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5叶片式流体机械空化、空蚀、泥沙磨损及水力振动

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第一章流体机械的定义及分类习题

第一章流体机械的定义及分类习题

第⼀章流体机械的定义及分类习题第⼀章流体机械的定义及分类习题1、流体具有的能量主要包括哪⼏个⽅⾯？2、什么是流体机械？根据什么将流体机械分为叶⽚式流体机械和容积式流体机械？3、什么是往复式流体机械和回转式流体机械？试分别列举⼏种型式。

第⼆章叶⽚式流体机械概述习题1、⽔轮机和⽔泵的基本⼯作参数有哪些？各是如何定义的？2、什么是流体机械？根据什么将流体机械分为叶⽚式流体机械和容积式流体机械？3、什么是往复式流体机械和回转式流体机械？试分别列举⼏种型式。

4、往复式泵的⼯作原理是什么？5、齿轮泵的⼯作过程是什么？齿轮泵的容积效率怎样计算？6、反击型⽔轮机的主要过流部件名称及作⽤是什么？试以混流式为例绘出其单线图。

7、根据⽔轮机利⽤⽔流能量⽅式的不同将⽔轮机分为哪两⼤类？⼜根据转轮区域⽔流流动⽅向特征的不同将反击式⽔轮机分为了⼏种？试分别说出各⾃的特点和使⽤范围。

8、反击式⽔轮机由哪四⼤部件组成？试分别说出它们的作⽤。

9、试说明液⼒变矩器的组成和⼯作原理。

10、什么是⽓压传动？以剪切机为例，说明⽓压传动的⼯作原理。

11、试推导往复泵吸⽔、压⽔过程中活塞上压强的表达式。

12、试证明：单作⽤往复泵安装空⽓室活塞克服管路摩擦所作的功，与不装空⽓室活塞克服管路摩擦所作的功之⽐为。

假定摩擦系数不随速度变化。

第三章叶⽚式流体机械中的能量转化习题1、总扬程为25m，流量为3m3/min，泄漏量为流量的3%的离⼼泵以1450rpm的转速运转时，泵的轴功率为14.76kw，机械效率取，试求下列值：（1）泵的有效功率；（2）泵的效率；（3）容积效率；（4）⽔⼒效率。

2、⽔轮机效率实验时在某⼀导叶开度下测得下列数据：蜗壳进⼝处压⼒表读数P=22.6×104p a，压⼒表中⼼⾼程Hm=88.5m，压⼒表所在钢管直径D=3.35m，电站下游⽔位?=85m，流量q v=33m3/s，发电机功率P g =7410Kw，发电机效率ηg=0.966，试求机组效率及⽔轮机效率。

叶片式流体机械的空化与空蚀

叶片式流体机械的空化与空蚀

第四章叶片式流体机械的空化与空蚀§4.1 流体机械的空化与空蚀机理一、空化及空蚀的机理：空化及空蚀是以液体为介质的叶片式流体机械，即水力机械才有可能出现的一种物理现象。

