壓力降低是汽蝕發(fā)生的條件，水中存在大量的汽泡迅速破裂則是汽蝕發(fā)生的內(nèi)因。因此，要改善和降低煤礦主排水泵葉輪的汽蝕破壞，需要提高水泵入口壓力。

　　在煤礦水泵相當(dāng)于是煤礦的“心臟”，水泵工作性能的好壞直接影響到煤礦的生產(chǎn)安全，保證煤礦排水設(shè)備尤其是主排水泵狀況的完好和穩(wěn)定性具有非常重要的意義。水泵的葉輪是水泵將電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成水的壓力能和動(dòng)能。對(duì)水泵來講，只要葉輪性能良好就能保證水泵的正常運(yùn)行。然而長(zhǎng)期以來，困擾水泵正常運(yùn)行的一大難題就是水泵葉輪葉片的損壞的問題，產(chǎn)生這種破壞的主要原因，往往就是葉輪發(fā)生了汽蝕現(xiàn)象，所以研究泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象的原因以及如何預(yù)防汽蝕是非常關(guān)鍵的問題。而這也正是設(shè)計(jì)人員在煤礦排水設(shè)備的選型設(shè)計(jì)、安裝過程中重點(diǎn)要考慮的問題，實(shí)際使用過程中真正使煤礦主排水泵葉輪遭到破壞的zui主要原因是由于水中的固體顆粒的磨損，增大了礦水重度，從而增加了汽蝕發(fā)生的可能性。為此，本文專門研究了煤礦主排水泵的具體情況，就固體顆粒的存在對(duì)葉輪破壞的影響進(jìn)行研究。

　　1、汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

　　泵進(jìn)水口處的壓力減小到當(dāng)時(shí)水溫下的汽蝕壓力時(shí)，水發(fā)生汽化。水在入水口形成氣體，從而入水口形成許多小氣泡。這些小氣泡隨水流進(jìn)高壓區(qū)時(shí)，汽泡迅速破裂，周圍液體立即填充原汽泡空穴，由于汽泡破裂時(shí)間很短，所以形成高達(dá)幾百兆帕的水力沖擊。汽泡不斷地形成與破裂，巨大的水力沖擊以每秒鐘幾萬次的頻率反復(fù)作用在葉輪上，時(shí)間一長(zhǎng)，就會(huì)使葉輪的葉片逐漸因疲勞而剝落；同時(shí)，汽泡中還夾雜有一些活潑氣體（如氧氣），對(duì)金屬的光滑層因電解而逐漸變得粗糙。金屬表面粗糙度被破壞后，更加速了機(jī)械剝蝕。另外，氣泡形成與破裂的過程中，會(huì)使過流部件兩端產(chǎn)生溫度差異，其冷端與熱端形成電偶而產(chǎn)生電位差，從而使金屬表面發(fā)生電解作用，金屬的光滑層因電解而逐漸變得粗糙。在機(jī)械剝蝕、化學(xué)腐蝕和電化學(xué)的共同作用下，金屬表面很快出現(xiàn)蜂窩狀的麻點(diǎn)，并逐漸形成空洞而損壞，這種現(xiàn)象稱之為汽蝕。

　　2、汽蝕現(xiàn)象發(fā)生后對(duì)泵的嚴(yán)重影響

　　當(dāng)汽蝕發(fā)展到一定程度時(shí)，將影響水泵的性能并妨礙其正常運(yùn)行。主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

　?。?）泵的性能改變 汽蝕初生時(shí)，對(duì)水泵外特性并無明顯影響。汽蝕發(fā)展到一定程度后，水泵的功率、效率、流量和揚(yáng)程等參數(shù)會(huì)突然下降。當(dāng)汽蝕充分發(fā)展后，水流的有效過流面積會(huì)減小很多，以致引起水流中斷，不能工作。

　?。?）引起振動(dòng)和噪聲 氣泡破裂時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)互相沖擊，產(chǎn)生噪音和機(jī)組振動(dòng)，兩者互相激勵(lì)使泵產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，稱為汽蝕共振現(xiàn)象。

