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排澇站水泵空蝕及磨損防護的措施

文檔作者：陳敏文檔來源：浙江湖州市吳興區(qū)排澇站		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月15日
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第24卷第1期
2012年3月
浙江水利水電?？茖W校學報
J．Zhejiang Wat．Cons＆Hydr．College
Vo1．24 No．1
Mar．2O12
排澇站水泵空蝕及磨損防護的措施
陳 敏
(浙江湖州市吳興區(qū)排澇站，浙江湖州 313000)
摘要：昊興區(qū)排澇站經(jīng)過4O多年的運行，主水泵汽蝕、磨損嚴重，造成機組振動、噪音加劇，工作性能下降，嚴重
影響了泵站的安全可靠運行．水泵中汽蝕和磨損破壞往往是設(shè)計、制造、運行等各種因素綜合作用，為預(yù)防葉片汽
蝕和磨損，需從工程、設(shè)計和運行三方面同時進行．對于已產(chǎn)生汽蝕和磨損破壞的葉片，可采用非金屬材料涂敷、不
銹鋼板鑲嵌、合金粉末噴焊等方法進行修復(fù)．合理選擇水泵抗汽蝕和磨損預(yù)防和修復(fù)措施，可使泵站充分發(fā)揮社會
效益和經(jīng)濟效益．
關(guān)鍵詞：汽蝕；磨損；防護；措施
中圖分類號：TH31 文獻標志碼：A 文章編號：1008—536X(2012)01—0044—03
Protective Measures for Pump Cavitation and W ear in Drainage Station
CHEN Ming
(Huzhou Wuxing Drainage Station，Huzhou 310018，China)
Abstract：After many years’operation，the pump cavitation and wear in W uxing Drainage Station was severe，which caused
critical vibration and noise and seriously affected the safe and reliable operation of drainage station． The pump cavitation
and wear mainly came from various factors，such as designing，manufacturing，running，etc． In order to protect the pump
cavitation and wear，the precaution is introduced in the views of engineering，designing and running simultaneously．Some
repairing techniques should also be selected preferentially for repairing blades such as non—metal coating，corrosion resistant
plate inlaying，and alloy powder surfacing，etc．W ith these measures，the station should give full play to social and eco—
nomic benefits．
Key words：cavitation；wear；protection；measures
湖州市吳興區(qū)排澇站管轄郭西灣、埭溪兩個圩
區(qū)．郭西灣圩區(qū)集雨面積115 km ，其中山區(qū)面積
77 km ，平原面積38 km ，區(qū)域涉及道場、妙西、楊
家埠、康山等四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道的31個行政村，圩區(qū)內(nèi)
有郭西灣、七里亭(新、老)三座泵站，裝機臺數(shù)22
臺，裝機功率2 780 kW，設(shè)計流量為60．8 In ／s．埭
溪圩區(qū)集雨面積為42．38 km ，圩區(qū)涉及埭溪、東林
等兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)11個行政村．圩區(qū)內(nèi)有埭溪(新、老)、
往其三座泵站，裝機臺數(shù)l3臺，裝機功率1 690 kW，
設(shè)計流量為34．2 In ／s．
吳興區(qū)排澇站絕大部分泵站建于20世紀60
年代，經(jīng)過長時間運行，主水泵汽蝕、磨損破壞嚴
重．由于汽蝕、磨損，造成機組振動、噪音加劇，工
收稿日期：2012-0l一23
作者簡介：陳敏(1961一)，男，浙江湖州人，工程師．主要從事
排澇站的工程管理、技術(shù)改造和配套、更新等工作．
作性能下降，嚴重影響了泵站的安全可靠運行，降
低了泵站效益的正常發(fā)揮¨I2 ，因此對已建泵站
做好水泵抗汽蝕及磨損防護措施工作顯示非常
重要．
1 葉片的空蝕和磨損
1．1 葉片空蝕
由液體中逸出的氧氣等活性氣體，借助氣泡凝
結(jié)時放出熱量，對金屬起化學腐蝕作用，這種氣泡
的形成、發(fā)展和破裂以致材料受到破壞的全過程，
稱為汽蝕現(xiàn)象．軸流泵的汽蝕主要是輪緣間隙汽
蝕、葉片汽蝕和輪緣泄漏汽蝕．其中輪緣間隙汽蝕
和輪緣泄漏汽蝕是兩種非常重要的汽蝕，對軸流泵
過流部件的破壞力較大，會在金屬表面出現(xiàn)麻點，
或蜂窩狀，甚至穿孑L，產(chǎn)生噪音和機組振動，使水泵
裝置不能正常工作．七里亭、郭西灣、埭溪站合計有
第1期 陳 敏：排澇站水泵空蝕及磨損防護的措施 45
四臺套水泵因無部件汽蝕破壞而被迫退出運行． 圖1、圖2是軸流泵發(fā)生汽蝕時的照片．
圖1 葉片汽蝕
1．2 空蝕產(chǎn)生原因
空蝕通常發(fā)生在葉片背面的負壓區(qū)，有時波及
到葉片的出口附近，它是由于低壓區(qū)形成的空泡在
高壓區(qū)潰滅時產(chǎn)生巨大沖擊力的結(jié)果，其主要特征
是麻面、蜂窩、孔洞狀 ．就葉片泵中葉輪進口處液
體的流速與能量關(guān)系，最能揭示其本質(zhì)的是汽蝕的
基本方程，它是研究葉片泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象的基礎(chǔ)．
在葉片泵的葉輪中，汽蝕最先發(fā)生的地方是葉輪中
靠近泵殼處的葉片背面，離葉片進口邊大約5％ ～
10％ 處，示意圖見圖3的K點所示．
尸2
W O
圖3 葉片翼型周圍壓強分布圖
根據(jù)圖3可推導(dǎo)出葉片泵的汽蝕基本方程：
△九=
Vo
+A 2
g
其中A：f O)k一1 1，稱之為葉柵的汽蝕系數(shù)，此 ＼
∞o ，
值與泵設(shè)計時選用的翼型有關(guān)．Ah的實質(zhì)是由于
葉輪中液體的運動而使液體壓強降低的數(shù)值，稱為
汽蝕余量．汽蝕余量分為必需汽蝕余量Ah，與有效
汽蝕余量Ah ，經(jīng)推導(dǎo)得到泵發(fā)生汽蝕的條件公式：
D D
一一
f v
= Ah。一Ah，<0 (2)
圖2 葉輪室汽蝕
要泵不發(fā)生汽蝕，就必須增大Ah。，減少Ah，，
要減少Ah，，則需要減小式(1)中的葉柵汽蝕參
數(shù)，因此為抑制汽蝕需要優(yōu)化翼型結(jié)構(gòu)．軸流泵汽
蝕破壞的程度不僅與泵本身的汽蝕性能有關(guān)，還
與泵的進水流道、進水流態(tài)、制造質(zhì)量、安裝條件、
安裝精度、運行工況、葉片材質(zhì)等諸多因素密切
相關(guān)．
1．3 葉片磨損
葉片磨損(或稱“沖蝕”)主要發(fā)生在迎流面，葉
片表面水中泥沙水產(chǎn)生的高速摩擦，將金屬表面的
顆粒層磨削掉而引起的表面破壞；另外調(diào)整含沙流
在金屬凹凸不平的表面形成局部低壓漩渦，沙粒對
表面反復(fù)沖擊使壁面破壞，由于泥沙棱角沖擊，單
位面積上受到的壓力較大，通常與局部汽蝕共同作
用，使金屬產(chǎn)生塑性變形，超過金屬極限強度而
破壞．
2 汽蝕和磨損預(yù)防
2．1 工程預(yù)防措施
主要通過改善進水流態(tài)來改善泵的汽蝕性能，
進水流態(tài)的改善可以有效地改善泵進口的流速和
壓力分布．其主要有：(1)進水池的改造：進水池內(nèi)
的水流要平穩(wěn)均勻，不產(chǎn)生渦流和偏流．及時清除
進水池的污物，使水流暢通，流態(tài)均勻，軸流泵進水
