关于水泵气蚀现象的发生原因及其避免措施[*]

刘雨琦1,郑昇2

 南水北调洪泽站管理所 江苏淮安 223001

摘要：针对水泵所产生的气蚀现象，结合运行实际，做出以下总结。

关键词：气蚀 水泵 处理 工程实例 经验

0  引言

水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体。而水泵在运行过程中，低压区的存在是气蚀的产生的根本原因。气蚀对水泵性能影响极大，会造成泵站装置效率大幅下降，耗能加大，同时，水泵的过流部件遭到磨损。

针对上述现象，结合本人阅读的文献，现做出以下总结。

1 曾发生严重气蚀的泵站及其气蚀产生的主要原因

1.1 岔河水泵站

岔河水泵站在1995年噪音及震动加大，出水量逐年下降。2000年初经管理部门现场检查后断定，该泵站发生了严重气蚀。

产生气蚀的主要原因：进水流态紊乱，受地理条件限制，引水河道中心线与前池中心线有夹角，导致进水流态紊乱，旋涡水流进入水泵易产生气蚀；水中泥沙含量大，该泵站所处河道在汛期会有大量泥沙因设计缺陷而被带入前池，进而进入水泵，加重气蚀速度；偏离设计工况，前池因泥沙淤积造成水泵喇叭口悬空高度变小。

1.2 运城地区沿黄泵站

该区泵站因原设计缺乏详细的勘测设计及运行多年，泵站设备老化，能耗量大。

尊村引黄二级站，产生气蚀的主要原因：水流含沙量大，前池水流条件差，泥沙和气蚀造成水泵泵壳多处穿透，叶轮脱落；进水、出水管径选择不合理；设备质量差。

1.3 引滦泵站

泵站处于常年供水状态。该泵站在发生气蚀后，水泵的叶轮和叶轮室的径向间隙严重超过原机组设计要求，造成水泵机组容积泄露增大。使输水效率严重降低以及机组运行时很容易产生振动问题。对泵站机电设备完好率和机组的使用寿命影响很大。

1.4 盐环定扬黄共用工程主干上泵站

该工程为大型多泥砂梯级提水灌溉泵站，运行二十年后机泵设备因长期磨损与气蚀现象的发生锈蚀、磨损、老化严重，设备效率、可靠性低下。该区泥沙含量高。使水泵的三种效率（容积、水力、机械）都有所下降。

1.5 鹦鹉洲排水站

鹦鹉洲排水站于2008 年前后，经管理部门专家判断，其发生了严重的气蚀。

产生气蚀的原因：进水流态问题，该站由于受地理条件限制，站区占地面积较小，进水流道中心线与前池中心线有夹角，漩涡形态水流进入水泵后，易产生气蚀；水中杂物泥沙较多，该泵站为雨水泵站，然在现阶段未实现雨污分流。前池进水中含有的大量的垃圾杂物和泥沙随着水流进入水泵内，加速造成了水泵内的气蚀速度；设计工况改变，水泵喇叭口悬空高度变小，进入喇叭口的水流流线过于弯曲，使进口流速分部不均匀的流态造成水泵效率低下，并使水泵产生气蚀。

2  水泵气蚀的危害

造成水泵的过流部件损失严重。水泵泵壳多次脱落，隔舌经多次焊补难以恢复原状，填料室内止水也被磨平；造成水泵装置耗能大，效率低下，产生噪音和震动。

3  水泵气蚀的预防与减轻措施

综上，对于水泵气蚀的预防与减轻主要有：改善进水水流流态、减少水中的杂质（泥沙、污物）含量、使水泵在运行过程中不偏离设计工况、采用新技术等措施。

其中，对于多泥沙地区与高原地区则需特殊考虑。

3.1 改善水流流态

在前池设置导流墩；尽量使引水河道中心线与前池中心线无夹角。该种方法在岔河泵站与鹦鹉洲排水站得到了应用。

3.2 减少水中的杂质

设置沉沙池并定期清淤；设置前池栅格与增加捞草设备。

3.3 使水泵在工况点运行

选择合理的安装高度；合理选择水泵和配套电机，在沿黄泵站中，在选用合适的电机后，机组装置效率由原 57% 提高到71%，能源单耗由原4.42kw降低至3.9kw，大大减小了能耗；调节工况，于离心泵适当地减少流量, 对于轴流泵可调节叶片安装角。

