叶片式流体机械的空化与空蚀

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1、本章涉及的主要内容叶片式水力机械的空化与空蚀机理水力机械的空化参数空化与空蚀的防护与改善措施HSJ第一节叶片式水力机械的空化与空蚀机理（一）空化现象基本定义由于压力的变化而导致的液流内的空泡的产生、发展和溃灭过程以及由此而产生的一系列物理和化学变化，称为空化一、空化及空蚀机理HSJ空化发展过程压力降低汽化空泡形成压力升高空泡溃灭材料破坏外特性下降HSJ（二）空化初生液体的抗拉强度实测最大26~27Mpa理论值160~325Mpa＝7.4×10－2N／m初生空泡的平衡条件2r＋r2p＝r2pva空化核HSJ（三）空蚀破坏机

2、理任何固体材料（包括化学惰性的、非导电的、甚至高强度的），在任何液体（包括海水、淡水、化学惰性液体、甚至金属性液体如汞、钠等）的一定动力条件作用下，都能引起空蚀破坏。微射流理论射流速度100～300m/s压力7.05108Pa微射流直径2~3m冲抗直径2~20m冲击次数100~1000/s-cm2其他因素：HSJ微射流HSJ（四）空化现象的分类（按形态和产生原因）1）游动型空化2）固定型空化3）旋涡型空化4）振动型空化HSJ旋涡型空化HSJ泵叶轮的空化HSJ二、空化数翼型的压力系数最低压力点HSJ空化开始K的意义环境参数p0

3、↑，pva↓，w0↓，则K↑对既定的翼型，产生空化的可能性↓Ki的意义翼型特性参数与工况有关对既定翼型的既定工况是常数p0－pmin↑，w0↓，Ki↑，对既定环境,产生空化的可能性↑翼型的空化性能的指标。HSJ空化发展条件K＞Ki，不产生空化K＝Ki，开始空化（空化初生）K＜Ki，空化发展（加剧）空化的相似准则Sr，K，KiHSJ三空蚀破坏类型及对性能的影响（一）空化和空蚀破坏类型（按发生的部位）分类1、翼型空化和空蚀IIHSJ泵叶轮的翼型空蚀HSJ2、间隙空化和空蚀HSJ3、空腔空化和空蚀4、局部空化和空蚀水轮机空蚀量合格的评定

4、标准HSJ（二）空化与空蚀对叶片式水力机械性能的影响1、机器能量特性恶化2、引起振动和噪声3、材料破坏HSJ第二节水力机械的空化参数一、有因次空化参数（一）转轮叶片上的最低压力转轮的低压侧L机器的低压侧S叶片最低压力点KHSJ逐步利用0、S、L、K间的伯努利方程可得用HS代替ZK并令:最后得:HSJ（二）空化余量装置的有效空化余量ha是与机器外部环境（装置）有关的参数。是机器低压侧液体总能头（折算到基准面）超过液体汽化压力的部分，它表示了外部环境（装置）给机器提供的避免发生空化的条件。根据伯努利方程，ha的数值可以根据下游水面

5、的参数计算。hahr基准面水力机械必需空化余量hr是一个只与机器内部流动有关的参数，对于既定的机器的既定工况是常数。它表示由于液体流动而引起的叶片上最低压力点处相对于机器低压侧压力的降低，称为动压降。它是水力机械内部空化性能的度量，而与机器的安装位置和液体性质无关。在一定的外界条件下，hr的值越小，pK的值越高，则发生空化的可能性就越小。HSJNPSH（NetPositiveSuctionHead）cavitationmarginha的计算对水轮机空化的发生过程ha>hr无空化ha=hr空化初生ha<hr空化

6、发展HSJhr的测量能量法临界值的确定安全余量[hr]=hcr+K根据：空化初生时，hr=haHSJ（三）吸出（入）真空度[HV]的值由试验确定HSJ二、无因次空化参数（一）空化（或空蚀）系数装置空化系数水力机械空化系数初生空化条件p＝空化相似准则p＋HSJ（二）空化（或空蚀）比转速∵hr正比于H∴可定义效率为主：C=600~800；兼顾效率和空化：C=800~1100；空化性能为主：C=1100~1600；特殊要求（例如对火箭推进泵）：C＞5500。HSJ吸入比转速无量纲HSJ三、泵的空化性能与入流角度的关系

7、这一部分内容不再讲述，有兴趣可参阅有关书籍。HSJ四、水力机械的安装高度水轮机安全余量的选择：关系重大HSJ吸出高基准与安装基准HSJ泵的吸入高基准面与安装高程基准面相同HSJ用允许吸入真空度计算非标准状况下允许吸入真空度的换算HSJ第三节空化与空蚀的防护与改善措施一、设计1、合理确定叶轮低压侧的几何尺寸DScLwL最优值：HSJ2、下环（前盖板）圆弧半径和进口边位置4、采用诱导轮3、采用双吸叶轮HSJ诱导轮HSJ5、采用超空化翼型HSJ超空化螺旋桨HSJ二、制造1、提高加工精度和表面光洁度2、采用耐空蚀破坏的材料3、表面处理提高

8、材料耐空蚀性能三、安装合理确定吸出（入）高度四、运行适当限制运行工况（水轮机的补气）HSJ运行工况HSJ五、维修采用耐空蚀材料补焊表面喷、涂耐空蚀材料HSJ第四章内容总结空化与空蚀机理空化现象空化核子空化数对外特性的影响溃灭过程临界压力空化的分类水