水轮机汽蚀现象原因分析及应对措施

水轮机（泵）汽蚀问题分析：气蚀是与流体力学相关联的一种现象，它受流体力学特性和材料的物理特性制约，为流体机械所特有。在水流顺着水轮机过流部件表面运动的过程中，由于水的动能和势能转化为机械能而出现局部压力下降，若局部压力低于液体在该温度下的气化压力，则存在于液体内的杂质、微小固体颗粒以及液体与固体接触面缝隙中的气体就会形成气核，气核在液体的低压区内生长，当其核半径R大于临界半径RC时，就会失稳，并很快长成可见的气泡。这些气泡随着水流运动，同时承受着动水压力和自身的表面张力。当动水压力超过维持气泡成球状的表面张力时，气泡被迫改变形状而分裂成很多微小气泡。大量的微小气泡汇聚成群并随着高速水流运动，当它们进入到高压区时便瞬间溃灭。气泡瞬间溃灭的同时伴随两种性质的水击压力，一种是由于流体力学在瞬间充满该空间而产生的冲击压力，另一种是由于球状气泡自由溃灭所产生的聚能压力。在气泡溃灭的瞬间这两种水击压力共同形成极高的射流速度，产生对过流边界的高速冲击。根据特里林的计算，空泡溃灭时最大的压力可达到2200大气压，如果这种压力作用在固体部件表面，就会对其表面产生破坏，这就是气蚀。气蚀对固体部件表面的破坏产生的原理是非常复杂的，实验证明，气泡的行程、发展和溃灭所产生的水锤效应以每秒十万乃至二十万次的频率进行，使水轮机过流表面局部承受反复的冲击载荷。在反复的冲击载荷下，金属材料会产生疲劳破坏，这是产生气蚀现象的主要原因。其次，气泡在压缩时释放出一定的能量，同时，由于水击压力对金属表面的反复冲击而导致局部温度升高，这样气泡中所含的气体就会对金属表面起到氧化作用。另外，气泡在高温作用下会产生放电现象，即产生电化作用，从而使金属表面发生电解。因此，气蚀是由上述机械、化学、和电化作用共同产生的结果。气蚀存在于水泵、水轮机、阀门和闸阀、螺旋桨、航空发动机和清洗设备等。气蚀破坏可使过流部件表面的光洁度降低，严重时局部被侵蚀成连片的、呈蜂窝状的孔洞，甚至变成海绵状态；气蚀破坏可导致设备使用效率降低，甚至损坏，造成的后果和影响很大。另外，在气泡溃灭时，随着产生的压力瞬时周期性的升高和水流质点彼此间的撞击以及对泵壳、叶轮的打击，气蚀可导致水泵产生强烈的噪音和震动。水泵的震动可引起机组基础或基座的震动，当气蚀震动的频率与水泵固有频率接近时，还会产生共振。水轮机（泵）汽蚀解决方案：基于上述分析，索雷工业从非金属材料的特性为出发点，提供有效解决方案。具体如下：索雷碳纳米聚合物复合材料是一种由碳元素改性的高性能复合材料，它与传统的环氧石英复合材料或一般的高分子复合材料在性能上有着很大的差异。索雷碳纳米聚合物复合材料选用了航空级树脂材料作为基础原料，通过石墨烯改性，大幅提升了材料的综合性能。在水轮机、泵等流体设备上应用，其性能优势主要有以下体现：1、材料的镜面效果，大幅减少了介质的流动阻力；也就意味着因摩擦阻力和高速湍流而产生的气泡会大量减少，气蚀能力降低；其次，因表面光滑度的大幅提高，减小了泵的运行阻力，泵工作效率大幅提高（一般情况下，钢模铸造工艺生产的不锈钢泵加工完毕后，通过实施涂层保护，预计至少可以提高3%-8%）；2、材料具有的柔性性能（退让性），可以缓解气泡对固体（金属）表面的冲击，气蚀能力下降；3、材料中的无机材料结构，大幅提升了材料的抗冲刷性能；4、与金属表面每平方厘米20MPa以上的粘结力，避免了材料运行过程中的脱落现象；5、材料较低的比重，减少了转子自身的负重；6、通过涂层保护，保证了水轮机（泵）长期高效率运行，降低能耗；7、延长设备寿命周期，大幅降低检修的频率及因此产生的相关费用；8、降低了管理难度和工人的劳动强度。