浅谈高扬程电力提灌泵站水泵空蚀磨损及对策

赵惠莉

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 景泰 730400）

水泵主要向被输送液体传递能量，运转过程中易产生空蚀磨损，空蚀磨损程度较轻时会影响水泵运行状态，空蚀磨损程度严重时水泵出水量大幅下降，运行效率降低，使用寿命缩短，甚至会引发一系列安全问题[1]。

1 高扬程电力提灌泵站水泵空蚀磨损现象

高扬程电力提灌泵站水泵空蚀磨损最易发生在螺旋压水室中两边靠近密封环的一周，空蚀穴的形成方向与水流方向一致。靠近密封环的一侧，空蚀穴密集，磨损程度严重，越往外空蚀穴越少，设备受磨损程度相应减轻。水泵中开面铸造结构空腔附近，尤其是靠近密封环的地方，受间隙空蚀作用的影响沟槽深度较大，易形成高压腔与低压腔贯通的沟槽。部分冲蚀沟道出现在泵盖、泵体与密封环结合的圆周面上[2]。

水泵运行过程中泵体隔舌会受到较为严重的侵蚀与磨损，出现沟槽、空蚀穴等，导致隔舌端部缩短且厚度变薄，严重影响水泵整体运行状态。同时，水泵运行过程中叶轮叶片部位也易受到侵蚀与磨损，磨损时间较长时叶片边缘产生较多的空蚀孔洞。两侧盖板严重磨损时，叶轮直径明显变小，叶轮与口环配合的径向密封面出现10 mm 左右的环向深槽。

2 高扬程电力提灌泵站水泵空蚀磨损的原因及危害

2.1 原因

导致高扬程电力提灌泵站水泵空蚀磨损的因素较多，如水泵扬程、水泵材质、水流含沙量、水泵性能质量等。

水泵空蚀磨损与水泵吸水高度密切相关。基于流体力学和水泵设计原理可知，真空值超出临界值就会产生空蚀磨损问题。对比分析泵站设计装机高度及实际装机高度，可发现装机高度设计过高易导致叶轮进口处压力低于规定值，从而引发水泵空蚀磨损问题。

水泵扬程会影响水泵磨损程度。水泵运行时将动能转变成水流压能，而压能的产生主要靠叶轮离心力。由于切线速度与水泵扬程的1/2 次方成正比，扬程越高，切线速度越大，由高速水流造成的侵蚀与磨损就更加严重。因此，扬程越高的泵站，水泵空蚀磨损现象越严重，水泵叶轮更换周期越短[3]。

水泵材质也是影响磨损程度的重要因素。水泵设计中材质控制十分重要，材质不符合相关标准，会导致水泵磨损加速。通常情况下，材质硬度越大越耐磨，不易出现空蚀孔洞。材质弹性越好抵抗侵蚀与磨损的能力越强，因为材料弹性较好时可吸收泥沙颗粒的高速动能，大幅度减小泥沙对水泵造成的负面影响。一些高扬程电力提灌泵站之所以易出现空蚀磨损问题，是因为材料质量不达标[4]。

一些扬程较小的泵站，水流含沙量较大是导致水泵发生空蚀磨损的主要原因。水流含沙量过大或泥沙粒径较大时，水泵出口高速水流区逐渐产生空蚀孔洞，随着空蚀孔洞的增加，水流阻力相应增大，导致泥沙对水泵的磨损更加严重。

水泵制作精度不高或工况达不到设计要求时，易受泥沙磨损而出现一些运行故障。因此，优化水泵制作工艺，提高水泵精密性是改善水泵空蚀磨损问题的重要措施之一。为了减轻水泵空蚀磨损程度，应改善水泵运行条件，阻止泥沙进入泵体，及时更换易磨损部件。

2.2 危害

空蚀磨损会给水泵运行造成很大影响，空蚀磨损严重时水泵的容积效率大幅度降低。水泵受到严重磨损后间隙明显增大，高压侧水流向低压室泄露，这一过程中水泵隔舌因磨损严重而缩短，无法发挥作用，导致水泵效率降低。水泵在长时间磨损后会出现沟槽、麻面及蜂窝等问题，麻面和沟槽会给水流造成较大的阻力，使水泵在运行过程中产生较大的噪音及振动，导致水泵运行效率较低。长时间磨损后水泵的可用年限会缩短，且运行过程中易出现各类故障，导致水泵运维成本增加。水泵叶轮受到磨损后，出水量大幅度减少，间接导致能源消耗量上升，不利于资源节约与环境保护。

3 高扬程电力提灌泵站水泵空蚀磨损防范与处理对策

3.1 合理设定水泵吸水高度

真空值超出临界值是导致水泵空蚀磨损问题的原因之一，为了防止水泵出现空蚀磨损问题，需对泵站实际装机高度与设计装机高度进行统计对比，确保叶轮进口处压力低于要求值。

3.2 选择适宜的机型

机型与水泵侵蚀磨损程度密切相关，机型合理时水泵设备不易受磨损，应根据扬程、泥沙含量等合理选择机型。一般来说，高扬程电力提灌泵站水泵出口边流速不宜过大，且叶片厚度不能过小，出口边流速小且叶片厚度大的水泵有较强的抗磨性能，较适合高扬程电力提灌泵站。

3.3 调整装机高度

为了减轻水泵运行过程中的磨损程度，需对装机高度进行科学计算与合理调整。确定装机高度时要综合考虑水泵机型、泵站生产需求及水流泥沙含量等因素。相关人员需提前对水流中的泥沙含量进行测定，适当加大空蚀余量，保证水泵装机高度科学合理[5]。