3.4 采用新技术

一、使用新材料对水泵进行修复。

1、环氧树脂及其添加物修补法。适用于：适宜用于小面积的浅层次的气蚀破坏。脆性大，抗高频冲击性能差。

2、不锈钢焊条修复法。适用于：小面积浅层次的破坏。

3、镶嵌奥式体不锈钢衬板抵御气蚀。适用于较重要的泵站。

4、柔软陶瓷EG、FG复合材料修复法。

5、整体采用不锈钢浇筑法。

此外，还可使用激光熔覆新技术，在新安装的叶片上使用耐磨防腐涂层材料，采用渡铜的方式进行修复。

3.5 减小水力损失

  正确选择进出口直径，减少进水管路附件。平陆县常乐垣二级站按经济流速确定了管径，减小了水头损失，其装置效益得到了大幅提高。

3.6 特殊地区的特殊措施

除上述措施外，为防止气蚀的产生，还有适应当地的措施推荐采取。

一、对于高原地区。

高原地区大气压强低，在选择水泵时要充分考虑气蚀现象的影响。

当海拔>1000m时应选用高原泵。应尽量选择必须气蚀余量小的水泵；为避免产生气蚀，泵房最好采用正进水形式；电机要降容使用

二、对于多泥沙地区。

过流部件采取合理有效的材质和抗磨措施；选用部件易于更换的泵，在多沙地区运行水泵，过流部件的损耗在所难免，优先选用卧式泵；推荐选择低转速水泵，在叶轮直径不变的情况下，尽量降低叶轮的线速度；为后期运行管理的方便，单泵容量不易过大，台数不易过多。

4  总结

一、水泵气蚀产生的根本原因是因为有低压区的存在。

水泵的气蚀对于水泵的运行是极有害的，这也是水泵站需隔一段时间后即进行大修的原因。

二、在泵站建成前，需充分考虑水泵气蚀现象对泵站运行的影响。

尽量使进水流道中心线与前池中心线之间无夹角，设置沉沙池使流态稳定，合理选择水泵安装高度，选择合适的管径并使电机与泵装置相配套，对于特殊的地区与特殊情况需专门考虑。比如在多泥沙地区要选用耐磨性能好的水泵，而在高原地区则需选择高原泵。因灌溉所需加入水中的“添加剂”也因考虑其对气蚀的影响。

三、在泵站建成后，能采取的工程措施有一定的局限性。

若流态紊乱但又因泵站已建成，宜采取增设导流墩等措施。而对于水泵的损坏则可采取一系列措施对其进行修复，在此过程中要考虑工程造价与泵站的运行之间的平衡关系，要考虑新技术在工程中的运用。

四、泵站的建设过程中要保质保量

应选择正规厂家生产的水泵及管路。

五、后期的运行管理极为重要。

避免大流量工况下的空化运行，在机组检修期间，也要特别注意叶片吸力面叶片中间与下环相交处和叶片压力面泵进口处的情况。后续的运行管理对于泵站的安全极为重要，其对避免气蚀乃至减少因气蚀产生而发生的事故有重要的作用。

参考文献：

[ 1 ] 马彦起,刘佳祥.岔河水泵气蚀危害的处理[J].水利技术监督,2005(02):82-84.

[ 2 ] 南水仙,张轩轩.沿黄泵站技术改造方案的探讨[J].山西水利,2003(02):36-64.

[ 3 ] 赵建东,王立义.引滦泵站水泵气蚀破坏的修复方案比较[J].海河水利,2005(03):51-52+62.

[ 4 ] 马延强.高原地区给水水泵与电机选型设计[J].净水技术,2018,37(6):104-107. DOI:10.15890/j.cnki.jsjs.2018.06.020.

[ 5 ] 孙玉涵,刘绍谦,王佳.大型多泥沙梯级提水灌溉泵站水泵选型设计研究[J].河南科技,2018,(23):98-100. DOI:10.3969/j.issn.1003-5168.2018.23.056.

[ 6 ] 唐夏林.鹦鹉洲排水站气蚀现象产生的原因和处理措施[J].建筑工程技术与设计,2014,(33):590-590. DOI:10.3969/j.issn.2095-6630.2014.33.192.

[ 7 ] 李刚,侯为林,王浩, 等.基于CFD的高水头水泵水轮机空化性能研究[J].电网与清洁能源,2017,33(4):131-136. DOI:10.3969/j.issn.1674-3814.2017.04.021.

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[*]南水北调洪泽站管理所

刘雨琦 郑昇