水泵抗汽蝕磨損防護技術探討

□鐘錄正（五華縣小水電管理站）

1.水泵汽蝕以及磨損導致的危害

1.1 水泵汽蝕的現象及危害

汽蝕也可以稱為空化，屬于液體的一種物理現象。水在飽和狀態下形成的蒸汽壓力指的是水在一定溫度之下可以沸騰和汽化的壓力,具體如表1所示：

當水泵里的水流壓力下降至小于等于該溫度下飽和狀態的蒸汽壓力,水會進行沸騰汽化，進而出現大量的汽泡,當汽泡移至高壓區,會由于受壓而驟然收縮并凝結,原先的空間位置會出現空腔,為了充實空腔，水流質點發生高速撞擊,導致水壓驟然升高，而且形成大熱量,二度發汽化,而水流質點快速向汽泡四周擴散,導致壓力快速降低,最終導致汽泡的壓力出現循環波動。當汽泡在水泵金屬表面發生并凝結時,由于發生物理以及化學反應而出現剝蝕,水泵汽蝕的過程具體是產生麻點,進而逐漸變成蜂窩狀,一直到穿孔破壞。汽蝕導致的后果十分嚴重,它會導致水泵出現機械損壞，造成無法正常運行，水流質點互相碰撞，導致能量消耗過大，再加上汽泡嚴重堵塞轉輪流道,導致水泵性能逐漸下降,泵流量、效率以及揚程均都快速降低,更嚴重的是無法抽水。除此之外，汽蝕還會出現噪音,而且導致機組以及廠房發生劇烈震動,導致運行十分不穩定。

表1 蒸汽壓力表

1.2 水泵磨損破壞造成的危害

磨損破壞大多是在水泵的葉片、葉輪以及轉輪等的過水部件表面,通常磨損破壞也會對泵的性能產生直接的影響,改變泵內的水流態化,導致水泵流量、效率以及揚程均都快速降低，同時還會導致機組以及廠房發生劇烈震動,運行十分不穩定。

2.水泵汽蝕以及磨損防護技術的措施與效果

2.1 防治汽蝕以及磨損破壞的措施分析

以水泵汽蝕的發生機制為根據，可知，如果能夠確保水泵的進口以及可能出現的低壓區的壓力大于水的汽化壓力,即能減輕或者是避免形成輕汽蝕,所以防止汽蝕出現的措施具體為：第一，水泵補氣,如果低水位的水泵出現汽蝕而且導致機組振動的，則應進行補氣,效果會十分明顯。第二，水泵葉片的型線要好,這就要求生產廠家在進行各項制作操作時,需嚴控水泵葉片型線，以確保型線合格。第三，容易發生汽蝕處，應盡可能使用抗汽蝕及磨損的材料。例如合金鋼以及不銹鋼等等。第四，水泵安裝的高程必須科學合理,也就是在安裝水泵的高程應選在低處，這樣才可以有效提高泵內水流的最小壓力點壓力。第五，前池運行的水位必須合理。第六，要嚴控軸流泵葉片的安放角度，合理增加轉輪淹沒的深度。

2.2 堆焊法

堆焊法主要是借助電弧焊，融合焊層以及基體,結合強度十分高,可是堆焊法的金屬表面不夠平整，而且稀釋率又很高、涂層往往孔多，不夠密實，焊層的厚度不夠均勻，再加上加工的余量比較大,對各種基體材料均要求其可焊性要高。通暢堆焊法適用于水泵的過水部件汽蝕以及磨蝕破壞相對嚴重處。此項技術在泵站方面的應用比較多,例如水泵泵軸、導液體以及葉片之類的部件局部破壞嚴重處,采用堆焊法進行修復較容易實施，效果較好，可是也存在一定缺點:采用堆焊法解決的水泵葉片的表面,過后會在堆焊點四周出現其它汽蝕破壞,在底部則會發生磨蝕破壞。

經過加工之后的泵軸，在使用時均是比較正常,都可以達到較為完整的運轉周期,使用的效果均比較好。再次進行水泵的檢修時,可見泵軸通過堆焊處沒有顯著磨痕,而且抗磨蝕的效果顯著。

2.3 熱噴涂技術

熱噴涂技術主要是采取高溫火焰來融化合金粉末,通過高速噴射的方法將融化的合金粉末噴于基體的表面,此項技術的施工工藝方便、快捷，而且見效比較快，在修復工件時不容易發生變形，而且其噴涂的結合強度為電鍍的結合強度的3倍還多。此技術用于基體的表面處理，通常對工藝的要求比較高，和堆焊法比較,成型相對平整,而且也容易控制其的厚度,容易獲得熱源,在加工時不容易受到氣候的限制。可是因噴涂層是高速噴射的，是呈合金的粉末狀微粒,有規則地疊加起來,為層狀結構,在噴涂中,所有的粉末微粒都出現收縮和凝結以及變形之類的現象，還因在噴涂的過程，噴射壓力會受到環境氣溫之類因素的影響,所以噴層不夠平整。

