水力机械的泥沙磨损4.ppt

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第一节空化与空蚀机理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。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）。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。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。
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，循环下去造成金属破坏，最终成块脱落——剥蚀。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。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
第二节水力机械的空化参数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：=称装置空化系数
水轮机：=称电站空化系数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。举例说明：
1、白金电站（ZL）：因过机水流中含有大量铁沙，运行时间小于三年，转轮叶片普遍磨薄，边缘已严重损坏，转轮室中部分已完全磨掉，露出了混凝土。
2、关江电站