　?。?）過流部件表面的破壞 汽蝕破壞將大大縮短水泵的壽命，剝蝕和腐蝕嚴(yán)重時(shí)，會(huì)產(chǎn)生葉片斷裂或穿孔等重大事故。

　　3、葉輪磨損實(shí)驗(yàn)分析

　　利用在葉輪葉片上涂漆的方法，對(duì)葉輪損傷的部位和程度進(jìn)行定性分析實(shí)驗(yàn)條件：（1）用含一定沙粒的水代替礦水，使密度和礦水相同（ρ=1025kg/m3），分別在發(fā)生汽蝕和不發(fā)生汽蝕情況下進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)：（2）用清水在發(fā)生汽蝕的情況下進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)。水泵在以上2種條件下運(yùn)行10h后，觀察葉輪損傷情況并進(jìn)行分析。實(shí)際應(yīng)用中的煤礦主排水泵葉輪損壞zui嚴(yán)重的部位是葉片壓力面和吸水面，葉片材料剝落形成凹坑，嚴(yán)重的甚至形成葉片剝落：葉片出口壓力面磨損也比較嚴(yán)重。后蓋板上從葉片到葉片中部凹凸不平，受到不同程度的損壞。實(shí)踐證明，涂油漆只有葉片端有較明顯的固體顆粒摩擦痕跡，整個(gè)葉輪葉片流道沒有汽蝕點(diǎn)。汽蝕損失情況下，葉片端、葉片壓力面、葉片出口壓力面的油漆有較嚴(yán)重的固體顆粒的摩擦痕跡，特別是葉片吸力面有大面積的汽蝕點(diǎn)存在，在損傷部位及程度基本上和實(shí)際煤礦主排水泵葉輪的損傷情況一致，程度較無汽蝕時(shí)好。條件2下清水的實(shí)驗(yàn)沒有磨痕，只有汽蝕點(diǎn)，汽蝕的程度和含沙水相比要小得多，說明含沙粒的礦水?dāng)U大了汽蝕范圍。由此可見，在相同流體介質(zhì)條件下，發(fā)生汽蝕時(shí)的損傷比不發(fā)生汽蝕時(shí)要嚴(yán)重；相同汽蝕條件下，有固體顆粒的介質(zhì)比沒有固體顆粒時(shí)要嚴(yán)重。因此，汽蝕是煤礦主排水泵葉輪損傷的主要原因，消除汽蝕可以降低水泵的破壞，消除水中的固體顆粒則可更大程度地減輕破壞。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然我們還不清楚汽蝕與固體顆粒的大小是否有關(guān)系，但可以驗(yàn)證破壞作用的客觀存在。

　　4、對(duì)策與結(jié)論

　　由以上實(shí)驗(yàn)可知道壓力降低是汽蝕發(fā)生的條件，水中存在大量的汽泡迅速破裂則是汽蝕發(fā)生的內(nèi)因。因此，為改善和減輕煤礦主排水泵葉輪的汽蝕破壞，應(yīng)從以下2方面改進(jìn)：

　　（1）設(shè)計(jì)、制造方面。1）改變?nèi)~輪形狀的設(shè)計(jì)及優(yōu)化葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，改善汽蝕產(chǎn)生的外部條件；2）葉片及其他水流經(jīng)的部件應(yīng)選用抗汽蝕性能良好的材料；3）減少吸入管的壓力損失∑h、吸入管路系統(tǒng)包括底閥、慮水器、管路、彎頭、等，使這些部位的安裝設(shè)計(jì)合理，減少損失，也是降低水泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象的重要途徑；4）減少泵本身必須的汽蝕余量，為此，可適當(dāng)加大手級(jí)葉輪吸入口直徑，或采用無底閥排水。

　?。?）使用方面。1）在安裝允許的條件下，盡量減小泵的吸水高度。這樣使泵運(yùn)行中的允許汽蝕余量更大些。一般情況下安裝高度在2～3.5m時(shí)，降低泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。2）降低井水的密度，含煤粉和泥沙的礦井水，為了減小礦水密度以減少泵的汽蝕，應(yīng)在礦井排水之前做沉淀處理。3）減小水流進(jìn)泵吸入口的平均流速。