空化现象：沸腾：液体在恒定压力下加热，当液体温度升高至某一温度，液体开始气化形成气泡，这叫沸腾。

当温度一定，压力降低到某一临界压力，也会气化。

当P<Pv ，开始气化，形成空穴（即气泡），当气泡到高压区则，气泡内的蒸汽重新凝结，气泡溃灭，另外还伴随着一系列物理、化学现象，这叫空化。

二、液体的性质及空化初生条件空化初生时空穴在局部压力降至临近液体蒸汽压力的瞬间形成的。

严格的讲，一般若空穴在均质液体内产生，液体必须破裂，破裂所需应力不是以蒸汽压力来衡量，而是该温度下液体的抗拉强度。

液体能不受拉，回答肯定。

很多人对纯水作了试验，证明纯水的抗拉强度为26-27MPa。

但实际上自然界的水不能承受拉应力，这是因为水的连续性破坏了。

（例水温200c ，压力2400Pa时水的连续性就破坏了，水就气化了）。

而水的连续性的破坏是由于水中有杂质，改变了水的结构，消弱了水（液体）的抗拉强度，而水中液体中的杂质是多种多样的，主要是未溶解的气体。

实际上，当局部压力降至蒸汽压力附近，未溶解气体首先从液体中析出，形成气核。

故液体压力降低是空化产生和发展的外部条件，而其内因还是液体本身的特性（含未溶解气体的量）。

三、空化的发展及溃灭及空化的类型当压力再低，气泡长大，进入高压区，气泡不断缩小，溃灭。

此过程是复杂过程，不仅和压力及含气量大小有关，还和液体的表面张力，粘性，可压缩性，惯性有关。

高速摄影拍了气泡的溃灭过程：当气泡达到最大直径时，紧接着高速溃灭至气泡尺寸为零，而后又再生一个稍小的，接着又溃灭，这种再生一般二次，尺寸一次比一次小。

类型：①游动型空化②固定型空化水力机械中出现③漩涡型空化④振动型空化：液体中的固体边界的机械振动激发相邻的液体产生压力脉动，与振幅足够大时，使液体产生空化。

空化空蚀机理

空化空蚀机理

§4.1 空化与空蚀机理
1、空化现象
对于任何液体：
在恒压下加热，温度上升到某一温度时，开始汽化，形成汽泡，⇒ 沸腾
在恒温下降压，压力下降到某一临界压力（汽化压力）时，也会汽 化，溶解在液体中的气体析出，⇒形成汽泡（空泡、空穴）
空泡运动到压力较高的地方后，泡内的蒸汽重新凝结，气泡溃灭。 气泡经历了生成、发展、溃灭的过程，同时通常还伴有一系列物理
中国石油大学（北京） 机械与储运工程学院 1/71
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第四章 叶片式流体机械的空化与空蚀
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§4.1 空化与空蚀机理
一、空化、空蚀(汽蚀)现象
空化与空蚀是发生于液体作为介质的流体机械（水力机械） 中可能出现的一种特有的现象，而在固体和空气中一般不会发生 空化和空蚀。
沸腾
空化
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§4.1 空化与空蚀机理
中国石油大学（北京） 机械与储运工程学院 12/71
§4.1 空化与空蚀机理
文丘里管空化器结构图
文丘里管轴截面速度云图
文丘里管壁面压力分布云图
文丘里管壁面气相体积分数云图
振动空化与前述三种空化的根本区别在于：前述三种空化中， 一个液体单元仅通过空化区一次；而在振动空化中，虽有时 也伴有连续的流动，但其流速非常低，以至于给定的液体单 元经受了多次空化循环。
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§4.1 空化与空蚀机理
虽然，大多数情况下，空化是一种有害的现象要避免发生。 但目前也越来越多的被利用，主要是振动空化和超空化。

叶片式流体的空蚀泥沙磨损及水力振动

叶片式流体的空蚀泥沙磨损及水力振动
通过水力机械流道中的液流如果某个地方的流速增高必然会引起此处的局部压力下降当压力降低到当时液流下的临界压力时这个低压区的液流就会开始汽化——出现空泡汽泡空泡随液流运动到较高压力区由于P↑汽泡中的蒸气要重新凝结成水汽泡溃灭因为体积突然收缩汽泡原先占有的空间形成真空于是周围的高压液流质点高速冲近来将对过流表面产生非常大的瞬间脉冲压力水锤压力同时在压力增高时原来从液流中分解出来的小汽泡在水锤压力的作用下被急剧压缩直到汽泡的弹性力大雨水锤压力时汽泡将停止压缩而瞬间膨胀所以对过流表面又形成另一种水锤压力
2化学作用 当空泡被压缩时由于体积突然缩小温度要升高放出热量；同时水锤压力对金属表面的冲击也要产生局部高温当空泡凝结时局部温度可达到300°C左右所以在这种高温、高压作用下又促使了空蚀对金属表面的氧化这就是化学作用 3电化作用 气泡在高温高压作用下产生放电现象这就是电化作用因为金属表面被高压液流反复冲击的部位会产生很大热量温度升高形成热端将会与邻近点的非冲击部位冷端 构成一个热电耦在热电耦的回路中产生电势使金属内部有电流通过也产生电化腐蚀电解作用致金属表面变暗变毛加速机械破坏作用
第三节 水力机械的泥沙磨损 河流中普遍夹带有大量的泥沙尤其是黄河的含沙量居世界首位那么当大量泥沙经过水轮机会对电站的运行对水轮机造成什么影响呢 对多泥沙河流上水电站的水轮机泥沙磨损是一个普遍存在的问题
一、泥沙磨损的定义 水力机械的工作水流中具有一定对内的坚硬沙粒冲撞过流表面而将造成材料的微体积剥落这一过程称为泥沙磨损 二、泥沙磨损的危害 磨损过流部件ηv↓ η↓ p↓引起机组振动
水力机械的空化系数=
—称为外空化指标安装机组时控制 —称内空化指标设计时控制 因为 是无因次的它是水力机械空化现象的相似准则对几何相似工作在相似工况的机器 =const 空化或空蚀比转速 C=5.62nqv1/2/△hr3/4

