解决水泵的汽蚀现象

      压力降低是汽蚀发生的条件，水中存在大量的汽泡迅速破裂则是汽蚀发生的内因。因此，要改善和降低煤矿主排水泵叶轮的汽蚀破坏，需要提高水泵入口压力。

      在煤矿水泵相当于是煤矿的“心脏”，水泵工作性能的好坏直接影响到煤矿的生产**，保证煤矿排水设备尤其是主排水泵状况的完好和稳定性具有非常重要的意义。水泵的叶轮是水泵将电机的机械能转化成水的压力能和动能。对水泵来讲，只要叶轮性能良好就能保证水泵的正常运行。然而长期以来，困扰水泵正常运行的一大难题就是水泵叶轮叶片的损坏的问题，产生这种破坏的主要原因，往往就是叶轮发生了汽蚀现象，所以研究泵产生汽蚀现象的原因以及如何预防汽蚀是非常关键的问题。而这也正是设计人员在煤矿排水设备的选型设计、安装过程中重点要考虑的问题，实际使用过程中真正使煤矿主排水泵叶轮遭到破坏的*主要原因是由于水中的固体颗粒的磨损，增大了矿水重度，从而增加了汽蚀发生的可能性。为此，本文专门研究了煤矿主排水泵的具体情况，就固体颗粒的存在对叶轮破坏的影响进行研究。

1、汽蚀现象发生后对泵的严重影响

当汽蚀发展到一定程度时，将影响水泵的性能并妨碍其正常运行。主要表现为以下几个方面：

（1）泵的性能改变 汽蚀初生时，对水泵外特性并无明显影响。汽蚀发展到一定程度后，水泵的功率、效率、流量和扬程等参数会突然下降。当汽蚀充分发展后，水流的有效过流面积会减小很多，以致引起水流中断，不能工作。

（2）引起振动和噪声 气泡破裂时，液体质点互相冲击，产生噪音和机组振动，两者互相激励使泵产生强烈振动，称为汽蚀共振现象。

（3）过流部件表面的破坏 汽蚀破坏将大大缩短水泵的寿命，剥蚀和腐蚀严重时，会产生叶片断裂或穿孔等重大事故。

2、汽蚀现象产生的原因

     泵进水口处的**压力减小到当时水温下的汽蚀压力时，水发生汽化。水在入水口形成气体，从而入水口形成许多小气泡。这些小气泡随水流进高压区时，汽泡迅速破裂，周围液体立即填充原汽泡空穴，由于汽泡破裂时间很短，所以形成高达几百兆帕的水力冲击。汽泡不断地形成与破裂，巨大的水力冲击以每秒钟几万次的频率反复作用在叶轮上，时间一长，就会使叶轮的叶片逐渐因疲劳而剥落；同时，汽泡中还夹杂有一些活泼气体（如氧气），对金属的光滑层因电解而逐渐变得粗糙。金属表面粗糙度被破坏后，更加速了机械剥蚀。另外，气泡形成与破裂的过程中，会使过流部件两端产生温度差异，其冷端与热端形成电偶而产生电位差，从而使金属表面发生电解作用，金属的光滑层因电解而逐渐变得粗糙。在机械剥蚀、化学腐蚀和电化学的共同作用下，金属表面很快出现蜂窝状的麻点，并逐渐形成空洞而损坏，这种现象称之为汽蚀。


3、叶轮磨损实验分析

利用在叶轮叶片上涂漆的方法，对叶轮损伤的部位和程度进行定性分析实验条件：（1）用含一定沙粒的水代替矿水，使密度和矿水相同（ρ=1025kg/m3），分别在发生汽蚀和不发生汽蚀情况下进行磨损实验：（2）用清水在发生汽蚀的情况下进行磨损实验。水泵在以上2种条件下运行10h后，观察叶轮损伤情况并进行分析。实际应用中的煤矿主排水泵叶轮损坏*严重的部位是叶片进口压力面和吸水面，叶片材料剥落形成凹坑，严重的甚至形成叶片剥落：叶片出口压力面磨损也比较严重。后盖板上从叶片进口到叶片中部凹凸不平，受到不同程度的损坏。实践证明，涂油漆只有叶片进口端有较明显的固体颗粒摩擦痕迹，整个叶轮叶片流道没有汽蚀点。汽蚀损失情况下，叶片进口端、叶片进口压力面、叶片出口压力面的油漆有较严重的固体颗粒的摩擦痕迹，特别是叶片进口吸力面有大面积的汽蚀点存在，在损伤部位及程度基本上和实际煤矿主排水泵叶轮的损伤情况一致，程度较无汽蚀时好。条件2下清水的实验没有磨痕，只有汽蚀点，汽蚀的程度和含沙水相比要小得多，说明含沙粒的矿水扩大了汽蚀范围。由此可见，在相同流体介质条件下，发生汽蚀时的损伤比不发生汽蚀时要严重；相同汽蚀条件下，有固体颗粒的介质比没有固体颗粒时要严重。因此，汽蚀是煤矿主排水泵叶轮损伤的主要原因，消除汽蚀可以降低水泵的破坏，消除水中的固体颗粒则可更大程度地减轻破坏。实验结果表明，虽然我们还不清楚汽蚀与固体颗粒的大小是否有关系，但可以验证破坏作用的客观存在。

4、对策与结论

由以上实验可知道压力降低是汽蚀发生的条件，水中存在大量的汽泡迅速破裂则是汽蚀发生的内因。因此，为改善和减轻煤矿主排水泵叶轮的汽蚀破坏，应从以下2方面改进：

（1）设计、制造方面。

1）改变叶轮形状的设计及优化叶轮的结构参数，改善汽蚀产生的外部条件；

2）叶片及其他水流经的部件应选用抗汽蚀性能良好的材料；

3）减少吸入管的压力损失∑h、吸入管路系统包括底阀、虑水器、管路、弯头、等，使这些部位的安装设计合理，减少损失，也是降低水泵发生汽蚀现象的重要途径；

4）减少泵本身必须的汽蚀余量，为此，可适当加大手级叶轮吸入口直径，或采用无底阀排水。

（2）使用方面。

1）在安装允许的条件下，尽量减小泵的吸水高度。这样使泵运行中的允许汽蚀余量更大些。一般情况下安装高度在2～3.5m时，降低泵发生汽蚀现象。

2）降低井水的密度，含煤粉和泥沙的矿井水，为了减小矿水密度以减少泵的汽蚀，应在矿井排水之前做沉淀处理。

3）减小水流进泵吸入口的平均流速。