大型高揚程泵站葉輪的汽蝕磨損與修復

武榮臻

摘要：在泵站水泵運行中容易發生汽蝕損害現象，一定程度影響了設備的安全經濟運行。由于設計與實際操作存在運行差異，加之各種因素變化帶來的嚴重腐蝕性，進一步降低設備性能，增加能耗，同時也減少使用時間。因此，需要利用科學修復手段處理汽蝕磨損問題，提升設備運行效率。本文針對大型高揚程泵站設備，提出汽蝕磨損發生位置、原因，以及帶來的損害，并討論了有關的修復技術。

關鍵詞：葉輪；汽蝕腐蝕；修復

葉輪設計、制造技術，以及材質和加工精度都會對水泵使用時間造成直接影響，由于目前技術限制，使其產生很多缺陷，也不利于提升技術水平。比如選擇鑄鐵材料，產生厚度誤差，流道表面粗糙，加工消耗大量時間，操作難度大等，通過這一方法加工操作容易在進口位置發生氣蝕，降低操作效率。為了提升抗汽蝕水平，強化耐磨性，應不斷尋找全新工藝，進一步研究修復技術。

一、氣蝕現象

（一）發生部位

泵站最為普遍的損壞形式是氣蝕，具體在葉輪正背面和前蓋內部表面出現。一般劃分為空腔、冀型與間隙氣蝕。在進口位置發生空腔氣蝕，進一步向出口位置蔓延。葉片背面發生冀型氣蝕的主要原因：形成較大的泵流量，選擇葉片數量不準確，葉輪形狀不理想。在運行間隙位置發生間隙氣蝕的原因是較大的泄流、較小的間隙、較高的液穩以及高頻率設備振動等[1]。

（二）主要原因

液體發生汽化產生氣蝕，液體表面逸出分子，形成氣體分子的整體過程。這一程度密切聯系壓力和溫度因素。由于入口位置的壓力明顯低于水溫操作的飽和壓力，產生蒸發液體現象，氣體在液體中溶解，當改變壓力與溫度時對外釋放，產生汽穴。當降低內部壓力，在這一溫度狀態下低于液體保護蒸氣壓時，局部出現氣泡；在增加壓力時周圍壓力突然擠破氣泡，在慣性作用下擠壓至氣泡中心，嚴重沖擊設備。這個局部持續沖擊負荷嚴重損壞表面材料，剝蝕金屬表面，進一步產生蜂窩形狀的蝕洞。

針對泵站設備來講，水沖擊可以瞬間把液體能量轉化為熱能，提高局部水的溫度，使金屬材料發生化學腐蝕，由于機械剝蝕與化學腐蝕的統一影響，形成更大的破壞力[2]。

水的飽和蒸汽壓力是指在一定溫度下水沸騰汽化形成壓力。若降低水流壓力等于或小于這一溫度形成的飽和蒸汽壓力，沸騰汽化的水形成大量氣泡。當高壓區出現氣泡以后，由于壓力作用突然收縮凝結，原來占用的空間產生空腔水流，利用高速撞擊填充空腔，快速增加水壓并形成較大熱量。再一次發生汽化，氣泡附近擴散水流，降低壓力，引起周期性的壓力波動。當產生氣泡以及金屬表面出現凝結現象時，此處由于物理與化學統一形成的剝蝕，產生麻點，逐步演變為蜂窩狀，甚至引起穿孔破壞。

最初在進口低壓區出現氣蝕，不斷降低壓力，相應更容易沸騰水。在進口位置，由于吸水造成的真空以及運轉降低的壓力，為汽化創造了條件，當高壓區出現氣泡時，在附近高壓的影響下氣泡被壓破，瞬間破裂，由于慣性迅速到達氣泡中心，形成局部強烈的水錘現象。