轴流泵空化的危害和改进措施

轴流泵空化的危害和改进措施

轴流泵空化的危害和改进措施发布时间：2022-10-17T08:55:38.885Z 来源：《科技新时代》2022年4月8期作者：姚捷[导读] 本文主要对轴流泵空化的危害姚捷国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州215000摘要：本文主要对轴流泵空化的危害，以及现有的的相关工程实例所作出的改进进行分析，通过对轴流泵空化危害性和改进方式研究，从而提高轴流泵的流动效果。

关键词：轴流泵、空化、汽蚀、气穴、叶片、间隙1、概述轴流泵在我国南水北调工程、大中型泵站、船舶喷水推进和潜艇水下导弹发射装置等国家重大战略工程上具有广泛的应用。

当液体绕轴流泵叶轮叶片流动时，最容易引起局部压力降低并发生空化，引起叶片以及其他过流部件的空蚀破坏，影响泵的性能、运行稳定性并产生振动和噪声等影响。

由此可见，轴流泵空化问题已成为业界急需解决的难题之一。

2、空化对水力机械的危害空化对水力机械的危害主要体现在以下三个方面：水动力学影响、空蚀破坏以及振动和噪声。

关于水动力学影响，空化的各种水动力学影响都起源于空穴的出现破坏了液相流体的连续性。

当汽液两相相互转换时，液相的流态就发生改变，从而影响液体和其边界之间的相互动力作用。

在绝大多数情况下，空化的出现会增加水流的总阻力，限制或减小过流部件表面对液体的做功能力，从而使水力机械的运行性能降低，最典型的外在表现是扬程和效率的下降，其中扬程的下降是液体和转轮之间动量传递作用的有效性减少的标志，效率的降低是损失增大的标志。

关于空蚀破坏，液体空化形成的空泡随液流进入高压区或通过其它方式吸收足够的能量后就会坍塌、破裂，并在极短的时间内形成强烈的冲击波。

当溃灭过程在固壁附近发生时还会形成高速的微射流。

在微射流和冲击波的作用下造成固壁表面破坏、材料剥落，形成空蚀麻点，甚至造成孔洞、断裂等现象。

关于振动和噪声，空化引起的压力脉动传递到水力机组上就会引起机组振动，振动向空气中传播就会产生噪声。

第四章叶片式流体机械的空化理论共29页文档

第四章叶片式流体机械的空化理论共29页文档

ha
hr

pK pV
g
当qV ≥qVC时，因pK≤pV ,
O
非汽 汽蚀 蚀区 区
C qVC
H-qV
Δhr-qV Δha-qV qV
即Δhr≥Δha，泵内将产生汽蚀。 但流量不能太小： 水温 tpVNPSHa 因此，应规定出泵
应注意的是：Hg 值的正、负以吸入池液面为基准，当泵 轴高于吸水液面时为正。
流体机械原理、设计及应用
2.必需汽蚀余量
1）定义
hr
Es
pK
g
利用能量方程可以推得： hr 1 2c0g2 2 w 2g02 qV2
2）影响因素
Δhr=f (泵吸入室和叶轮进口的结构参数, 流速大小),即， Δhr 只与泵的结构有关，而与吸入管路无关，故又称之为泵的 汽蚀余量。
Hs
s2
2g
hw
当qV=C时，Hg ( Hs) ，存在 HsmaxpsminpkpV时， 泵内开始发生汽蚀。Hsmax值由制造厂用试验方法确定。
为保证泵不发生汽蚀，把Hsmax减去一个安全量K，作为 允许吸上真空高度而载入泵的产品样本中，并用[Hs]表示，即：
[Hs]=Hsmax―0.3
HgHs2gs2 hw
行修正。
大气压头 饱和蒸汽压头
H sH spa gpV1.3 0 30.24
（3）为提高泵的允许几何安装高度，应尽量减少吸入管
路的速度水头和阻力损失。
流体机械原理、设计及应用
【例】 在海拔500m某地安装一台水泵，其输水qV=135L/s，输送 水温 t =30℃，该泵样本上提供的允许吸上真空高度[Hs] =5.5m.吸水 管内径 d=250mm, 设吸入管路总损失∑hs=0.878m。 求：[Hg]应为多少？

