大型高揚(yáng)程泵站葉輪的汽蝕磨損與修復(fù)

武榮臻

摘要：在泵站水泵運(yùn)行中容易發(fā)生汽蝕損害現(xiàn)象，一定程度影響了設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于設(shè)計(jì)與實(shí)際操作存在運(yùn)行差異，加之各種因素變化帶來的嚴(yán)重腐蝕性，進(jìn)一步降低設(shè)備性能，增加能耗，同時(shí)也減少使用時(shí)間。因此，需要利用科學(xué)修復(fù)手段處理汽蝕磨損問題，提升設(shè)備運(yùn)行效率。本文針對(duì)大型高揚(yáng)程泵站設(shè)備，提出汽蝕磨損發(fā)生位置、原因，以及帶來的損害，并討論了有關(guān)的修復(fù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：葉輪；汽蝕腐蝕；修復(fù)

葉輪設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，以及材質(zhì)和加工精度都會(huì)對(duì)水泵使用時(shí)間造成直接影響，由于目前技術(shù)限制，使其產(chǎn)生很多缺陷，也不利于提升技術(shù)水平。比如選擇鑄鐵材料，產(chǎn)生厚度誤差，流道表面粗糙，加工消耗大量時(shí)間，操作難度大等，通過這一方法加工操作容易在進(jìn)口位置發(fā)生氣蝕，降低操作效率。為了提升抗汽蝕水平，強(qiáng)化耐磨性，應(yīng)不斷尋找全新工藝，進(jìn)一步研究修復(fù)技術(shù)。

一、氣蝕現(xiàn)象

（一）發(fā)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(nèi)部表面出現(xiàn)。一般劃分為空腔、冀型與間隙氣蝕。在進(jìn)口位置發(fā)生空腔氣蝕，進(jìn)一步向出口位置蔓延。葉片背面發(fā)生冀型氣蝕的主要原因：形成較大的泵流量，選擇葉片數(shù)量不準(zhǔn)確，葉輪形狀不理想。在運(yùn)行間隙位置發(fā)生間隙氣蝕的原因是較大的泄流、較小的間隙、較高的液穩(wěn)以及高頻率設(shè)備振動(dòng)等[1]。

（二）主要原因

液體發(fā)生汽化產(chǎn)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(lián)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(chǎn)生蒸發(fā)液體現(xiàn)象，氣體在液體中溶解，當(dāng)改變壓力與溫度時(shí)對(duì)外釋放，產(chǎn)生汽穴。當(dāng)降低內(nèi)部壓力，在這一溫度狀態(tài)下低于液體保護(hù)蒸氣壓時(shí)，局部出現(xiàn)氣泡；在增加壓力時(shí)周圍壓力突然擠破氣泡，在慣性作用下擠壓至氣泡中心，嚴(yán)重沖擊設(shè)備。這個(gè)局部持續(xù)沖擊負(fù)荷嚴(yán)重?fù)p壞表面材料，剝蝕金屬表面，進(jìn)一步產(chǎn)生蜂窩形狀的蝕洞。

針對(duì)泵站設(shè)備來講，水沖擊可以瞬間把液體能量轉(zhuǎn)化為熱能，提高局部水的溫度，使金屬材料發(fā)生化學(xué)腐蝕，由于機(jī)械剝蝕與化學(xué)腐蝕的統(tǒng)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(dāng)高壓區(qū)出現(xiàn)氣泡以后，由于壓力作用突然收縮凝結(jié)，原來占用的空間產(chǎn)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(fā)生汽化，氣泡附近擴(kuò)散水流，降低壓力，引起周期性的壓力波動(dòng)。當(dāng)產(chǎn)生氣泡以及金屬表面出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象時(shí)，此處由于物理與化學(xué)統(tǒng)一形成的剝蝕，產(chǎn)生麻點(diǎn)，逐步演變?yōu)榉涓C狀，甚至引起穿孔破壞。

最初在進(jìn)口低壓區(qū)出現(xiàn)氣蝕，不斷降低壓力，相應(yīng)更容易沸騰水。在進(jìn)口位置，由于吸水造成的真空以及運(yùn)轉(zhuǎn)降低的壓力，為汽化創(chuàng)造了條件，當(dāng)高壓區(qū)出現(xiàn)氣泡時(shí)，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(dá)氣泡中心，形成局部強(qiáng)烈的水錘現(xiàn)象。