二、造成的危害

（一）影響容積效率

發生磨損以后增加各個構件間隙，高壓側水流泄漏至低壓室；縮短隔舌后在泵體內部環向流動水流，無法甩出出水口，降低了操作效率；磨損以后持續減少了出水量。

（二）形成噪音與振動

磨損以后發生蜂窩、麻面等現象，增加了水流阻力系數，同時引發水泵振動，形成噪音，較強的振動破壞了機組零件與結構。劇烈的壓力脈動與流動顫抖對軸封、軸承等造成損毀；還可能迅速破壞流道，尤其是液體中包含腐蝕顆粒，共同作用的空蝕與磨蝕在短期內形成破壞[3]。

三、修復手段

（一）葉輪修復

修復損壞的方法有不少，比如涂護環氧樹脂高分子涂料、高分子復合材料以及涂焊粉末等。其涂護環氧樹脂高分子材料成本很低，操作簡單，提高了修復位置的粘結力及有效吸收能量，體現出顯著的抗汽蝕損強度，這種方法具有較強的可行性

（二）科學處置表面

處置表面質量一定程度影響了涂層粘結強度，操作之前要露出新鮮的材料表面。通過人工結合空氣壓縮氣噴除銹方法，也就將表面存在的鐵銹、油污等通過人工方法去除，之后通過風機壓縮空氣功能處置噴砂，達到最佳的除銹目標。

（三）焊補外殼

通常都是生鐵鑄造外殼，在修復損壞時采取冷熱焊兩種方法。在操作熱焊之前應預熱修補的具體位置，較長時間增加了操作難度，降低了使用頻率。所以，通常選擇冷焊方法。焊補采取生鐵焊條，逐層分段開展堆焊，操作每一層時都需要清除表面雜物，每次堆焊一段后采取小錘子實施敲打，從而降低操作內應力，避免發生變形。堆焊操作時應略微突出原來部件的表面，之后采取手輪對突出部分磨除，保證與原來表面平齊，若打磨處理后的表面依然粗糙，可以開展細磨，達到最終使用要求。外殼通過修復后，使用多年以后依然保持完好度，在焊補位置不會產生裂縫與脫落等問題[4]。

（四）泵軸修復

設備轉動形成的重量與操作過程中形成的水動壓載荷主要由軸承承載，同時也傳輸較大扭矩，向葉輪傳遞機械能。因此，當發生氣蝕現象并嚴重磨損橡膠軸承時，應對其與有效修復，并及時更換設備。

之前損壞程度相對較輕以及磨損軸承時可以運回廠家進行修復，不僅成本較高，還會浪費大量時間，并且延長修復時間，對正常使用造成影響。為了節省資金與時間，后來選擇現場鍍銅修復方法。

修復操作時采取鏟刀清除磨損指導露出新鮮金屬表面，實施堆焊，注意這項操作時應高出原來的泵軸，采取車床消除，在實施細磨削加工，從而滿足原來圖紙設計要求。

四、結束語

氣蝕磨損始終是泵站設備運行維護管理的重要問題，其中不僅水泵自身材料性能影響了破壞程度，還密切聯系著安裝條件、工作運行情況等因素，因此需要采取有關手段降低影響，深入分析氣蝕產生的原因以及危害程度，并采取科學修復手段處理磨損部件。隨著現代科技的發展，今后也會出現更多的新型材料與技術，必將可以更好解決這一問題。

參考文獻：

[1]楊勝軍，關榮生水泵轉輪葉片的涂復措施及處理方法[J].中國農村水利水電，2016（3）：23-24.

[2]朱玉峰.離心泵中的汽蝕及其防護技術[J].河北科技大學學報，2015（3）：44-47.

[3]顧四行.抽黃水泵泥沙磨損及其對策[J].水泵技術，2016（2）：28-34.

[4]陳巖.不同材料抗氣蝕性能的比較[J].熱加工工藝，2015（6）：24-25.

（作者單位：寧夏紅寺堡揚水管理處）