泵空化理论

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。 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。
根据ER的性质，可以看出1/ER作为材料的空化抵抗实际上也 不确定。
3.3、不同HCI作用下材料的CR反应
各种材料都有一种空化液力强度HCI阀值，低于该值时则 不会有空化侵蚀发生。
通常，采用在同一空化液力强度作用下两种材料的侵蚀比率 PER的比值来衡量两种材料的空化抵抗等级。 对于侵蚀初生，只有得到绝对空化液力强度HCT和空化状态下 的疲劳强度才能确定。
在某个温度下，压力低到某一值时，液体发生汽化， 此压力称为该温度下的汽化压力，一般用 pv 表示。液 体流动过程中，如果某一部位的压力低于某一临界压力 （一般情况，该临界压力与水的汽化压力接近）时，溶 解于水的气体逸出，形成空泡（空穴），当空泡随水流 运动到压力较高的地方时，空泡迅速凝结而溃灭。
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）。
2.2、空化空蚀危害
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
3、引起振动和噪声 4、使机组检修频繁
H
H-Q曲线
Q
叶轮由于汽蚀而破坏
泵性能下降
2.3、空化空蚀防护及改善措施
空化与空蚀的防护措施 对已经设计完成的水力机械，主要是现行转轮（叶轮 ）系列
行连续的光学显微镜跟踪观察，得到空蚀过程的大量
数据，并从中寻找空蚀规律
4.1、 精剖不锈钢空蚀破坏的微观形貌
不锈钢空蚀破坏的典型微观形貌 不锈钢空蚀破坏的典型SEM形貌
不锈钢空蚀破坏的典型剖面形貌
不锈钢空蚀破坏的典型微观形貌
不锈钢在经历240min分钟 的空蚀后，可以明显看到滑移
带的存在，原本比较直的滑移
目
录
1、空化现象 2、空化空蚀机理
3、材料空化抵抗
4、不锈钢的空化空蚀磨损研究
1、空化现象
空化现象
这是一种流体力学现象。 临界压力——把给定温度下，液体开始汽化的压力叫 做临界压力。（在不同温度下，液体的临界压力是不 同的）。 注意：当液体温度一定，而压力降低到相应的临界压 力时，也会出现汽化现象，同时溶解于液体中的气体 析出，形成空泡（空穴）。
3.4、空化抵抗CR的影响因数
材料机械性能的影响 微观组织的的影响
涂层的影响
4、典型材料的空化空蚀磨损研究
4.1 精剖不锈钢空蚀破坏的微观形貌
4.2
不锈钢空蚀发生的微观过程
4.3 不锈钢空蚀破坏过程中的精细结构结构变化 4.4 小结
OCr18Ni9奥氏体不锈钢进行空蚀实验，对空蚀微区进
材料抗空化疲劳强度FS
3.2、材料侵蚀实验
材料空化侵蚀的测量是通过将标准式样放置在超声振动设 备、磁激振荡器、滴水侵蚀设备、文吐里喷嘴或者射流空 化等空化实验装置中进行。 实验表明随着空化侵蚀时间增加，材料质量损失增加 ER-t曲线：孕育期、积累区、缓和区、稳定区。
空化空泡
空化空泡
2、空化空蚀机理
2.1 空化空蚀破坏的四种理论
2.2 空化空蚀危害
2.3 空化空蚀防护
2.1、空化空蚀破坏的四种理论
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 。 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。
不锈钢空蚀破坏的典型剖面形貌 裂纹由表面萌生并向材料内 部扩展，而后裂纹相互交接，局 部脱落形成凹坑。脱落处缺陷较 为集中，易萌生新的裂纹，新的 裂纹和原有的裂纹叠加，继续向
横向和纵向两个方向扩展，形成
新的脱落。 空蚀240min
4.2、不锈钢空蚀发生的微观过程
抛光后的试样表面，表面较为平整，无亮点，如图 (a)所示。 空蚀10min时，表面出现散布的亮点，表明空蚀凹 坑出现，如图 (b)所示。 当空蚀进行到30min时，在大量空蚀气泡的充分作 用下，表面各部分均发生不同程度的塑性变形，空蚀坑 扩展，部分晶界显现，随着时间的推移，塑性变形程度 越来越严重，塑性变形的不断发生使晶界更加突出，如 图 (c)所示 。 空蚀90min时，因表面局部缺陷存在而产生的少量 脱落，如图 (d)所示。
提高加工制造精度
选用抗空蚀性能的材料和保护涂层 合理选择运行范围：避开空蚀严重区域
合理选择安装高度
对水轮机，向空蚀区补气
空化与空蚀性能的改善措施 设计 1、合理确定叶轮低压侧的几何尺寸

2、加大下环半径、低压边位置前伸 3、采用双吸叶轮 4、采用诱导轮

制造
1、提高加工精度和表面光洁度 2、采用耐空蚀破坏的材料 3、表面处理提高材料耐空蚀性能
带划痕略微变弯，表面脱略和 塑形变形已经非常严重，某些
区域进入即将大面积破坏，进
入明显空蚀失重阶段。 空蚀240min
不锈钢空蚀破坏的典型SEM形貌
材料表面因发生局部的塑
形变形而变得扭曲，晶粒之间
发生明显的相互错动，局部出 现条状的滑移带，滑移比较严 重的区域出现裂纹，进而产生 局部的脱落。 空蚀240min

安装
合理确定吸出（入）高度

运行
适当限制运行工况
ຫໍສະໝຸດ Baidu

维修
1、采用耐空蚀材料补焊
2、表面喷、涂耐空蚀材料
3、材料空化抵抗
3.1 空化抵抗CR及描述参数 3.2 材料侵蚀实验
3.3 不同HCI作用下材料的CR反应
3.4 空化抵抗CR的影响因数
3.1、空化抵抗CR及描述参数
硬度H
极限弹力UR