水轮机空蚀破坏机理空化与空蚀现象水轮机空蚀破坏机理.ppt

空化与空蚀现象水轮机空蚀破坏机理空化及空化压力的概念水沸腾为汽化，汽化是由气压和水温决定的。水在一定压力下加温引起的汽化为沸腾；环境温度不变压力降低引起的汽化叫空化。在给定温度下，液体开始汽化的临界压力为该温度下的空化压力(Pb)1、空化与空蚀现象（1）空化现象液态水空化初生气泡发育气泡溃灭压力下降压力下降压力升高空化过程可以发生在液体内部，也可以发生在固体边界上。（2）空蚀破坏现象空蚀是指由于气泡的溃灭，引起水轮机过流表面的材料损坏。空蚀是空化的直接后果，空蚀只发生在固体边界上。空蚀过程大致分成四个阶段：空蚀初生，空蚀成长期，空蚀稳定期，空蚀衰减期。（3）空蚀破坏的形态“蜂窝状”或“海绵状”沿水流的法向方向发展破坏面呈银灰色伴随空泡的破裂噪音，产生压力振动单个空蚀坑的外形与“月球环形坑”相似，即蚀坑的边缘凸起。宏观形态2、水轮机空蚀破坏机理（1）空化气泡的分类空泡类型特征游移型液体中移动的孤立的瞬态空泡或空泡群，空泡随液体运动固定型初生后附着在固体边壁上的空腔，相对稳定漩涡型转轮叶片出口、绕流体尾部呈螺旋形的空泡振动型由于液体中高强度、高频率的压力脉动而产生的空化空泡初生后除固定空化、振动空化外空泡会随液体产生运移，而空化区必然是低压区，与溃灭往往不在同一部位。对于水轮机，空化区往往出现在流道表面发生突变及压力最低的地方，空蚀区将出现在空化区的下游处。

2、空蚀破坏的机理

由

可知，当V↑→P↓,当P=Pb时，水开始汽化→汽泡(水蒸气+空气)→水中溶解的气体向气泡析出→气泡体积迅速增大→进入高压区→蒸气变成水，汽泡体积减小，出现真空，汽泡外面的水流质点在内外压差的作用下急速向汽泡中心压缩、冲击，在汽泡内形成很大的微观水锤压力(可达几百大气压)；汽泡产生反作用力向外膨胀，压力升高，水流质点向外冲击。大量汽泡连续不断地产生与溃灭，水流质点反复冲击，使过流通道的金属表面遭到严重破坏→机械破坏，称为疲劳剥蚀。汽泡被压缩，由于体积缩小，汽化破坏时水流质点相互撞击，引起局部温度升高(可达到300℃)，汽泡的氧原子与金属发生化学反应，造成腐蚀；同时由于温度升高，产生电解作用→化学腐蚀。（2）空蚀破坏机理分析机械作用化学腐蚀电化学作用微射流理论压力冲击理论冲击波理论3水轮机的空蚀水轮机空蚀定义汽泡在溃灭过程中，由于汽泡中心压力发生周期性变化，使周围的水流质点发生巨大的反复冲击，对水轮机过流金属表面产生机械剥蚀和化学腐蚀破坏的现象，称水轮机的空蚀。使过流部件机械强度降低，严重时整个部件受到破坏。增加过流部件的糙率，水头损失加大，效率降低，流量减小，出力下降。机组产生振动，严重时造成厂房振动破坏。缩短了机组检修的周期，增加了检修的复杂性。消耗钢材、延长工期。