水力机械现代设计方法第四章：叶片式流体机械的空化与空蚀


HSJ
第四章内容总结
比例效应 基准面 粘性 空化核子 拉应力 时间 空化相似律 NPSHr=K·H σr=const S(C)=const
空化与空蚀机理
空化现象 溃灭过程 空化核子 临界压力 空化数 空化的分类 对外特性的影响
水力机械 空化参数 NPSHr
σ
S(c) HV NPSHa
σp
NPSHcr
逐步利用0、S、L、K间的伯努利方程可得
2 2 2 2 2 2 pS cS pK cL wK − wL uK − uL = + ZS + − ZK − ( ± ∆H S − L ) − m ∆H L − K + ρg ρg 2g 2g 2g 2g
用HS代替ZK并令:
2 2 cL cL ± ∆H S − L = λ1 2g 2g
HSJ
NPSH（Net Positive Suction Head） cavitation margin
∆ha的计算
p0 pVa ∆ha = − HS − m ∆H 0− S ρg ρg
对水轮机
∆ha = H a − H Va − H S
空化的发生过程
∆ha> ∆hr ∆ha= ∆hr ∆ha< ∆hr
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
H SZ = H 0 − H Va − ∆H 0− S − (∆hr + K )
HSJ
用允许吸入真空度计算
H SZ
2 cS = [ HV ] − − ∆H 0 − S 2g
非标准状况下允许吸入真空度的换算
′ ′ ′ [ H V ] = [ H V ] − 10.33 + H a − H Va + 0.24

流体机械原理水力机械的空化与空蚀共26页文档


谢谢！
流体机械原理水力机械的空化与空蚀
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿

浅析水泵空蚀与泥沙磨损的预防及修复技术

浅析水泵空蚀与泥沙磨损的预防及修复技术1水泵受到空蚀及泥沙磨损的原因的确定（一）水泵发生空现象的原因1）在水泵设备运行过程中，如果水泵的吸入系统部分的压力低于或等于所传输的液体的温度所相对应的汽化压力时，液体中所溶解的气体便会逸出，同时液体也会发生少量的汽化，所产生的气体并不能及时的飞逸到空气中，通常会以小气泡的形式残存在液体中。

当气泡随着液体流入到泵体内局部高压区域时，气泡就会在高压的作用下破裂，气泡破裂所形成的空间会及时被周围液体所补上，在周围液体进入到气泡所产生的空隙时，液体会以较高的速度冲击泵体的表面，由于液体中存在很多的气泡，且气泡一般都存在于叶片以及泵体内部表面的附近，因此在泵体内局部压力变大气泡破裂的瞬时，液体就会以较大的冲击力击打水泵的叶轮或叶片金属表面，使金属产生局部疲劳现象，因此会造成金属叶片表面形成凹痕，凹痕形成以后就会使液体对金属表面形成应力集中，并进一步破坏叶片以及泵体内部表面，影响水泵的正常运行。

2）如泵体内的局部气压较低就会致使液体中所溶解的氧气逸出，所逸出的氧气就会与泵体内的金属部件发生氧化作用，进而造成金属部件发生腐蚀，同时气蚀区域内由液流撞击的机械能转化而来的热能, 和气泡凝结时放出的热能, 催化了金属的氧化腐蚀反应。

（二）水泵受到泥沙磨损的原因由于水泵工作环境的因素，因此不能够保证流经泵体的液体中没有混入泥沙之类的杂质，当液体中混入泥沙或者坚硬颗粒状的杂质时，由于泵体内的液体的流速度较快，就会致使液体泥沙或坚硬颗粒状的杂质不断的冲刷叶片金属表面以及泵体内部的金属部件，进而会造成金属晶粒脱落，同时所脱落的金属晶粒同泥沙等杂质一样会破坏泵体表面及叶片。

