潛水排污泵的失效分析及改進(jìn)
通過(guò)對QW型雙流道潛水排污泵葉輪失效原因進(jìn)行分析，得出潛水排污泵葉輪產(chǎn)生磨損的主要原因是因高速含固體顆粒的水流對過(guò)流部件的磨損破壞和汽蝕與磨損的聯(lián)合破壞的結果，根據分析結果提出相應的解決方案。按此方案對該泵進(jìn)行綜合改造后，經(jīng)運行半年后解體觀(guān)察，葉輪部分無(wú)明顯腐蝕，效果良好，達到預期效果。
引言
QW型潛水排污泵是一種泵與電機聯(lián)體，一起潛入液下工作的泵。與一般臥式或立式污水泵相比，潛水排污泵明顯具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)結構緊湊，占地面積小。該泵由于潛人液下工作，因此可直接安裝于污水池內，無(wú)需建造專(zhuān)門(mén)的泵房來(lái)安裝泵及電機，節省大量土地及基建費用。
(2)安裝維修方便。小型的潛水排污泵可以自由安置，大型的排污泵一般都配有自動(dòng)耦合裝置可以進(jìn)行自動(dòng)安裝，安裝及維修相當方便。
(3)連續運轉時(shí)間長(cháng)。潛水排污泵由于泵和電機同軸，軸短，轉動(dòng)部件重量輕，因此軸承上承受的載荷(徑向)相對較小，壽命比一般泵要長(cháng)得多。
(4)振動(dòng)噪聲小，電機溫升低，對環(huán)境無(wú)污染。
正是由于上述優(yōu)點(diǎn)，潛水排污泵受到人們的青睞，使用的范圍也越來(lái)越廣，由原來(lái)單純地用來(lái)輸送清水到現在可以輸送各種生活污水、工業(yè)廢水、建筑工地排水、液狀飼料等。在市政工程、工業(yè)、醫院、建筑、飯店、水利建設等各行各業(yè)中起著(zhù)重要作用。
1、葉輪和殼體材料及工況
某污水處理廠(chǎng)用的QW型雙流道潛水排污泵使用7~9個(gè)月時(shí)，泵的運行效能明顯出現下降現象，經(jīng)過(guò)解體發(fā)現，葉輪損壞嚴重，而殼體部分整個(gè)表面腐蝕尚不嚴重。泵的設計參數：轉速1450r/min、流量200mVh、揚程22m、功率22kW，葉輪和殼體的材料為HT 200，實(shí)測的化學(xué)成分列于表1。運行工況時(shí)的工作介質(zhì)為生活污水，微帶酸性；含有固體顆粒。
表1 鑄鐵的化學(xué)成分(按質(zhì)量計，％)
2、腐蝕特征
2.1、葉輪腐蝕
潛水排污泵葉輪的腐蝕情況如圖1所示，運行僅幾個(gè)月葉輪平均磨損深度已經(jīng)達到3-5mm，汽蝕坑深4-6mm，葉片磨短5mm以上，葉輪導流部分減薄嚴重，減薄量2-4mm，兩面均有魚(yú)鱗狀花紋和蜂窩狀花紋交互出現，正面花紋大而深，背面花紋小而淺，魚(yú)鱗狀花紋的方向指向水流的流動(dòng)方向。葉輪口環(huán)的徑向圓周面出現半圓形的沖刷坑。葉輪出水側葉片和隔板減薄嚴重，外緣呈參差不齊的刀刃狀。
2.2、殼體腐蝕
殼體內側有沖擊磨損的環(huán)狀溝痕，壁厚原為8mm，沖蝕后減薄到6mm，損壞不是很?chē)乐�，但在進(jìn)口處的沖擊磨損比較嚴重。在部分地方出現較深的溝狀條紋。殼體腐蝕如圖2所示。
3、葉輪失效原因分析
從宏觀(guān)上分析，葉輪失效的直接原因是葉片的嚴重減薄，通過(guò)對葉輪的工況及損壞情況分析可見(jiàn)，引起葉片減薄的原因，是由于出現了嚴重的磨損和腐蝕而造成的，即高流速污水中固體顆粒的磨削作用加速了材料表面的腐蝕，從圖1可以看出，葉輪存在明顯的磨削區、沖擊區和汽蝕區。由于葉輪不同部位的流速與流動(dòng)狀態(tài)不同，因此介質(zhì)對葉輪的機械作用力大小與方向也不周，導致表面出現不均勻的磨損腐蝕形態(tài)。在此主要表現為磨蝕和汽蝕兩種形式。
圖1 葉輪磨蝕破壞實(shí)況圖2 泵體磨蝕破壞實(shí)況
3.1、固體顆粒對磨蝕的影響
污水中的固體顆粒是加速潛水排污泵過(guò)流部件磨蝕的主要原因，通過(guò)水流相對速度和汽蝕作用產(chǎn)生磨蝕破壞。在高速含固體顆粒水流中具有一定動(dòng)能的硬質(zhì)沙粒對過(guò)流部件表面反復沖擊和切削形成磨損，固體顆粒對過(guò)流部件的磨損量可用下式進(jìn)行估算
由上式可知，固體顆粒對過(guò)流部件的磨損主要是通過(guò)水流相對速度的作用而產(chǎn)生破壞。固體顆粒增加汽蝕發(fā)生率，降低抗汽蝕能力。首先含固體顆粒的物化特性和流動(dòng)性與清水有很大的差別，含固體顆粒水流的粘性降低，抗斷裂性差，增加了空泡產(chǎn)生概率。其次，固體顆粒中會(huì )夾帶氣泡植入水中增加水中汽核，使汽蝕發(fā)生概率上升。另外，固體顆粒與水的質(zhì)量、慣性力有明顯的差異，固體顆粒的運動(dòng)軌跡偏離水流流線(xiàn)使流場(chǎng)發(fā)生畸變，由于繞流阻力和慣性力引起固體顆粒的附加速度，水流回流發(fā)生旋渦，引起局部壓力降低，加重了汽蝕發(fā)生的概率。汽蝕坑會(huì )嚴重破壞過(guò)流部件表面的光滑度，使固體顆粒磨損加重。
