汽蚀破坏机理及其预防措施

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)江苏大学流体机械工程技术研究中心 作者:刘厚林
         汽蚀破坏机理是个十分复杂的问题, 多年来国内外学者进行了大量理论探索和试验研究, 可以归纳为机械作用、化学腐蚀作用、电化学作用和热力学作用等。其中, 较为公认的是机械作用是造成汽蚀破坏的主要原因。

      机械作用理论机械作用理论研究者认为过流壁面产生汽蚀破坏是由于汽泡溃灭时产生微射流和冲击波的强大冲击作用所致。通过计算和实测得出, 游移型汽泡溃灭时, 近壁处微射流速度可达70~80m/s,在过流壁面产生的冲击压力可高达705MPa,微射流直径约为2~3um,冲坑直径为2~20um, 表面受到微射流冲击次数约为100~1000次/(S.m2),冲击脉冲作用时间每次只有几微秒, 这样高的冲击作用将直接破坏流道壁面而形成蚀坑, 较小冲击力的反复作用则引起壁面材料疲劳破坏。

      化学腐蚀理论一般说来, 化学腐蚀作用常常与机械汽蚀作用互相促进, 汽蚀加速腐蚀, 腐蚀也加速汽蚀, 两者联合作用造成更严重的壁面破坏。电化学理论在汽泡溃灭时的高温高压作用下, 金属晶粒中形成热电偶, 冷热端之间存在电位差, 对金属表面产生电解作用, 造成电化学腐蚀。热力学作用理论当汽泡高速受压后, 汽相高速凝结, 从而放出大量的热, 足以使金属融化造成损坏。

防止汽蚀破坏的措施

       为了增强水泵过流部件表面抗汽蚀破坏的能力, 除了采用不锈钢或硬质合金材料来制造叶片等过流部件外, 还大量研究了其他预防措施, 可以归纳为,认表面保护技术。就是用环氧树脂、复合尼龙、复合涂料、人造橡胶涂层等其他高分子聚合物材料或者具有一定硬度、韧性的金属材料覆盖在过流部件表面形成一层保护膜, 以提高的抗汽蚀破坏能力。对于一些大型泵, 可以在过流部件表面镶嵌一层钢板来防止汽蚀破坏。

       金属粉末喷焊技术。利用氧乙炔焰, 在叶片等过流部件表面, 经由专用焊枪喷焊上特殊性能的合金粉末。喷层与基体结合致密无孔, 表面光滑平整, 具有材料省、质量好等优点。涂层的抗蚀破坏能力超过不锈钢而永不脱落, 硬度可达, 使用寿命可延长一倍。

       激光熔覆表面改性技术。是指在被熔覆过流表面放置选择的涂层材料后, 经过激光辐照使之和过流部件表面同时熔化, 并快速凝固后形成稀释度极低, 与过流部件材料形成冶金结合的表面涂层, 从而显著改善过流部件表面的抗汽蚀破坏的性能的工艺方法。

      表面化学热处理技术。利用化学热处理的方法直接对过流部件进行强化处理, 增加表面硬度。常用的有火花强化法、刷镀法、氮化法、碳氮共渗法、高强度激光硬化法。由于价格较贵, 一般只用于汽蚀不太严重的小型泵。

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