流体机械原理水力机械的空化与空蚀

WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY一、空蚀1、机理当低压区的压力降至当时水温条件下的饱和汽化压力时，流动的水体空化，其中的微核生长成空泡乃至空穴，这些空泡和空穴在随后的高压区里受压，反弹直至空泡迅速凝结而完全溃灭及由此而产生的一系列物理、化学过程。§4-1空化和空蚀机理WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY1）初生条件2）3）受压、反弹、溃灭反弹：上千次/秒——速度快，过程极短；()()vppT一定微核的存在空化核理论微核生成及发展空泡空穴(空泡团)热力作用始终常在压力高:几百上千兆帕压力波溃灭机械力作用频率快:几千上万次/s微射流作用面积小μm级甚至更小电化作用等§4-1空化和空蚀机理WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY2、分类1）2）游动型固定型水力机械中常见形式及成因旋涡型振动型叶片间隙位置及性质涡带其它§4-1空化和空蚀机理WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY3、危害低比速中比速高比速材料破坏潜伏性能下降断裂振动噪音§4-1空化和空蚀机理WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY二、空化数（汽蚀数）1、压力系数（绝对压力高出环境压力的相对数）1）单翼型：（）2）叶栅：（）与环境无关。2、空化数（临界压力低于环境压力的相对数）环境压力场特性，与翼型（栅）的流动特性无关（大好）。22001()12pppwCww222221()12pppwCww2maxminmin2001()12PwppCww2maxmin2min2221()12pwppCwwminminPpCC、§4-1空化和空蚀机理WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY1）单翼型：2）叶栅：（环境移至叶栅进口）3、初生空化数（临界）翼型（栅）本身的特性与环境无关（小好）。2012vppKw12112vppKwminmin22001min1min22111122:1122vivippppKwwppppKww单翼:叶栅min22min111ipipKCwKCw§4-1空化和空蚀机理WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY§4-2水力机械的空化参数一、水泵1、汽蚀余量①定义单位重量水体在水泵进口断面上所具有的高出当时水温条件下的饱和汽化压力的富裕能量,以换算到水泵基准面的米水柱高表示。水泵基准面（计算基准面（安装基准面）：()hNPSH卧式⇒轴平面中小型轴流泵⇒叶片轴平面立式⇒其它⇒首级叶轮叶片进口边中心平面大型⇒过首级叶轮叶片进口边的最高点的水平面WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY②定义式1）必需汽蚀余量①定义泵内叶片进口边最低压力点的压力等于当时水温条件下的饱和汽化压力时，水泵的汽蚀余量。②定义式（汽蚀基本方程）物义：断面间的流动损失及压降22llvpcphgggrhk221122rwvhmgglkm绕流降压系数流速及损失系数§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY2）安全汽蚀余量①定义考虑了安全量的最小汽蚀余量。②定义式3）有效（装置）汽蚀余量①定义吸水装置为水泵提供的有效汽蚀余量。②定义式h0.30.51.0;(1.11.3)rrhhaamhevagelpphHhgah§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY2、吸上真空度①定义水泵进口断面上的真空度，以换算到水泵基准面的米水柱高来表示。②定义式：③与之间的关系1）临界吸上真空度①定义标准状态下，与相对应的真空度。alsppHgsHh22avlsppcHhggsHsrH10.33;0.24(20)eavpppmmCggg清水rh§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY②定义式③非标准状态令Hs与Δh关系式中的Δh为Δhr，代如上式得：2）允许吸上真空度①定义考虑了安全量的最大吸上真空度。②定义式210.092lsrrcHhg10.09evsrsrppHHg[](0.30.5)ssrHHaH§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY同理有：3）装置吸上真空度①定义水泵进口断面上实在的吸上真空度。②定义式标准状态下有：二、水轮机1、出口断面（低能低压断面）2、安装基准面和计算基准面不统一[][]10.09evssppHHg22aelsagelppcHHhgg22lsagelcHHhgsaH§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY3、流向相反→水头损失的符号相反4、实用无量纲空化数1）电站汽蚀系数（空化系数）11210122SZgSZgSZgSZgSZgHHKDHHKDHHbHHDHH轴流立式斜流吸出高度混径流卧式＝＋＝＋＝＋＝-()aahH环境条件§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY2）汽蚀系数（空化系数）3）安全汽蚀系数5、在中不计以更偏安全。()rhH机械特性11.001.1~1.452.20.015~0.12spKnKHKaleh§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY三、相似律及综合判数1、相似律：2、汽蚀比转数：（比叶轮）西方国家常用：（比叶轮）国际推行：（无量纲、单位制统一）22()lrrMMlMDhnlPhnD与之别345.62rnQCh10.0rhm34rnQSh1rhm34rrQKgh§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY四、安装高度1、水轮机1）计算吸出高度由变形有：考虑：①（海平面）；②（5℃～25℃）amaxhhevgKHppHHg10.33aPmg0.0889~0.3229vpmg§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY③每爬高900m即：则有实有计算式：2）工程吸出高度2、水泵1aPmg900m10.0()900900ggKHHHHmSZgSZHHH计算基准和安装基准之差210.092evelSZgevlselPPhhggHHPPcHhgg§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY3、讨论1）是工况的函数，所以在计算时，实际上有在一个控制工况的选择问题2）3）4）5）理论上安全；实际影响因素还很多。§4-3空化的模拟及热力学效应不讲。erh与gH()SZeH控制工况下安ggHH在内选取00SHSHHH水轮机水泵§4-2水力机械的空化参数WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY§4-4防护及改善措施总体上是和提高效率相互矛盾的。一、降低必需汽蚀余量1、设计2、选型：选择小余量和高效率一起综合考虑。二、提高装置汽蚀余量1、2、12211122cwwcmggmSZHelh设计运行WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY三、专项技术1、诱导轮§4-4防护及改善措施WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY2、超汽蚀翼型§4-4防护及改善措施WUHANUNIVERSITY“三创”教育工作座谈会·张澍WUHANUNIVERSITY3、抗汽蚀材料4、增压5、补气。§4-4防护及改善措施