循環(huán)水泵葉輪汽蝕原因及防范措施

吳俊廣

(華電國際萊城發(fā)電廠，山東 濟南 271199)

某公司工程車間3號、4號、5號涼水塔共計13臺循環(huán)水泵,每年在系統(tǒng)大修打開泵殼檢查葉輪時，都會發(fā)現(xiàn)存在不同程度的汽蝕現(xiàn)象,特別是3號涼水塔(2201-JA/JB/JC/JD) 4臺循環(huán)水泵的葉輪，其吸入端汽蝕嚴重, 葉輪外緣處腐蝕、殘缺嚴重, 個別葉輪的吸入端存在較大面積的潰瘍狀腐蝕, 甚至出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象;4號涼水塔(1101-J3/J4/J5) 3臺循環(huán)水泵，其下泵殼壓水室的擋水板處存在汽蝕現(xiàn)象,個別葉輪腐蝕較重。

循環(huán)水泵的葉輪、上下泵殼采用的都是鑄鐵材質(zhì),為提高抗汽蝕、磨蝕的能力，選擇一種修補腐蝕較輕葉輪及泵殼的方式是保證循環(huán)水泵長期正常運行的關鍵。

1 汽蝕現(xiàn)象及其危害

汽蝕現(xiàn)象多發(fā)生在離心式水泵上，由于水與汽的物理特性不同。離心水泵正常運轉(zhuǎn)時,在泵的入口向葉輪入口方向液體壓力降低,液體壓力最低點出現(xiàn)在葉輪葉片的入口處。葉輪轉(zhuǎn)動時,高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對液體進行作功,使液體能量增加,壓力上升[1]。

隨著葉輪葉片旋轉(zhuǎn)，其入口處的壓力逐漸降低，如果該處壓力比該液體溫度下的飽和壓力低,液體開始汽化并產(chǎn)生汽泡,汽泡隨液體流入泵體內(nèi)的高壓區(qū)時會發(fā)生破裂,四周的液體向汽泡空穴處填充,產(chǎn)生水力沖擊作用,這種汽泡的產(chǎn)生、發(fā)展和破裂現(xiàn)象就稱為汽蝕現(xiàn)象。

發(fā)生汽蝕時,過流部件會受到侵蝕而產(chǎn)生嚴重的破壞,泵的性能突然下降,嚴重時會產(chǎn)生600～25 000 Hz的噪聲，引起泵組振動,振動和噪聲相互疊加使泵出現(xiàn)嚴重共振,導致設備損傷。另外，發(fā)生汽蝕時，汽泡會堵塞葉輪槽道,所以泵的流量、揚程都會降低,導致效率下降。

因此在正常運行時水泵要防止產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象[2]。

2 汽蝕原因分析

盡管循環(huán)水泵在制造、安裝和運行過程中采取了各種方法防止水泵發(fā)生汽蝕,但在實際運行時,由于種種原因，水泵的運行條件與設計工況之間會出現(xiàn)偏離,不同程度的汽蝕仍會時有發(fā)生。目前循環(huán)水系統(tǒng)使用的循環(huán)水泵是臥式中開式雙吸泵,3號、4號、5號塔循環(huán)水泵吸入口型式都有不同差異[3]。正常運行期間,每個涼水塔的水池液位穩(wěn)定在高液位變化不大,3號塔泵入口處設有濾網(wǎng),進口阻力較大;4號塔的3臺泵入口水面上可見小漩渦,有空氣進入泵吸入口;5號塔泵入口是一個直彎角,進口管道阻力也較大。盡管循環(huán)水泵在設計、安裝時考慮了各種問題,但實際運行工況下泵吸入口阻力大、吸入空氣是造成葉輪汽蝕的主要原因之一。

目前循環(huán)水泵軸端密封采用的是浸油石墨填料軟密封,引入少量循環(huán)水的作用是隔離、冷卻及潤滑。泵正常運行時允許極少量的密封水泄漏,不超過20～25滴/min。循環(huán)水泵大修完運行一段時間后,就會有水從軸封處呈線狀漏出,在倒泵停運后,漏水量明顯增大,這說明軸封處有漏汽現(xiàn)象。采用傳統(tǒng)填料密封的循環(huán)水泵,填料對泵軸套的磨損明顯,隨著運行時間的延長,軸套與填料之間的徑向間隙不斷增大,如果不及時緊固填料,會造成其密封效果變差,空氣在大氣壓力作用下從泵軸進入葉輪進口低壓區(qū),并隨水流進入泵的高壓區(qū),沖擊葉輪造成過流部件剝蝕及腐蝕破壞,這是造成泵葉輪及泵殼汽蝕的另一重要原因。

3 提高葉輪抗汽蝕能力的措施

一般情況下,消除離心泵汽蝕的措施較多，可以通過提高水池水位、降低泵進口管路阻力損失、調(diào)整泵流量、采用抗汽蝕材料、提高離心泵本身的抗汽蝕能力等[4]方法消除離心泵汽蝕。

