4 水力机械的空化与空蚀

§4-1 汽蚀现象 水的汽化与温度有关与压力有关

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。 叶栅空化数 kp1pv12

w12w1——相对流速

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。

某温度T下→临界压力（Pv一般）→空泡→向高压区移动→溃灭凝结→破坏（疲劳破坏，剥蚀、电化学）→噪音，性能下降。

§4-2 汽蚀性能参数 空化数K一、汽蚀余量NPSH

在泵进口（尾水管出口）所具有的高出汽化压力的富裕（余）能头，其大小以换算到基准面的水柱高表示

ha(pscs2ppv12

w22g)pvr

二、必须汽蚀余量hr

叶轮内压力最低点的压力等于汽化压力时，机器的汽蚀余量

hr1c022g2w022g

C0——叶片进口前（水轮机出口）液流的绝对速度 W0——相对速度

1,2——流速分布不均系数。由试验得出，是泵的固有参数

① S-0列能量方程：

Zspscs22gZ0p0c022ghs0

② 0-k列相对运动伯努利方程：

Z0p0W022gu022gZkpkwk22guk22gh0k

③=①+②-pscs2pvpv得：

2gpkpv(ZkZs)wkw02g22c022gu0uk2g22hsk

即：happkpvp2

2hrZkZswkw02gc022gu0uk2g22hskw022g[(wkw0)1](1)2c022g

ZkZs0

u0uk2g220

w022g[(wkw0)1]22w022g

hsk2c022g

(1)c02g12c022g

2hr1c02g2w02g

当初生空化（出现第一个空化空泡）时hahr 实际中一般认为：hcrC、要求hrha

临界汽蚀余量hcr：效率下降1%~3%时所对应的ha

phr，常取hcrhr



三、有效汽蚀余量（装置汽蚀余量）ha

1、定义

它是装置提供给泵（水轮机）的汽蚀余量 2、表达式：列进水池和水泵进口（水轮机出口）

peHgpspscs22ghw

hacs22gpvpeHghwpv

3、hr与ha的关系

a. hr与装置无关，ha与装置有关 b. hr越小，抗汽蚀性能越好 四、允许汽蚀余量

保证不发生汽蚀的最低汽蚀余量

[h]hrK

实际中常用hcr代替hr：[h]hcrK K—安全余量

五、允许吸上真空高[Hs]′

1、定义：使之不发生气蚀，泵进口（水轮机出口）所允许的最大真空

度

2、表达式

hapscs22gpv

而进口断面的真空度为

Hspaps

代入上式

Hspacs22ghapv

要不发生汽蚀 ha[h]当ha[h]时

有最大值 Hs[Hs]pacs22g[h]pv

当不是标准状态时必须修正

[Hs][Hs]papacs22gcs2[h]pvpv2g[h]papv

pv[Hs][Hs]pa

[H][Hs]10.33pa0.24pv

六、汽蚀系数

水力机械的汽蚀系数

hrH

装置空化系数p(Thoma)

phaH

七、安装高度的确定

Hg压力最低点到进水池面（水轮机下游水面）

1）[h]已知 由有效汽蚀余量公式

hapeHghwpv

要求水泵不发生汽蚀

ha[h]

hapeHghwpv[h]

Hgpe[h]hwpv

对于水轮机：

[h]KH，安全系数K1.05~2.2，比转速愈高K的值越大，或

pe10.33900者取[h]()H，hw0，

pv，电站水温5~25℃，

0.08~0.3299

pvHgpeKH

可以简化为

Hg10.0900KH

HSZHgK1D1

2）[Hs]已知

列进水池面与泵进口断面

pehwHgpscs22g

Hspaps

cs2HSpepa2gHghw

要求：Hs[Hs]

Hspepacs2

Hg2gHghw[Hs]2s[Hs]pepac

hw2g

八、汽蚀比转速

汽蚀余量或吸上（吸出）真空度（高），只能说明某台机器汽蚀性能的好坏，而不能比较不同机器的汽蚀性能，为此引进包括设计参数在内的综合汽蚀性能相似特征参数——汽蚀比转速C。

1、汽蚀相似律 由必需汽蚀余量的定义

hr1c022g2w022g

211,wk2w1 0当两台泵进口，几何相似，运动相似则有

hrPhrM1Pc0P2w0P1Mc0M2Mw0M2222

几何相似时，可以认为

1P1M,2P2M

由运动相似

hrPhrM1Pc0P2w0P1Mc20M222Mw20Mu1Pu21M2(D1PnPD1MnM)2

对于同一台泵，当转速变化时

hrPhrM(D1PnPD1MnM)(2nPnM)

22、汽蚀比转速

由

D1P3nPD1PQP()消去QD1MnMD1MM hrP(D1PnP)2D1MnMhrMnPQP1/23/4hrPnMQM1/23/4hrMnQhr3/4C国外采用

我国习惯上用 泵：C5.62nQh3/4r，103/45.62；水轮机

3、说明：

① hr大，则C小，抗汽蚀能差 ② 是设计工况下的参数计算而得 ③ 有因次

④ C值的大小与扬程无关 ⑤ C5.62nQhr3/4ns3.13nQH3/4

C1.795ns3/4

九、空化的防护措施 1、从流体机械本身着手 ①降低c0，w0

c0——加大

Ds适当→c0减少，us大w0大

w0——加大bs（进口前伸）

② 双吸叶轮——对于泵

③ 加大下环的锥角和曲率半径——对于低比转速 ④ 加工精度 ⑤ 诱导轮 ⑥ 超空化翼型

2、装置本身

ha降低安装高减少吸入管损失补气等p0Hgh0spv[h]