水泵抗汽蚀磨损防护技术探讨

□钟录正（五华县小水电管理站）

1.水泵汽蚀以及磨损导致的危害

1.1 水泵汽蚀的现象及危害

汽蚀也可以称为空化，属于液体的一种物理现象。水在饱和状态下形成的蒸汽压力指的是水在一定温度之下可以沸腾和汽化的压力,具体如表1所示：

当水泵里的水流压力下降至小于等于该温度下饱和状态的蒸汽压力,水会进行沸腾汽化，进而出现大量的汽泡,当汽泡移至高压区,会由于受压而骤然收缩并凝结,原先的空间位置会出现空腔,为了充实空腔，水流质点发生高速撞击,导致水压骤然升高，而且形成大热量,二度发汽化,而水流质点快速向汽泡四周扩散,导致压力快速降低,最终导致汽泡的压力出现循环波动。当汽泡在水泵金属表面发生并凝结时,由于发生物理以及化学反应而出现剥蚀,水泵汽蚀的过程具体是产生麻点,进而逐渐变成蜂窝状,一直到穿孔破坏。汽蚀导致的后果十分严重,它会导致水泵出现机械损坏，造成无法正常运行，水流质点互相碰撞，导致能量消耗过大，再加上汽泡严重堵塞转轮流道,导致水泵性能逐渐下降,泵流量、效率以及扬程均都快速降低,更严重的是无法抽水。除此之外，汽蚀还会出现噪音,而且导致机组以及厂房发生剧烈震动,导致运行十分不稳定。

表1 蒸汽压力表

1.2 水泵磨损破坏造成的危害

磨损破坏大多是在水泵的叶片、叶轮以及转轮等的过水部件表面,通常磨损破坏也会对泵的性能产生直接的影响,改变泵内的水流态化,导致水泵流量、效率以及扬程均都快速降低，同时还会导致机组以及厂房发生剧烈震动,运行十分不稳定。

2.水泵汽蚀以及磨损防护技术的措施与效果

2.1 防治汽蚀以及磨损破坏的措施分析

以水泵汽蚀的发生机制为根据，可知，如果能够确保水泵的进口以及可能出现的低压区的压力大于水的汽化压力,即能减轻或者是避免形成轻汽蚀,所以防止汽蚀出现的措施具体为：第一，水泵补气,如果低水位的水泵出现汽蚀而且导致机组振动的，则应进行补气,效果会十分明显。第二，水泵叶片的型线要好,这就要求生产厂家在进行各项制作操作时,需严控水泵叶片型线，以确保型线合格。第三，容易发生汽蚀处，应尽可能使用抗汽蚀及磨损的材料。例如合金钢以及不锈钢等等。第四，水泵安装的高程必须科学合理,也就是在安装水泵的高程应选在低处，这样才可以有效提高泵内水流的最小压力点压力。第五，前池运行的水位必须合理。第六，要严控轴流泵叶片的安放角度，合理增加转轮淹没的深度。

2.2 堆焊法

堆焊法主要是借助电弧焊，融合焊层以及基体,结合强度十分高,可是堆焊法的金属表面不够平整，而且稀释率又很高、涂层往往孔多，不够密实，焊层的厚度不够均匀，再加上加工的余量比较大,对各种基体材料均要求其可焊性要高。通畅堆焊法适用于水泵的过水部件汽蚀以及磨蚀破坏相对严重处。此项技术在泵站方面的应用比较多,例如水泵泵轴、导液体以及叶片之类的部件局部破坏严重处,采用堆焊法进行修复较容易实施，效果较好，可是也存在一定缺点:采用堆焊法解决的水泵叶片的表面,过后会在堆焊点四周出现其它汽蚀破坏,在底部则会发生磨蚀破坏。

经过加工之后的泵轴，在使用时均是比较正常,都可以达到较为完整的运转周期,使用的效果均比较好。再次进行水泵的检修时,可见泵轴通过堆焊处没有显著磨痕,而且抗磨蚀的效果显著。

2.3 热喷涂技术

热喷涂技术主要是采取高温火焰来融化合金粉末,通过高速喷射的方法将融化的合金粉末喷于基体的表面,此项技术的施工工艺方便、快捷，而且见效比较快，在修复工件时不容易发生变形，而且其喷涂的结合强度为电镀的结合强度的3倍还多。此技术用于基体的表面处理，通常对工艺的要求比较高，和堆焊法比较,成型相对平整,而且也容易控制其的厚度,容易获得热源,在加工时不容易受到气候的限制。可是因喷涂层是高速喷射的，是呈合金的粉末状微粒,有规则地叠加起来,为层状结构,在喷涂中,所有的粉末微粒都出现收缩和凝结以及变形之类的现象，还因在喷涂的过程，喷射压力会受到环境气温之类因素的影响,所以喷层不够平整。

