理论教育 空蚀现象及其对机器寿命的影响

空蚀现象及其对机器寿命的影响

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于空化造成过流表面材料损坏的现象称为空蚀。空蚀会损伤过流部件表面,大大缩短机器大修周期和使用寿命,严重时将造成叶片断裂等重大事故。我国早期投入运行的水轮机通常1~2年就要停机检修一次,某些水泵使用1 000 h以后即出现严重的空蚀,船舶螺旋桨也在使用一段时间后因空蚀而使效率大大降低。空蚀机理十分复杂,目前比较一致的看法是空泡溃灭的机械作用是造成空蚀的主要原因。

空蚀现象及其对机器寿命的影响

由于空化造成过流表面材料损坏的现象称为空蚀。空蚀会损伤过流部件表面,大大缩短机器大修周期和使用寿命,严重时将造成叶片断裂等重大事故。我国早期投入运行的水轮机通常1~2年就要停机检修一次,某些水泵使用1 000 h以后即出现严重的空蚀,船舶螺旋桨也在使用一段时间后因空蚀而使效率大大降低。图1-9所示是典型的空蚀结构破坏图,在水翼、螺旋桨、水轮机等水力机械叶片工作的流场中,空泡溃灭产生局部高能冲击载荷进而诱导表面的空蚀破坏,而压力脉冲的累积效应也能够诱发强烈的振动、噪声等问题。

图1-9 水轮机、泵叶片典型空蚀(图片来源于文献)(www.daowen.com)

金属材料空蚀的发展过程一般包括潜伏期、加速期和稳定期3个阶段。但是,对于不同的空化阶段,各阶段的表现并不明显,如在初生和片状空化阶段,潜伏期并不明显,这和空泡团的尺度和形态相关。

空蚀机理十分复杂,目前比较一致的看法是空泡溃灭的机械作用是造成空蚀的主要原因。在分析具体的空蚀破坏时,有两种解释较为合理:一是认为空蚀破坏是从小空泡溃灭中心辐射出来的冲击压力波造成;二是认为空蚀是由较大空泡溃灭时形成微射流所造成的。此外,电化学作用论认为,空泡溃灭时对固体边界的冲击首先使冲击点温度升高,与邻近的非冲击点形成热电偶产生电流;其次在冲击点处的金属材料局部受力,迫使晶格变位,而周围的晶体阻止它的变位,从而产生电流。

总之,空蚀机理是一个十分复杂的问题,在工程实际中还与泥沙磨损、化学腐蚀等因素相互作用,使材料加速破坏。

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