由于叶片以及泵体表面遭到破坏就会加剧泵体表面的腐蚀，进而会影响水泵的运行周期。

2针对于水泵空蚀及泥沙磨损的修复及预防的措施随着我国水泵技术的不断发展，对于水泵设备的生产工艺以及维护保养已经成为人们所关注的重点，因此水泵设备的维护保养技术得到了很好的发展，下面笔者将简单介绍解决水泵空蚀及泥沙磨损现象的修复及预防措施。

叶片式流体的空蚀、泥沙 磨损及水力振动


4）微射流理论 空泡在溃灭过程中还会产生高速的微射流束，产生很强的冲击力， 对材料表面产生破坏作用。
三、空蚀破坏类型及对性能的影响
1 、空化空蚀破坏类型 1）.翼型空化和空蚀 2）.间隙空化和空蚀 3）.空腔空化和空蚀 4）.局部空化和空蚀
2、空化与空蚀对水力机械性能的影响 对性能产生影响，主要表现为四个方面： 1）、破坏过流表面 2）、机器能量特性发生变化 3）、引起振动和噪声 4）、使机组检修频繁
• 空化：随着压力变化，液流中出现空泡状态（初生、发展、溃灭）及 产生一系列物理化学变化称作空化（空穴）。 • 空蚀：指当空泡的溃灭过程发生于固壁表面，而使材料破坏，即由空 化引起的材料破坏（侵蚀）。 空泡的产生与发展取决于液体的状态（温度和压力）以及液体本 身的物理性质（所含杂质量及所溶解的气体等）。


a va s a va s g
• 水力机械的空化系数 =

hr S r
Pk - Pva gH
，
，
k va
，

• •
—称为外空化指标（安装机组时控制） —称内空化指标（设计时控制） 是无因次的，它是水力机械空化现象的相似准则，对几何相似， 因为 工作在相似工况的机器 =const。
2）化学作用 当空泡被压缩时，由于体积突然缩小，温度要 升高放出热量；同时水锤压力对金属表面的冲击也 要产生局部高温。当空泡凝结时，局部温度可达到 300°C左右，所以在这种高温、高压作用下，又促 使了空蚀对金属表面的氧化，这就是化学作用。 3）电化作用 气泡在高温高压作用下产生放电现象，这就是电 化作用。因为金属表面被高压液流反复冲击的部位 会产生很大热量，温度升高，形成热端，将会与邻 近点的非冲击部位(冷端) 构成一个热电耦，在热电耦 的回路中产生电势，使金属内部有电流通过，也产 生电化腐蚀(电解作用)，致金属表面变暗变毛，加速 机械破坏作用。
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2012-8-15 西华大学 宋文武 教授 24
五、主要的抗磨措施
1.结构设计上改善水流流态
在结构设计上尽量使过流表面平滑，没 有凹凸不平，窄缝等造成局部旋涡产生。 设耐磨系数表征 ZG30 定为“1” 堆6424焊条 —“≥4.0” 20Cr5Cu板材 —“2.0~3.0” 1Cr18Ni9Ti板材 —“1.2~1.8”
2012-8-15
西华大学
宋文武
教授
11
第二节 水力机械的空化参数
既然空化与空蚀是水力机械在能量转 换中特有的现象，它对机器的性能造成直 接影响，故水力机械的空化空蚀性能也是 一项非常重要的特性指标。如何反映水力 机械的空化空蚀性能，这对于预测、改善 水力机械的空化空蚀性能是非常必要的。
常用翼型空化空蚀来表征水力机械的 性能，它是反击式水力机械中最主要的空 化空蚀形式。
2012-8-15 西华大学 宋文武 教授 3
通过水力机械流道中的液流，如果某个地方的流速
增高，必然会引起此处的局部压力下降，当压力降 低到当时液流下的临界压力时，这个低压区的液流 就会开始汽化——出现空泡（汽泡），空泡随液流 运动到较高压力区，由于P↑，汽泡中的蒸气要重新 凝结成水，汽泡溃灭。因为体积突然收缩，汽泡原 先占有的空间形成真空，于是周围的高压液流质点 高速冲近来，将对过流表面产生非常大的瞬间脉冲 压力（水锤压力）。同时，在压力增高时，原来从 液流中分解出来的小汽泡，在水锤压力的作用下被 急剧压缩，直到汽泡的弹性力大雨水锤压力时，汽 泡将停止压缩而瞬间膨胀，所以对过流表面又形成 另一种水锤压力。
注：ZL机主要磨损部件为转轮及转轮室。
2012-8-15
西华大学
宋文武
教授
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4 、河南某电站水轮机的转轮室与叶片间隙由 6—8毫米磨损到70—100毫米。中高水头电 站，有时导水机构磨损比较严重。 5 、甘肃某电站；H=100米，经过一个汛期运 行，导叶出现缺口，造成导叶严重漏水，开 停机困难。 6 、渔子溪电站：H=270米，运行11000小时 后，不锈钢转轮完好，但导叶和底环抗磨板 严重损坏。
4）微射流理论 空泡在溃灭过程中还会产生高速的微射流 束，产生很强的冲击力，对材料表面产生破 坏作用。
三、空蚀破坏类型及对性能的影响
1 、空化空蚀破坏类型 1）.翼型空化和空蚀 2）.间隙空化和空蚀 3）.空腔空化和空蚀 4）.局部空化和空蚀
2012-8-15 西华大学 宋文武 教授 10
2、空化与空蚀对水力机械性能的影响 对性能产生影响，主要表现为四个方面： 1）、破坏过流表面 2）、机器能量特性发生变化 3）、引起振动和噪声 4）、使机组检修频繁

