臨界值。因此，只有保證實(shí)際裝機(jī)高度與設(shè)計(jì)裝機(jī)高度之間的誤差保持著一定區(qū)間內(nèi)，才有可能有效地減少磨損的發(fā)生的可能。

5.2 選擇適宜的機(jī)型

合適的機(jī)型能夠有效地減少設(shè)備所受的磨損，要根據(jù)實(shí)地的沙石含量、顆粒大小以及揚(yáng)程等方面的實(shí)情選取合適的機(jī)型。而對于高揚(yáng)程電力提灌泵站水泵的建設(shè)來說，最合適的機(jī)型應(yīng)該是葉片較厚、出口流速較小的水泵。

5.3 調(diào)整裝機(jī)高度

裝機(jī)高度更是影響水泵磨損程度的重要因素，裝機(jī)高度受到各個(gè)方面的影響，例如，機(jī)型、需求以及水流的狀態(tài)等，在進(jìn)行裝機(jī)高度設(shè)計(jì)時(shí)，要充分地考慮各方面的綜合因素，從而盡可能找到裝機(jī)高度建設(shè)的最優(yōu)解。

5.4 選用優(yōu)質(zhì)耐磨材料

正如上文所說，高揚(yáng)程電力提灌泵站的建設(shè)要選擇優(yōu)質(zhì)的材質(zhì)，這對于水泵的使用壽命來說是一個(gè)決定因素，越耐磨的材料所建設(shè)的水泵壽命周期就越長。對于水泵螺旋壓水室附件的位置，更要采取高性能的原材料，因?yàn)檫@些部位所受的磨損是最嚴(yán)重的。我國現(xiàn)今水泵建造在原材料方面仍然需要改進(jìn)，因?yàn)槿缃窠ㄔO(shè)材料大多選用鑄鐵制作，誠然，這種方式所需成本更低，但材料的耐空蝕性較弱，以至于各泵站水泵更換的頻率十分頻繁。對此，鎳鉻合金材料可以納入建造的考慮范圍，因?yàn)槠湓诳鼓バ阅?、減少磨損等各方面都有著優(yōu)勢。但替換是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要想真正在原材料方面取得進(jìn)步，最重要的是要加大研究新型優(yōu)質(zhì)材料的力度，創(chuàng)造出最適合水泵建設(shè)的材料。而對于高揚(yáng)程電力提灌泵站的建設(shè)來說，硬質(zhì)金屬粉末的運(yùn)用是十分有效的，可以用等粒子噴槍在水泵部件表面噴涂覆蓋，這就起到了保護(hù)膜的作用，在一定程度上減少了磨損。

5.5 防空蝕磨損噴涂處理

在高揚(yáng)程電力提灌泵站的水泵部件表面噴涂硬質(zhì)金屬粉，其本質(zhì)就是為水泵增加一層防護(hù)膜。因此，即使是非金屬材料也可以運(yùn)用到水泵噴涂的過程中，而且非金屬材料比金屬材料更加便宜，噴涂起來操作也更加便捷簡單，例如，改性聚氨酯復(fù)合樹脂，其組成成分主要是環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、石英砂、鐵紅等，再加上增韌劑和稀釋劑等輔助材料的融合，形成了有著強(qiáng)效的防腐蝕性的物質(zhì)，通過涂敷技術(shù)附于水泵外層，可以說復(fù)合樹脂對于磨損的減弱作用效果十分的顯著；而除了噴涂、涂敷技術(shù)，鑲嵌技術(shù)也在預(yù)防磨損中不斷地推廣運(yùn)用，具體來說，就是將不銹鋼板鑲嵌于水泵部件上，但鑲嵌技術(shù)存在著一個(gè)顯著的問題：難度大、成本高。所以，合金粉末也被運(yùn)用于這一領(lǐng)域，并且逐漸成為處理磨損問題最常用的手段，這主要是因?yàn)閲姾负辖鸱勰┠軌蛴行У貙⑺帽砻娴慕饘俚膹?qiáng)度強(qiáng)化，從性質(zhì)上改變水泵，而噴焊合金粉末這一技術(shù)的原理很好理解，就是將燃燒乙炔、氧氣后所產(chǎn)生的熱能加以利用，使得合金粉末融合至半熔融狀態(tài)，最后迅速將熔融狀態(tài)的合金粉末噴涂于水泵部件上，經(jīng)過冷卻就形成了一層有效的冶金防護(hù)層，噴焊過合金粉末的水泵葉片更加堅(jiān)硬，但也更有彈性。最后就是HVOF 技術(shù)的使用，這也是一種噴涂技術(shù)，但其實(shí)通過氧氣和相關(guān)燃?xì)獾娜紵沟闷鲶w迅速膨脹，產(chǎn)生了高壓，噴涂材料通過高壓噴射形成高速（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。

5.6 合理選用施工材料

施工材料的質(zhì)量也十分重要，對于其管理和質(zhì)檢工作的力度要不斷加強(qiáng)嚴(yán)格，以保證安全。一旦施工的材料出現(xiàn)質(zhì)量問題，不能使用事小，嚴(yán)重的可能會導(dǎo)致事故的發(fā)生。

5.7 做好運(yùn)維管理工作

過程是水泵建設(shè)的重點(diǎn)，但不能夠忽略建設(shè)完成后的維護(hù)修復(fù)工作，對于泵站內(nèi)的垃圾雜物要及時(shí)清理，暢通無阻地輸送管道對于水流阻力的減少十分重要。同時(shí)，要每日檢查水流的流向，以確保其運(yùn)作區(qū)域始終是在高效區(qū)，這對于水流紊亂等問題的規(guī)避十分重要。除此之外，也要注意水流的狀態(tài)，避免過多的泥沙流入水泵。

6 結(jié)語

高揚(yáng)程泵站水泵空蝕磨損形成所受到的原因是極其復(fù)雜的，并且各個(gè)方面都有可能造成極大的危害，不僅無法保證節(jié)能，甚至?xí)黾幽芎模瑴p少工程效益。因此，應(yīng)注重泵站建設(shè)各個(gè)步驟的規(guī)范要求，并且落實(shí)每項(xiàng)防范措施，以保證高揚(yáng)程泵站的可持續(xù)發(fā)展。