由于工藝運行條件的限制,循環(huán)水水池液位基本控制在其液位85%～90%,泵的流量和進口管路無法進行大調(diào)整。因此,對于目前狀況下的循環(huán)水泵,防止或減緩泵葉輪汽蝕的措施主要是采取在大修期間使用環(huán)氧樹脂+貝爾佐納涂料涂敷已發(fā)生汽蝕區(qū)域的方式 ,對于無法修補的腐蝕較重的葉輪采用更換葉輪的方式。

3.1 葉輪選型

a.選用具有高硬度、高強度和高韌性材料制作的葉輪,其化學穩(wěn)定性越好,抗汽蝕和剝蝕性能越強。如硬質(zhì)合金、磷青銅、188、Cr、Ni等材料,與普通鑄鐵的抗汽蝕能力相比較強。

b.葉輪葉片進口的厚度應適當減少,并將葉片進口修圓,使其接近流線形,將減少繞流葉片頂部的加速和降壓。

c.提高葉輪葉片其介質(zhì)進口部分的表面光潔度,以減少阻力損失。

d.葉輪材料的組織均勻。對汽蝕情況較輕的葉輪修補時,主要采取在葉輪表面涂敷保護層的措施來提高葉輪的抗汽蝕能力。表面保護材料分為非金屬和金屬兩大類,非金屬涂層主要有環(huán)氧樹脂、尼龍粉、聚胺脂、高分子聚合物材料等，金屬表面保護層使用最多的是焊條堆焊、線材噴涂和合金粉末噴涂。

3.2 檢修過程中采取的措施

a.循環(huán)水泵解體后，將上泵殼拉至防腐車間進行打砂噴丸處理,對不便拆卸的泵殼下半部分徹底除銹后，用電動砂輪打磨干凈,以提高流道表面的光潔度,再用貝爾佐納1341(涂料)涂刷內(nèi)表面2遍,由于貝爾佐納1341具有優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性,能提高泵殼抗沖蝕和抗化學腐蝕能力,所以能延緩水泵受汽蝕作用而導致性能突然下降的影響[5]。

b.對于腐蝕穿孔的下泵殼,先用鑄鐵焊條焊成一個骨架，固定在檔水板處,再用貝爾佐納1111對坑洞進行修補,待干燥后涂刷 2遍貝爾佐納1341。

c.對于腐蝕不嚴重的葉輪，采用打砂噴丸后涂刷環(huán)氧樹脂的方法。

d.對于個別葉輪存在面積較大的腐蝕孔洞，則采用直接更換新葉輪的方式,由于葉輪材料采用鑄鐵,成本相對低廉,直接更新比修補更能達到預期效果。新葉輪的直徑和質(zhì)量應與舊葉輪基本上保持一致,并應進行靜平衡試驗,避免運行中泵振動大或驅(qū)動電動機超電流。

e.循環(huán)水泵運行過程中,對漏水較大的軸封填料，應及時聯(lián)系鉗工將填料壓蓋進行預緊,避免空氣從軸封處漏入泵吸入口。

4 優(yōu)化效果

采取上述措施后,從新老系統(tǒng)的大修情況來看,循環(huán)水泵葉輪的汽蝕狀況有了較大改觀,葉輪腐蝕面積大為減小,基本上未出現(xiàn)腐蝕穿孔的現(xiàn)象,效果明顯。從運行情況看,機組運行穩(wěn)定。大修中1臺循環(huán)水泵葉輪的進、出口端腐蝕情況見圖1、圖2。從圖中可以看出，吸入口汽蝕情況較輕,出口端幾乎未被腐蝕。

從循環(huán)水泵葉輪或泵殼汽蝕部位修補后的情況來看,泵的出口流量總體上比檢修前均有所提高,接近離心泵的設計值,其驅(qū)動電動機的電流值也隨之下降,給工藝操作帶來便利,循環(huán)水系統(tǒng)操作和控制更加穩(wěn)定。循環(huán)水泵葉輪及泵殼發(fā)生汽蝕是循環(huán)水系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的常見問題,輕微汽蝕的發(fā)生盡管對工藝運行不會造成較大影響,但其危害不容忽視。

5 結(jié)束語

循環(huán)水泵葉輪及泵殼在每次大修時應認真了解工藝運行狀況,對發(fā)生汽蝕的葉輪和泵殼進行分析和修補,特別是采用較先進的修補技術,能提高離心泵的抗汽蝕能力,確保在長時間運行時流量和壓力穩(wěn)定。整體更換新葉輪時,在保證工藝運行條件不變的前提下,選用抗汽蝕能力強的材料制作的葉輪或采取適當增大葉片進口寬度、削薄葉片進口厚度、改善葉片流道表面光滑度等措施,從而提高葉輪抗汽蝕的能力,有效避免和減少循環(huán)水泵在運行過程中葉輪汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生,提高機組運行的可靠性。