再有就是由于合金粉末的各种机械性能比较有限，例如其的耐磨性以及硬度等，故热喷涂通常用于保护汽蚀以及磨蚀均不是很严重的部件表面。此技术泵站长时间用于修复叶以及轮轴类的部件,其使用历史比较久，目前仍在使用，其具体修复工艺如下，主要以轴类为主：第一、表面的处理。清除需喷涂表面的油脂污物，锈蚀表面采用车削处理，在必要的情况之下，应该进行喷砂处理,这样才可以将新材基充分露出。第二、预热。泵轴的转速应该保持在60r/min,其的预热温度应该控制在120～300℃之间,最佳的预热温度在240℃左右。第三、表面磨光。为确保喷层粉末和机件之间的结合强度比较好,让两者互相融合,一定要在预热之后，将机件的表面展开打磨处理,去除高温的氧化层,继续保持泵轴的转速为60r/min。第四、喷工作粉。喷工作粉是为了保障其具有耐高温、耐磨、耐腐蚀与耐氧化等作用,一般使用的工作粉包括镍基 PTNi-250、G101、Ni60、G103及 G102、Fe-250A、铁基PTFe-250B和Fe320等。镍基合金粉功能与铁基合金粉末更显优越性,但价格却高出铁基合金粉末很多。第五、喷结合粉。在热件及喷来的热粉发生接触时,两者可互相融合、扩散,从而出现一种稳固的微冶金结合层,其和喷来的工作粉融为一体。通常结合粉所喷涂的厚度为0.1～0.2mm。一般使用的结合粉，如F-505铝包镍的复合粉末及高性能FF06.03铝包镍的复合粉末,但其价格较高。第六、加工技术。在为其喷涂层展开加工时，需采用韧性较强、材质较好、硬度较高的刀具,严密掌控其车削的进刀量与车床的转速。保障车削量平衡稳定,全程的车削量应规定在0.25mm,而车床的转速需掌控在190r/min,也就是说机件上的某点线运转速度为60m/min,此外机件的表面光洁度需＞4。第七、冷却处理。安置喷涂后的机件在自然冷却后送入室温,禁止采用降温方法,避免喷层变形,而泵轴在车床的运转速度需稳定在12r/min,严禁停车冷却,防止机件在重力及高温的环境中出现弯曲变形。

2.4 热喷焊的技术应用

热喷焊是采用合金粉末型材料熔点性低的一种保护技术，同时也是在热喷涂于对焊的前提上建立起来的一项金属表层面的防护技术，热喷焊技术是采用氧-乙炔的火焰喷涂枪与合金型粉末结合后再将其喷射到个机器的表面，在其出现融化冷却后，工件的表面形成一层轻薄平整的焊合状表面层，适量添加不同比例的合金型粉末来提高工件表层的耐蚀性、耐磨性以及抗氧化性，喷焊的表层硬度数越高，就可以提升水泵的过流零件的使用年限。热喷焊技术获制成的喷涂层结构紧密，表面光整，同机械冶金配合，稀释率很小，其喷层的厚度易掌控，所以这一项技术既可节约材料，还可提升质量，从而提高工作效率。热喷焊的主要作用是可以防止各机械的变形与喷涂层表面破裂的产生，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术实施

高分子聚合材料涂抹技术是采用工业的修补剂或者是密封的锁固剂涂抹在工件表层的一种新型涂抹技术，其具有耐磨损、耐腐蚀及锁固、链接等多方面的维修及防护措施。高分子聚合材料的主要特征包括工艺简便、易掌握、耐磨性高级耐腐蚀性强可比拟普通金属性能的2～8倍。涂抹表层和碳钢铸铁以及合金金属有很强的结合度，同时涂层并不受地理环境的影响。但是在检修和加工操作过程中会受湿度与温度条件的影响，也就是不可在温度少于15℃、湿度超过80%的工作环境中进行。

3.结语

总之，表明实施水泵的汽蚀与磨损损坏的防护技术，可较大的提升水泵中过水设备零部件的抗汽蚀性以及其具有的磨蚀性能，增强了水泵的使用年限，同时水泵的设备完好率也提高了5%，其运行周期也延长了50%，这一技术的实施给泵站带来了很大的效益。其中效果最明显的是水泵补气及预防水泵汽蚀。热喷涂（焊）这一技术是水泵的过水部件汽蚀与磨损防护措施中极其有效的一项技术工艺。

[1]郑海英,高凤霞,李冬艳.水泵汽蚀的成因分析及预防措施[J].内蒙古水利.2009(01).

[2]李世伟.离心泵发生汽蚀的现象及防止措施[J].科学之友.2010(05).