再有就是由于合金粉末的各種機械性能比較有限，例如其的耐磨性以及硬度等，故熱噴涂通常用于保護汽蝕以及磨蝕均不是很嚴重的部件表面。此技術泵站長時間用于修復葉以及輪軸類的部件,其使用歷史比較久，目前仍在使用，其具體修復工藝如下，主要以軸類為主：第一、表面的處理。清除需噴涂表面的油脂污物，銹蝕表面采用車削處理，在必要的情況之下，應該進行噴砂處理,這樣才可以將新材基充分露出。第二、預熱。泵軸的轉速應該保持在60r/min,其的預熱溫度應該控制在120～300℃之間,最佳的預熱溫度在240℃左右。第三、表面磨光。為確保噴層粉末和機件之間的結合強度比較好,讓兩者互相融合,一定要在預熱之后，將機件的表面展開打磨處理,去除高溫的氧化層,繼續保持泵軸的轉速為60r/min。第四、噴工作粉。噴工作粉是為了保障其具有耐高溫、耐磨、耐腐蝕與耐氧化等作用,一般使用的工作粉包括鎳基 PTNi-250、G101、Ni60、G103及 G102、Fe-250A、鐵基PTFe-250B和Fe320等。鎳基合金粉功能與鐵基合金粉末更顯優越性,但價格卻高出鐵基合金粉末很多。第五、噴結合粉。在熱件及噴來的熱粉發生接觸時,兩者可互相融合、擴散,從而出現一種穩固的微冶金結合層,其和噴來的工作粉融為一體。通常結合粉所噴涂的厚度為0.1～0.2mm。一般使用的結合粉，如F-505鋁包鎳的復合粉末及高性能FF06.03鋁包鎳的復合粉末,但其價格較高。第六、加工技術。在為其噴涂層展開加工時，需采用韌性較強、材質較好、硬度較高的刀具,嚴密掌控其車削的進刀量與車床的轉速。保障車削量平衡穩定,全程的車削量應規定在0.25mm,而車床的轉速需掌控在190r/min,也就是說機件上的某點線運轉速度為60m/min,此外機件的表面光潔度需＞4。第七、冷卻處理。安置噴涂后的機件在自然冷卻后送入室溫,禁止采用降溫方法,避免噴層變形,而泵軸在車床的運轉速度需穩定在12r/min,嚴禁停車冷卻,防止機件在重力及高溫的環境中出現彎曲變形。

2.4 熱噴焊的技術應用

熱噴焊是采用合金粉末型材料熔點性低的一種保護技術，同時也是在熱噴涂于對焊的前提上建立起來的一項金屬表層面的防護技術，熱噴焊技術是采用氧-乙炔的火焰噴涂槍與合金型粉末結合后再將其噴射到個機器的表面，在其出現融化冷卻后，工件的表面形成一層輕薄平整的焊合狀表面層，適量添加不同比例的合金型粉末來提高工件表層的耐蝕性、耐磨性以及抗氧化性，噴焊的表層硬度數越高，就可以提升水泵的過流零件的使用年限。熱噴焊技術獲制成的噴涂層結構緊密，表面光整，同機械冶金配合，稀釋率很小，其噴層的厚度易掌控，所以這一項技術既可節約材料，還可提升質量，從而提高工作效率。熱噴焊的主要作用是可以防止各機械的變形與噴涂層表面破裂的產生，其中最重要的工作程序就是重溶。

2.5 高分子聚合材料的技術實施

高分子聚合材料涂抹技術是采用工業的修補劑或者是密封的鎖固劑涂抹在工件表層的一種新型涂抹技術，其具有耐磨損、耐腐蝕及鎖固、鏈接等多方面的維修及防護措施。高分子聚合材料的主要特征包括工藝簡便、易掌握、耐磨性高級耐腐蝕性強可比擬普通金屬性能的2～8倍。涂抹表層和碳鋼鑄鐵以及合金金屬有很強的結合度，同時涂層并不受地理環境的影響。但是在檢修和加工操作過程中會受濕度與溫度條件的影響，也就是不可在溫度少于15℃、濕度超過80%的工作環境中進行。

3.結語

總之，表明實施水泵的汽蝕與磨損損壞的防護技術，可較大的提升水泵中過水設備零部件的抗汽蝕性以及其具有的磨蝕性能，增強了水泵的使用年限，同時水泵的設備完好率也提高了5%，其運行周期也延長了50%，這一技術的實施給泵站帶來了很大的效益。其中效果最明顯的是水泵補氣及預防水泵汽蝕。熱噴涂（焊）這一技術是水泵的過水部件汽蝕與磨損防護措施中極其有效的一項技術工藝。

[1]鄭海英,高鳳霞,李冬艷.水泵汽蝕的成因分析及預防措施[J].內蒙古水利.2009(01).

[2]李世偉.離心泵發生汽蝕的現象及防止措施[J].科學之友.2010(05).