口應(yīng)浸入水下1．0～1．5 m以下．(2)進水流道的改
造：幾何形狀要合理，水流速度、壓力分布變化均
勻，無突變，無脫流與旋渦，保證入口流場的軸對稱
性，進口平均流速應(yīng)控制在0．5～1．0 m／s范圍內(nèi)．
(3)側(cè)向進水的改造．
2．2 設(shè)計預(yù)防措施
在泵站規(guī)劃設(shè)計中，對建成后可能發(fā)生汽蝕，
一般采取以下預(yù)防措施：(1)正確合理的計算水泵
安裝高程(一般都把基準面沒入水面之下1．2D進，
46 浙江水利水電專科學校學報 第24卷
D講為進水喇叭口直徑或0．5—1．0 m 的深度)，使
它的安裝基面放在可靠的高程上．(2)理布置吸水
管線路和選用合適的管徑，使整個吸水管路的損失
揚程值減為最小，確保水泵進口處有較高的壓力．
(3)正確合理地規(guī)劃設(shè)計引水建筑物，使引進泵站
進水池的水流平穩(wěn)順暢，不發(fā)生漩渦等不穩(wěn)定
流態(tài)．
2．3 運行預(yù)防措施
泵的汽蝕與泵偏離設(shè)計工況有很大關(guān)系，泵站
管理人員應(yīng)熟悉水泵的汽蝕、磨損性能變化情況．
因此對中小型軸流泵可利用葉片角度改變水泵運
行工況，使之與設(shè)計工況一致或接近，使葉片口角
不因流量變化而發(fā)生大的改變．只有保持較小的葉
片沖角，才能有較好的抗汽蝕性能，特別在低水位
高揚程下運行時，更應(yīng)注意葉片角度的調(diào)整，使流
量不要超過汽蝕允許流量．例如：1997年郭西灣泵
站技術(shù)改造中新安裝900ZLB2．7-2．4軸流泵，安裝
角度+2。，試運行中，聲響、振動異常，超電機額定電
流，事后改小葉片角度，機組運行正常．
另外，在運行中要重視攔污柵的清污工作．不
少中小型泵站攔污柵前污物雜草嚴重堵塞，造成柵
后水位跌落，淹沒水深降低，造成裝置汽蝕余量下
降，加劇了汽蝕發(fā)生和發(fā)展，因此泵站運行中要做
到及時清污．
3 空蝕和磨損修復(fù)
3．1 非金屬材料涂敷
主要以復(fù)合環(huán)氧樹脂涂層為主，如復(fù)合尼龍涂
料、環(huán)氧金剛砂材料、聚型聚氨脂涂料等，其特點價
格低，操作簡單，便于中小型泵站廣泛使用．
3．2 不銹鋼板鑲嵌
采用不銹鋼板鑲嵌于軸流泵葉輪室內(nèi)壁，抗蝕
效果較好，但該方法需在水泵廠內(nèi)進行車削、鑲嵌、
焊接等多種工序，所需時間較長，費用較貴．
3．3 合金粉末噴焊
采用合金粉末噴焊技術(shù)來進行水泵葉片和葉
輪室表面的強化處理，是目前國內(nèi)外發(fā)展迅速和應(yīng)
用廣泛的一種金屬表面強化技術(shù) ．在普通鑄鐵、
鑄鋼材料的表面利用氧乙炔火焰噴焊一層由鎳、
鉻、鎢、鉬、鈷等稀有金屬組成的合金層，厚度僅需
0．5—0．8 mm，合金層與母體材料為冶金結(jié)合，合金
層表面硬度可達HRC60～80，抗汽蝕破壞使用壽命
比原基材延長4～6倍，利用這種技術(shù)可以使普通
材料的水泵葉片、葉輪室表面形成一層高硬度、韌
性的抗汽蝕和磨損的保護層，從而達到延長水泵的
使用壽命和周期．
3．4 焊接修復(fù)
采用普通焊條或不銹鋼焊條焊補空蝕破壞部
位是目前中小型水泵的主要修復(fù)手段，在焊補修復(fù)
施工過程中，應(yīng)注意環(huán)境溫度和對稱施焊等施工工
藝要求．
4 結(jié) 語
水泵中汽蝕和磨損破壞往往是設(shè)計、制造、運
行、檢修、材質(zhì)等各種因素綜合作用的結(jié)果．合理選
擇水泵抗汽蝕和磨損的工程與非工程方面防護措
施，不僅可以延長泵站機組的大修周期和使用壽
命，而且可以保障泵站經(jīng)濟、高效、安全運行，使泵
站充分發(fā)揮社會效益和經(jīng)濟效益．
參考文獻：
[1] 丘傳忻．泵站[M]．北京：中國水利水電出版社，2007．
[2] 張德利．泵站運行與管理[M]．江蘇：河海大學出版社，2006．
[3] 鄭春梅．水泵的汽蝕原理及危害[J]．農(nóng)業(yè)科技情報，2009，41
(3)：58—59．
[4] 孫廣垠，張娟．水泵汽蝕的危害及其防止措施[J]．科技情報
開發(fā)與經(jīng)濟，2009，21(19)：171—173．

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