a va s a va s
ha
S a
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西华大学
宋文武
教授
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水力机械的空化系数
Pk - Pva
=
hr

S r
gH
，

，
k va
，

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西华大学
宋文武
教授
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—称为外空化指标（安装机组时控制） —称内空化指标（设计时控制） 因为 是无因次的，它是水力机械空化现 象的相似准则，对几何相似，工作在相似工 况的机器 =const。
本章准备讨论4个方面的问题：
1、空化与空蚀机理 2、水力机械的空化参数 3、水力机械的泥沙磨损 4、水力机械的水力振动
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西华大学
宋文武
教授
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第一节 空化与空蚀机理
一、空化现象
这是一种流体力学现象。 临界压力——把给定温度下，液体开始汽化的压 力叫做临界压力。 （在不同温度下，液体的临界压力是不同的）。 注意：当液体温度一定，而压力降低到相应的临 界压力时，也会出现汽化现象，同时溶解于液体 中的气体析出，形成空泡（空穴）。
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另外，由于坚硬的泥沙硬度一般高于金 属材料的硬度，而且砂粒形状各异，有尖锐 的菱角形 圆形等，都以很高的速度处境在材 料表面上。当尖角砂粒以平行材料的表面移 动，使接触点产生横向塑性流动，切下一定 数量的微体积材料，这相当于微切削过程。 在垂直冲击下，尖角砂粒同材料接触时， 尖角会转动，这也存在微切削效果，但切削 能力不如小冲角。圆形砂粒垂直冲击在材料 表面会产生反复的塑性变形形成凹坑。这些 塑性降低，脆性增加的堆积物将重新受压移 位。同时在合适的砂粒冲角下 ，易被直接剪 断——属变形磨损。
2012-8-15 西华大学 宋文武 教授 7
1°空泡在溃灭过程中产生冲击波，从空泡的
中心向外放射时具有和大的冲击力，对材料 产生破坏。 2°大的空泡在溃灭过程中会变形，空泡分裂 成若干个小空泡的过程中还会产生高速的微 射流束，产生很强的冲击力。 在过流边壁的某一个地方，随着液流的不 断流过，溃灭的空泡像尖刀一样反复锤打金 属边壁（疲劳破坏），金属表面在反复打击 下，金属晶格开始破坏—出现裂纹。当压力 升高时，高压液流深进金属裂缝，压力突然 下降时，缝隙中的液流又吹出来，循环下去 8 2012-8-15 西华大学 宋文武 教授 造成金属破坏，最终成块脱落——剥蚀。
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机型：低水头ZL和HL中选择时： ZL转轮出口处W2较大，易遭磨损，但检修 比HL容易。 从磨损观点看，宜选HL机组。 工作参数： （1） 多泥沙电站Hs允应取小一点。 （2） 选择较大的转轮直径D1，减少转轮中 相对流速，减少转轮磨损。
2）化学作用 当空泡被压缩时，由于体积突然缩小，温度要 升高放出热量；同时水锤压力对金属表面的冲击也 要产生局部高温。当空泡凝结时，局部温度可达到 300°C左右，所以在这种高温、高压作用下，又促 使了空蚀对金属表面的氧化，这就是化学作用。 3）电化作用 气泡在高温高压作用下产生放电现象，这就是电 化作用。因为金属表面被高压液流反复冲击的部位 会产生很大热量，温度升高，形成热端，将会与邻 近点的非冲击部位(冷端) 构成一个热电耦，在热电 耦的回路中产生电势，使金属内部有电流通过，也 产生电化腐蚀(电解作用)，致金属表面变暗变毛， 加速机械破坏作用。 2012-8-15 9 西华大学 宋文武 教授
