论述空腔危害水力机械稳定性理论

论述空腔危害水力机械稳定性理论

杨永

松花江水力发电有限公司吉林白山发电厂 吉林 桦甸 132400

摘要：

本文就空腔的定义与分类情况进行分析，并对空腔危害水利机械稳定性理论的重要内涵加以叙述，并提出空腔危害防治的内容，从而来提高人们对于空腔危害水力机械稳定性理论认知程度。

关键词：空腔；水力机械；稳定性；危害性

水力机械是当前我国较为常用的一种设备内容，在进行使用的过程中，由于受到水体空化的影响，流道区域很容易出现空泡团的问题，从而导致整个水利机械的运行质量大幅度下降，在稳定性方面也很难得到有效保障。正因如此，本文就当前发生这类问题的现象进行剖析，利用对空腔危害水利机械稳定性理论分析来进行科学性解释，为后续工作奠定良好的理论基础。

一、空腔的定义及分类

（一）空腔的定义

空腔的出现是以空化现象为基础，但与空泡不同。我们将空泡往往会可看作个体而存在，它的危害对象往往都是材料，发生破坏现象时会产生空蚀效应，反观空腔，它是以团体的形态而存在，往往会对设备的稳定性产生不利影响，比如说振动、机械性能下降^[1]。不过，空腔本身所包含的内容并不存在气体腔或者气体团，也不具备常压空间，其定义只指空化作业下所产生的空化腔。

（二）空腔的分类

（1）随机型。空腔的流动模式不具备规律性，飘忽不定，很难对其进行有效捕捉；

（2）稳定型。受到涡旋的高速运行影响，形成了具有一定稳定性的空化空腔；

（3）阻流型。顾名思义，所产生的空腔会对整个机械的主流道产生阻塞的情况；

（4）隐蔽型。常出现在水流尾迹之中，行踪隐蔽，呈现出隐藏的状态；

（5）密封环间隙空腔。机械内部存在着较为明显的局部空化，因而产生相应的空腔形态；

（6）减压板处空腔。机械内部区域实现全部空化。

二、空腔危害水力机械稳定性理论的主要内涵

（1）空腔的存在会导致水力机械的压力脉动数值大幅度提升，导致其自身的稳定性下降；

（2）在影响范围方面，空腔的存在会诱发近乎所有的水力稳定，且影响相对严重；

（3）究其原因，流道内的空腔会影响水力压力、机械的可压缩性、并放大压力脉动的影响，同时还会对整个外部压力的传输工作造成阻碍，从而引发谐振的问题；

（4）当空腔在流道内处于留存或者是运动状态时，便会被激发，利用共振的手段或者是自激的方式来实现能量的积累；

（5）从危害形式上来讲，当空腔体积从膨胀转变为压缩时，便会使得压力脉动出现周期性的增大，流道内部也会从疏通转变为堵塞，现象波动十分明显。

三、空腔的危害

（一）空腔的危害性

从本质上来讲，之所以会将稳定性作为主要的理论针对点，而不是从实际角度出发，以压力脉动的数值变化或者是共振作为叙述主体，是因为空腔的出现会导致水利机械稳定性大幅度下降，产生较为严重的危害情况，由于其本身的应用范围相对广泛，随着时代的不断发展，加上研究的不断推广，还会有更为严重或者深刻的危害情况得以公布。而危害情况的出现，会导致整个水力机械的工作效率大幅度下降，稳定性与安全性都很难得到有效保障，以至于相应的工作内容无法顺利开展。为了避免类似的情况的出现，自然需要加强对空腔问题的管理内容，利用合理的手段降低危害等级^[2]。

（二）空腔的主要危害方式

通常情况下，空腔所带来的水力机械影响会呈现在压力脉动与振动两部分，当水力机械处于正常运行状态时，受到空腔的影响，整个机组结构或者是工厂都会因此发生较为明显且强烈的振动情况，进而对后续的工作产生了较为严重的影响。详细情况如下所示：

1.空腔放大了压力脉动

空腔的存在会导致水力机械的压力脉动数值提升，且产生明显的放大作用，其实际表现如下：

（1）当空腔的程度达到某一阶段后，便会对整个水力机械内部流道造成堵塞的现象，在这一过程中，有关设备的流量数值、流速情况以及压力数值都会产生一定程度的变化，而压力数值同时又会和空腔大小产生密切的联系，彼此间相互影响，进而产生了具有附加属性的压力脉动情况，从而造成了较为严重的设备障碍。

（2）当水力机械在运行过程中，便会存在一定数值的水体压力脉动，等到发生空腔效应后，压力脉动便会受到一定程度的影响，由于空腔本身具备可压缩性与低压性，会在这一过程中先是膨胀而后收缩，周而复始，形成具有周期性的变化规律。加上在这一阶段，不会对其他不存在空腔的区域产生水体传递作业，便会诱发乘法效应，水力机械的压力脉动数值不断加剧，在水体方面也会呈现出振荡的情况，受到流速场的影响，当其数值发生波动时，便会导致设备的运行质量很难得到提升，稳定性上也会受到较为严重的影响。

2.空腔为激发共振或自激振动积聚了能量

正常情况下，水力机械本身会具备一定程度的同步性，从而来满足压力脉动作用的各方面需求，当水体压力脉动数值发生变化，且具备了高频性，便会对该同步性造成较为严重的影响。一般来讲，正常状态下的水体压力脉动频率相对较高，这种高频性很容易会导致不同区域的压力脉动同步性无法得到提升，频率周期无法得到保障，还有甚者会出现反向的情况，可以说，水体压力脉动数值的表面状态无法得到动态化要求，想要实现合力作业无疑是难上加难，因而，当水力机械处于运行状态时，高频的压力脉动很难在流部件中形成较为巨大的振动现象，在诱发共振方面也很难得到实现。

空腔的存在在一定程度上实现了同步性的优化，换句话说，当水力机械处于运行状态时，空腔会提高压力脉动的作用力，尤其是在应对过流部件时可以实现有效的同步作业。上述提到，空腔是以空化作业为基础所产生的，其内部具备的压力数值相对较低，彼此之间并不存在明显差异，在进行脉动传输的过程中能够更好地实现趋同性。当某些因素达到预期标准，并对空腔所具备的体积进行局部性的改变，相应的主体压力脉动也会随之出现变化，还有可能随着空腔的引导而实现趋同化。举个例子，倘若空腔与水体侧的间距较近，其本身需要承担的水体压力脉动数值以及方向都会产生差异性，而当其与流道边壁间距较近时，便有概率实现频率的共同性应用，产生方向相同的合力，以此来完成过流部件的传递工作。

结论

综上所述，空腔会对水力机械的稳定性造成较为不利的影响，工厂工作发生共振现象的同时，设备的性能也很难得到有效保障。通过对空腔危害水力机械稳定性理论的分析，人们能够更深层次地了解相关内容，并对整个过程产生较为有效的本质认知，这样不但能够为后续工作奠定良好的基础，同时还能够满足相关行业的发展需要，方便开展更加具有针对性的应对手段。

参考文献

[1]王健,田文慧,赵嘉卿,等.水力机械中的空蚀研究综述[J].船舶力学,2020,24(4):7.

[2]卢金玲,张欣,王维,etal.沙粒粒径对水力机械材料磨蚀性能的影响[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2018,34(22):53-60.