二、造成的危害

（一）影響容積效率

發(fā)生磨損以后增加各個(gè)構(gòu)件間隙，高壓側(cè)水流泄漏至低壓室；縮短隔舌后在泵體內(nèi)部環(huán)向流動(dòng)水流，無法甩出出水口，降低了操作效率；磨損以后持續(xù)減少了出水量。

（二）形成噪音與振動(dòng)

磨損以后發(fā)生蜂窩、麻面等現(xiàn)象，增加了水流阻力系數(shù)，同時(shí)引發(fā)水泵振動(dòng)，形成噪音，較強(qiáng)的振動(dòng)破壞了機(jī)組零件與結(jié)構(gòu)。劇烈的壓力脈動(dòng)與流動(dòng)顫抖對(duì)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(nèi)形成破壞[3]。

三、修復(fù)手段

（一）葉輪修復(fù)

修復(fù)損壞的方法有不少，比如涂護(hù)環(huán)氧樹脂高分子涂料、高分子復(fù)合材料以及涂焊粉末等。其涂護(hù)環(huán)氧樹脂高分子材料成本很低，操作簡單，提高了修復(fù)位置的粘結(jié)力及有效吸收能量，體現(xiàn)出顯著的抗汽蝕損強(qiáng)度，這種方法具有較強(qiáng)的可行性

（二）科學(xué)處置表面

處置表面質(zhì)量一定程度影響了涂層粘結(jié)強(qiáng)度，操作之前要露出新鮮的材料表面。通過人工結(jié)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(fēng)機(jī)壓縮空氣功能處置噴砂，達(dá)到最佳的除銹目標(biāo)。

（三）焊補(bǔ)外殼

通常都是生鐵鑄造外殼，在修復(fù)損壞時(shí)采取冷熱焊兩種方法。在操作熱焊之前應(yīng)預(yù)熱修補(bǔ)的具體位置，較長時(shí)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(bǔ)采取生鐵焊條，逐層分段開展堆焊，操作每一層時(shí)都需要清除表面雜物，每次堆焊一段后采取小錘子實(shí)施敲打，從而降低操作內(nèi)應(yīng)力，避免發(fā)生變形。堆焊操作時(shí)應(yīng)略微突出原來部件的表面，之后采取手輪對(duì)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(xì)磨，達(dá)到最終使用要求。外殼通過修復(fù)后，使用多年以后依然保持完好度，在焊補(bǔ)位置不會(huì)產(chǎn)生裂縫與脫落等問題[4]。

（四）泵軸修復(fù)

設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)形成的重量與操作過程中形成的水動(dòng)壓載荷主要由軸承承載，同時(shí)也傳輸較大扭矩，向葉輪傳遞機(jī)械能。因此，當(dāng)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象并嚴(yán)重磨損橡膠軸承時(shí)，應(yīng)對(duì)其與有效修復(fù)，并及時(shí)更換設(shè)備。

之前損壞程度相對(duì)較輕以及磨損軸承時(shí)可以運(yùn)回廠家進(jìn)行修復(fù)，不僅成本較高，還會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間，并且延長修復(fù)時(shí)間，對(duì)正常使用造成影響。為了節(jié)省資金與時(shí)間，后來選擇現(xiàn)場鍍銅修復(fù)方法。

修復(fù)操作時(shí)采取鏟刀清除磨損指導(dǎo)露出新鮮金屬表面，實(shí)施堆焊，注意這項(xiàng)操作時(shí)應(yīng)高出原來的泵軸，采取車床消除，在實(shí)施細(xì)磨削加工，從而滿足原來圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

四、結(jié)束語

氣蝕磨損始終是泵站設(shè)備運(yùn)行維護(hù)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(lián)系著安裝條件、工作運(yùn)行情況等因素，因此需要采取有關(guān)手段降低影響，深入分析氣蝕產(chǎn)生的原因以及危害程度，并采取科學(xué)修復(fù)手段處理磨損部件。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，今后也會(huì)出現(xiàn)更多的新型材料與技術(shù)，必將可以更好解決這一問題。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]朱玉峰.離心泵中的汽蝕及其防護(hù)技術(shù)[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（3）：44-47.

[3]顧四行.抽黃水泵泥沙磨損及其對(duì)策[J].水泵技術(shù)，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(yáng)水管理處）