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2. 采用耐磨材料几涂层，对易磨部位铺抗磨板。
如对顶盖和底环部分铺抗磨板，来加强过流部件 的耐磨性能。
3.合理选择机型和工作参数
机型：中高水头（H=300~1700m）和HL （H=30~700m）中选择时： 水斗式的喷针，喷嘴易遭泥沙磨损，造成η↓，但易更 换， 水斗式总的耐磨，适宜多泥沙电站。 HL的主要磨损部位是导叶，而且HL的磨损对η↓影 响比水斗式小，寿命长，但检修较难，从减少磨损观 点应选HL。
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翼型空化主要发生在叶片背面靠近出水边
（水轮机）或进水边（泵）的地方，我们设 叶片背面的K点为最低压力点，那么当K点的 压力低于或等于当时液体温度的汽化压力时 （pk/γ≤pv/γ）就发生空化。
空化(或空蚀)系数
泵：
= H 称装置空化系数 水轮机： = 称电站空化 g 系数
第五章 叶片式流体的空蚀、泥沙 磨损及水力振动
空化与空蚀是发生于液体作为介质的水力 机械中的一种特有现象，而在固体和空气中一 般不会发生空化和空蚀。 所以空化与空蚀同样也是反映水轮机、水 泵特性的一个重要指标，是设计、试验、运行 中必须考虑的问题，并且一直是国内外水力机 械领域中的重要研究课题。
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泥沙对过流表面的磨损过 程，相当于变形磨损和微切削 磨损的复合作用。
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空蚀破坏特征： 空蚀破坏是有潜伏期的，金属变色（表面 灰暗） →麻点（真孔状） →海绵状（表面十 分疏松），鱼鳞坑→孔洞、沟槽、裂纹等。 破坏表面无金属光泽。 泥沙磨损破坏特征： 泥沙磨损破坏是无潜伏期的，具有擦痕→ 沟槽→鱼鳞坑的破坏特征，破坏表面呈金属 光泽。
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空化：随着压力变化，液流中出现空泡状态
（初生、发展、溃灭）及产生一系列物理化 学变化称作空化（空穴）。 空蚀：指当空泡的溃灭过程发生于固壁表面， 而使材料破坏，即由空化引起的材料破坏 （侵蚀）。
空泡的产生与发展取决于液体的状态 （温度和压力）以及液体本身的物理性质 （所含杂质量及所溶解的气体等）。
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空泡的发展型式
（按存在形式和产生的原因来分）：
①、游动型（离散型）空泡。 ②、固定型空泡（空泡初生后形成附着于边界 上的空隙）。 ③、旋涡型空泡（液体受强烈扰动而形成）。 ④、振动型空泡。
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二、空蚀机理
空蚀对过流部件造成的破坏，主要有四种 理论：机械作用、电化作用、化学作用和微 射流理论。 1）机械作用 在过流表面的某处，随着液流不断流过， 空泡不断形成—溃灭—压缩和膨胀，将产生 很高的冲击压力。通过高速摄影的圆盘实验 观察到，汽泡凝结时间约万分之一秒，水锤 压力可以达到几百个甚至几千个大气压，对 边壁材料造成破坏。
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四、影响泥沙磨损的因素
1.砂粒破度，形状，尺寸，含砂量等。 （砂成分：石英，长石，花岗石硬度↑；形状： 棱角形，尖角形，圆形等。 粒径>0.25mm不允许通过水轮机，建议0.05 或0.05~0.1mm） 2.材料的抗磨性能（如金属表面渗碳，涂料， 环氧金刚砂，抗磨橡胶等）。 3.水流状态（水流速度及冲击方向）。 一般认为磨损量与流速成三次方关系 。