5水轮机空化与空蚀

空化与空蚀机理
空蚀 指空泡坍缩形成微激波与微射流，攻击壁面形成 损伤的过程。 空蚀过程在水轮机领域称为气蚀、在螺旋桨领域 称为剥蚀、在汽轮机领域称为水蚀，所描述的都 是相同的物理和力学过程。
空化与空蚀机理
空蚀机理 机械作用
压力波模式 微射流模式 化学作用 电化作用
空化与空蚀机理
空化空蚀对水轮机运行的影响 ① 破坏水轮机的过流部件 ② 降低水轮机的出力和效率 ③ 引起振动、噪音及负荷波动 ④ 缩短了机组的检修周期，增加了机组检修的复
片旋转中心线的距离
构的下环平面的距离
水轮机的空化系数与吸出高度
斜流式水轮机的Hs是下游水面至转轮叶 片旋转轴线与转轮室内表面交点的距离
卧式反击式水轮机的Hs是下游水面至转轮 叶片最高点的距离
水轮机的空化系数与吸出高度
水轮机的空化系数与吸出高度
电站装置台数 1台或2台 3台或4台
水轮机过流量
1台水轮机50%的额定流 量
空化与空蚀机理
空化(cavitation) 指液体内局部压强降低到饱和蒸气压之下时，液 体内部或液固交界面上出现的蒸气或气体空泡形 成、发展、坍缩和溃灭的过程。
空化与空蚀机理
水的汽化压力值
水的温度
（℃）
0
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
汽化压力
（
mHwk.baidu.comO
） 0.06
杂性。
空蚀破坏类型
翼型空化和空蚀 间隙空化和空蚀 局部空化和空蚀 空腔空化和空蚀
空化与空蚀评定
空化与空蚀评定
空化与空蚀评定
国际电工委员会评定水轮机空蚀损坏的标准— —允许空蚀量
空化空蚀对水轮机性能的影响
机器能量特性的改变 引起振动和噪声 过流部件表面破坏
水轮机的空化系数与吸出高度
改变低压侧叶片的位置，可改善空化性能 增加翼型稠密度 采用小而均匀的间隙
2012年5月
水轮机空化与空蚀
空化与空蚀机理
对空化现象的认识和研究可追溯到19世纪。 有记载的是Besant在1839年、Reynolds在1873年
就已经开始在实验室对空化现象进行研究。 1902年在英国Cobra号驱逐舰螺旋桨上首次发现
空蚀损伤，接着在水工建筑物和水力机械上也 发现了同样的现象。
0.09
0.12
0.24
0.43
0.72
1.26
2.03
3.18
4.83
7.15
10.33
空化与空蚀机理
空化初生 空穴在局部压力降至临近液体蒸汽压力的瞬间形 成。 液体压力的降低只是空化产生和发展的条件，而 不是空化产生的根据。
空化与空蚀机理
空泡的发育及溃灭和空化类型
空化与空蚀机理
空化类型 I. 游动型空化 II. 固定型空化 III. 旋涡型空化 IV. 振动型空化
= Pa g
(ZK
Z
a
)
(V22 2g
Wk2 W22 2g
hk a )
水轮机的空化系数与吸出高度
水轮机的空化系数与吸出高度
水轮机的空化系数与吸出高度
水轮机的空化系数与吸出高度
水头H (m)
30~100 1.15
100~250 1.20
250以上 1
水轮机的空化系数与吸出高度
轴流式水轮机的 Hs是下游水面至转轮叶 混流式水轮机的 Hs是下游水面至导水机
ZK
+
PK g
+
W
2 K
2g
-
u
2 k
2g
= Z2
+
P2
g
+
W
2 2
2g
-
u
2 2
2g
+ hk 2
PK g
=
P2 g
+ W22 WK2 2g
+ (Z2
Z K ) + hk2
Z2
+
P2 g
+
V
2 2
2g
=
Pa g
+
V
2 a
2g
+ h2
P2 g
+Z2 =
Pa g
+ Z a + h2
V
2 2
2g
Pk g
1台水轮机的额定流量
5台以上
1.5~2台水轮机额定流量
水轮机空化空蚀的防护及改善
空化与空蚀的防护措施 提高制造加工精度 选用抗空蚀性能良好的材料 合理选择安装高度 规定合理的运行范围 在运行过程中采用补气的办法减小或消除水轮
机尾水管中产生的空腔空蚀
水轮机空化空蚀的防护及改善
改善空化与空蚀性能的措施 适当增大转轮叶片低压侧的直径 对于低比转数的水轮机，加大下环圆弧半径和