3.4 选用优质耐磨材料

高扬程电力提灌泵站应尽可能选用原材料质量有保证的水泵，通过使用优质材料提高水泵的耐磨性，延长水泵可用年限。尤其是水泵的易磨损部位，须选择高性能材料。目前我国大部分水泵都采用铸铁制造，虽然经济成本较低，但耐空蚀性不强。可考虑用镍铬金材料代替传统材料，提升水泵的抗磨性能，减少泥沙等对水泵的影响。同时，积极研究新型优质材料，逐步增强水泵的耐磨性能。高扬程电力提灌泵站中的水泵，可用有利于提升设备耐磨性能的喷涂材料进行处理，如用等粒子喷枪将适量的硬质金属粉末喷涂到水泵部件表面，在水泵部件表面形成一定厚度的防护层，从而减轻水泵空蚀磨损程度。

3.5 创新水泵设计理念

泥沙较多的水域，易使高扬程电力提灌泵站出现严重的水泵空蚀磨损问题，为了保障水泵应用性能及年限，需创新多泥沙水域水泵设计理念，减少泥沙造成的水泵空蚀磨损，提升水泵运行效率及质量，延长水泵的使用寿命。

3.6 防空蚀磨损喷涂处理

3.6.1 喷涂非金属材料 在水泵上喷涂复合环氧树脂等非金属材料操作容易、价格低廉，可有效预防水泵空蚀磨损问题，可广泛应用于高扬程电力提灌泵站。改性聚氨酯复合树脂涂敷技术通过涂抹环氧树脂、聚酯树脂、石英砂、铁红等填充材料、增韧剂和稀释剂等辅助材料形成抗腐蚀层，可明显改善沙粒磨损及空蚀。复合树脂的黏结能力强，操作比较简单，具有良好的抗腐蚀性，主要涂抹在泵体、叶轮和离心泵等部件的表层防护泥沙磨损[6-8]。

3.6.2 镶嵌不锈钢板 不锈钢板具有良好的抗蚀性，镶嵌在轴流泵叶轮内壁可有效预防空蚀磨损。但在轴流泵叶轮内壁镶嵌不锈钢板难度较大，且成本较高。

3.6.3 喷焊合金粉末 现阶段我国在处理水泵空蚀磨损问题时，常采用喷焊合金粉末法。喷焊合金粉末的主要优点是强化水泵表面的金属强度，使金属表面能承载更大重力，以免受到泥沙破坏。该技术利用乙炔、氧气混合燃烧形成的热能，将合金粉末（镍基、铁基、镍铬基、碳化钨等）加热至熔融状态或半熔融状态后，迅速喷射到已经清洁完的工件表层，与基体结合形成一层冶金防护层，热影响范围较小，具有较强的抗空蚀磨损性能，可延长水泵的使用寿命。对于铸铁及铸钢的水泵而言，在其表面喷涂0.5～0.8 mm氧乙炔火焰，抗蚀性能可提高4～6 倍。此外，喷焊合金粉末能增强水泵叶片硬度和表面弹性，形成抗空蚀磨损保护层，延长水泵使用年限。

3.6.4 焊接修复 采用焊接修复方式解决水泵空蚀磨损问题时，需严格把控环境温度，提升水泵修复效果。

3.6.5 HVOF 技术 该技术是一种高能喷涂技术，以氧气和相关燃气为热源，使砌体迅速膨胀，产生高压，喷涂材料通过高压喷射形成高速（2 马赫速度）气流。高速燃气不仅可使粉末材料半融化，还能使材料加速运行，将熔化后的材料均匀密实地喷涂在相关部件的表层，与基材共同形成抗腐蚀层。

3.7 合理选用施工材料

确定水泵工程建设目标后，要合理购买施工材料，严格落实管理及质检工作，保证施工材料与工程要求相符。若施工材料质量不符合相关标准，则不能进场使用，以此确保各项设备的应用性能，防止工程出现质量问题。除此之外，从业人员需对施工设计图纸进行深入研究，根据施工图纸落实施工技术[9-10]。

3.8 维修水泵设备

为了实现可持续发展，泵站建设应注重节能环保材料的应用，尽量降低能源损耗，不断应用新型技术，延长水泵工程的应用寿命。水泵设备的前期设计及安装环节较复杂，后期应用中易出现问题，影响水泵的正常运行。因此，需全面落实后期维修工作，确保泵站正常运行，延长水泵使用寿命。

3.9 做好运维管理工作

要减轻水泵空蚀磨损程度，还需做好运维管理，如及时清除拦污栅前的杂物，减小水流阻力，从而减轻水流对水泵的侵蚀与磨损。水泵运行过程中需采用各种方式确保水泵在高效区运行，避免水泵压闸运行造成的水流紊乱、机组振动加重水泵空蚀磨损程度。此外，还需监测水流中的泥沙含量，采取有效措施降低水流中的泥沙含量，防止大量泥沙进入泵体，从而减轻水泵空蚀磨损程度，延长水泵使用寿命。

4 结语

高扬程电力提灌泵站水泵易受水流、泥沙的侵蚀与影响而出现沟槽、孔洞及麻面等问题，导致水泵运行效率降低。需结合相关规范与要求，根据泵站实际情况合理选择水泵机型及装机高度，严格管控泵站施工材料，并对水泵进行防空蚀磨损喷涂处理，提高水泵的抗磨损性能。