水轮机空化讲稿.ppt

第四章 水轮机空化和空蚀 Cavitation and Erosion 水轮机的四大问题1、动能指标：流量、处理、转速2、效率3、空化性能(及 泥沙磨蚀）4、稳定性（振动、压力脉动）空化是水轮机领域最难解决的问题 水轮机空化与空蚀研究的意义 第一讲 水轮机的空化机理 1、水轮机的空化现象2、水流空化的机理3、空蚀的机制4、水轮机中的空化类型 1、水轮机的空化现象 1）空化现象的发现 2）、水轮机的空化现象四大征： 1）噪声：闷雷样低频噪声； （听） 2）振动：机组振动明显加剧； （感） 3）能量指标降低：水轮机效率　（出力）下降或功率摆动； (测） ４)过流表面损伤：麻坑、蜂窝状。（看） 2、水流空化的机理 2.1）空化的定义 2.2）水流空化的机理 2.3）空蚀的破坏机制 2.4）流体中低压的成因 2、1 液体空化的定义 空化是液体中发生的一种物理现象。当流动或静止的流体内部压力降低到一定限度时，液体因不能抵抗拉引力而发生破坏，形成空泡或空穴，这就是空化。空泡或空穴在流体压力升高处会重新凝聚消失，即空泡的溃灭。 在空化区，空泡在不断产生又不断溃灭过程中，会产生高频、高压的微观水击，对过流表面形成损伤，这就是空化破坏，称为空蚀。 空化与沸腾的异同 2、2 水流空化的机理水流发生空化的原因：内因+外因内因：水中含有导致空化发生的空化核；外因：流体局部压力的降低。流感发生的原因：内因+外因内因：流感病毒的存在；外因：外部环境的作用：气候不正常。空化核：水中以各种形式存在的微小气泡。 （1）水的抗空化能力分析 水能够承受多大的抗拉力是水抗破坏能力的表征，即水抗空化能力的表征。而水的抗拉力的大小不取决于水本身，而取决于水中所含气泡的抗拉力。以水中一个单独的球形空泡为模型，可以从理论上分析出水的抗拉力大小。当空泡在低压状态下因受拉应力产生破坏时，被认为是空化的发生。 空气与水蒸气空化空泡的模型 空泡的抗拉力与空泡半径关系:水的表面张力σ=7.4×10-2N/m=0.074g/cmΔp= 2）水的抗拉力的实验结果1）Reynolds: 1878年测得：4.8kg/cm2;2) Meyer: 1911年测得： 34kg/cm2;3) Briggs: 1950年测得： 250kg/cm2;4) Harvey: 1947年测得： 200~1000kg/cm2 ２.3 空化核学说（R.T.Knapp)  液体中含有以不同形式存在的微小气泡,这些微小气泡在低压环境中会发育为较大的空泡或空穴,导致空化的发生,称之为空化核.空化核有三种基本形式。 2.4 空化发生的过程——空泡的一生 空泡临界状态的平衡方程-求临界压力与半径 空泡的发生发育与空泡初始直径的关系 初始直径越大的空化核，空化初生的临界压力越高。 —水中含空化核的尺寸越大越容易发生空化。 2.5 蒸汽空泡模型——压力降到水的汽化压力时空化发生的原因 ３．空蚀的破坏机制：空化进入高压区时，空泡会因为受压及泡中的蒸汽凝结而迅速收缩，直至消失，称为空泡的溃灭。空泡溃灭有两种基本方式。溃灭过程中，会发生空蚀破坏。３．１空泡的溃灭与冲击压的形成　　1)高速射流与微水击 ２）空泡回弹产生冲击波 空泡溃灭的的基本方程（教材4-12~4-13式） 空泡溃灭的速度与时间理论研究与试验表面，达到最大值经的空泡进入高压区，会在极短的时间内溃灭，因此而产生强大的冲击压。但溃灭的时间与速度均与空泡的初始半径Ro有关。球形空泡溃灭速度与时间的理论式如下。 ３．２空蚀的破坏机制 １）机械破坏作用：强大的冲击压直接作用于过流表面，形成机械破坏，并长期反复作用形成疲劳破坏． ２）电化学作用：空泡溃灭产生高温，与周围形成温差，产生温差电势，形成电化腐蚀． ３）化学作用：高温作用下水产生氧，并增加其它有害气体活性，产生腐蚀． ４）联合作用：几种因素联合作用，加快侵蚀． ４．流体中低压的形成 ５．水轮机的空化与空蚀 空化的类型与空蚀部位 ５．１空蚀的特征＿麻坑与蜂窝状侵蚀 ５．２水轮机空化的类型与部位 翼型空化 （２）间隙空化 间隙空化的常发生部位 (３)局部空化:局部脱流形成的空化,水轮机叶片吊物孔或泄水孔周围容易发生. (4)空腔空化发生在水轮机尾水管中,发生的条件是非设计工况,转轮出口水流具有较大的环量时. 6．水轮机的泥沙磨蚀 当水流中泥沙含量较大时,会对水轮机产生磨损.同时,大量泥沙携带大量的“空化核”,使空化容易发生.空化侵蚀与泥沙磨损同时发生时,两者的