科学

汽蚀

离心泵叶轮损坏的化学现象

中文名:汽蚀 外文名: 所属学科:化工原理 英文名:cavitation 别名:空化
汽蚀介绍
当叶轮入口处压强下降至被送液体在工作温度下的饱和蒸汽压时,液体将会发生部分汽化,生成的气泡将随液体从低压区进入高压区,在高压区气泡会急剧收缩,凝结,其周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占空间,产生高强度的冲击波,冲击叶轮和泵壳,发生噪音引起震动。汽蚀是当流道(可以是泵、水轮机、河流、阀门、螺旋桨甚至人和动物的血管等)中的液体(可以是水、油等)局部压力下降至临界压力(一般接近汽化压力)时,液体中气核成长为汽泡,汽泡的聚积、流动、分裂、溃灭过程的总称。

简介

液体内局部压力降低时,液体内部或液固交界面上蒸气或气体的空穴(空泡)的形成、发展和溃灭的过程。1873年O.雷诺从理论上预言,船桨和水之间的高速相对运动会产生影响船桨性能的真空腔。1897年S.W.巴纳比和C.A.帕森斯在“果敢号”鱼雷艇和几艘蒸汽机船相继发生推进器效率严重下降事件以后,提出了“空化”的概念,并指出在液体和物体内存在高速相对运动的场合就可能出现空化。第二次世界大战后,有关空化研究的国际学术活动相当频繁。国际船模试验池协会(ITTC)、国际水力学研究协会(IAHR)和船舶水动力学协会都把空化研究列为重要议题。

液体运动中物体受空化冲击后,表面会出现的变形和材料剥蚀现象,又称剥蚀或气蚀。空化过程中,空泡急速产生、扩张和溃灭,在液体中形成激波或高速微射流。金属材料受到冲击后,表面晶体结构被扭曲,出现化学不稳定性,使邻近晶粒具有不同的电势,从而加速电化学腐蚀过程。剥蚀区域材料的机械性能显著恶化,导致空蚀量剧增。在有关工程设计中,须预先进行模型试验,采取措施,尽量避免发生空蚀;也可在会发生空蚀的部位涂上或包上弹性强的抗空蚀材料,或注入气体以吸收空泡溃灭所辐射的能量。是局部空化(局部边界面上出现空泡)的后果,故有时可利用超空化状态(固体整个边界面上的空泡发展延伸到固体尾端的液体中)来避免空化,如设计高转速的超空化螺旋桨和超空化水泵等。

液体在一定温度下,降低压力至该温度下的汽化压力时,液体便产生气泡。把这种产生气泡的现象称为汽蚀。泵在运转中,若过流部分的局部区域(通常是叶轮叶片进口稍后的某处),因为某种原因,抽送液体的绝对压力下降到当时温度下的汽化压力时,液体便在该处开始汽化,产生蒸汽、形成气泡。

研究空化的主要实验设备是空化水洞,除此以外还有减压箱、真空拖曳水池、文丘里空化发生器、磁致伸缩仪、转盘空蚀装置、空化射流枪、单气泡空化发生器等。有关空化的基础研究包括空化机理、空蚀,空泡流理论、空化噪声和不定常空化等课题。应用光、声也能使液体发生空泡,有人用这种方法研究气泡的运动。

内容

由于长期受到冲击力反复作用以及液体中微量溶解氧的化学腐蚀作用,叶轮局部表面出现斑痕和裂纹甚至成海绵状损坏,这种现象叫汽蚀

汽蚀现象

离心泵发生汽蚀现象是比较常见的机械故障之一。凡机械设备,在长时间的工作状态下,都会有机械设备损坏现象的发生,我们在遇到离心泵发生汽蚀现象的时候,首先要分析下是否是操作上的问题或者是离心泵所在的工作环境的影响,如若不是就是产品技术上的问题了。工业产品技术革新速度较快,未来会有更高技术含量的产品出现。

泵在吸入真空度大于允许吸入真空度时,发生汽蚀现象。主要发生在叶轮外缘叶片及盖板,涡壳或导轮处,不会发生在叶片进口处。例如流量大于设计流量时发生在叶片进口靠近前盖板的叶片正面处(K1)。当叶轮入口处压强下降至被送液体在工作温度下的饱和蒸汽压时,液体将会发生部分汽化,生成的气泡将随液体从低压区进入高压区,在高压区气泡会急剧收缩,凝结,其周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占空间,产生高强度的冲击波,冲击叶轮和泵壳,发生噪音引起震动。由于长期受到冲击力反复作用以及液体中微量溶解氧的化学腐蚀作用,叶轮局部表面出现斑痕和裂纹甚至成海绵状损坏。

汽蚀危害

①产生600~25000Hz的噪音和振动;

②流量,扬程,效率降低;

③金属疲劳破坏;

④汽泡凝结放热引起化学腐蚀(出口压力升高使气泡溶解,所以泵出口液体不会带气泡)。

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