CN107587968B - 一种抗空蚀结构表面层 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗空蚀结构表面层。表面层包括基底和设置在基底表面上用于抗空蚀的弹性材料层；弹性材料层是作为保护层通过镶嵌或粘附在基底上，并且布置在基底上受液体冲击的部位或者表面。本发明结构可有效抑制空蚀破坏，从而保护重要零部件。

Description

一种抗空蚀结构表面层

技术领域

本发明涉及水利、液压、化工等工业领域，具体是涉及了一种用于抑制空蚀、减小空蚀破坏的结构表面层，作为流体系统内重要元器件的保护层。

背景技术

液压泵、阀和水利机械等流体机械，随着现代高需求的应用而出现空化现象。空化是指当流体局部压力低于液体汽化压力时，液体内部形成蒸汽或气体析出形成汽泡即空化泡的过程。当空化泡从低压区流经高压区时，在周围液体高压力的作用下体积缩小而溃灭，随之伴随产生压力冲击波、高速微射流和发光等现象。会产生空化空蚀、振动、噪声和效率损失等严重后果。而空蚀是指空化泡在形成和溃灭过程中对周围壁面材料产生的剥蚀破坏。空蚀主要发生在水利系统或液压系统内等关键部位。关键零部件的空蚀破坏会使透平机械效率降低甚至失效。空蚀破坏为国家经济发展带来了损失。

发明内容

为了减小及抑制流体器械产生的空化对器械本体产生的空蚀破坏，本发明提供了一种抗空蚀结构表面层，可有效减小空蚀破坏、提高生产效率、延长器械使用寿命，并可节约能源。

为了实现上述有效的抗空蚀过程，本发明采用的技术方案是：

所述表面层包括基底和设置在基底表面上用于抗空蚀的弹性材料层。

所述的弹性材料层是作为保护层通过镶嵌或粘附在基底上，并且布置在基底上易空化表面，即将表面层置于空蚀易发生区域。

通过在液体与基底之间的弹性材料层作为弹性壁面，使得空化泡溃灭时的微射流方向由朝向表面层变成背离表面层，从而可以有效的抑制和减小空蚀对零件的破坏。

所述的易空化部位是指基底上受液体冲击的部位或者表面。所述的易空化部位也是液体通过时压力最低的部位。

所述弹性材料层的材料弹性模量小于10MPa。优选地，为了营造有效的空化泡溃灭射流远离壁面的条件，弹性材料层选为橡胶。

所述弹性材料层的厚度为0.1mm-10mm。

所述的基底是指航空航天设备的零部件或者水利水电设备的零部件等。具体为螺旋桨或者阀芯等。

本发明所述表面层置于流体系统中空蚀发生区域，减小、抑制空化空蚀对零件的破坏。

前述的结构表面层置于流体系统中空蚀发生区域，减小、抑制空蚀破坏。

空化是当液体内局部压力降低时，液体内部蒸汽或气体析出形成的的空泡初生、发展和溃灭的过程。空泡的形成和溃灭会导致周围液体的流动形成微射流，液体的流动方向根据限制域的不同，微射流方向也会不同，在刚性壁面附近会产生朝向刚性壁面的微射流，一定条件下在弹性壁面附近会产生远离弹性壁面的微射流。目前对空蚀的相关研究认为固、液界面附近的空泡溃灭时形成的微射流的高速反复冲击是造成空蚀破坏的主要原因。因此改变空化溃灭微射流方向及降低微射流冲击速度是减小、抑制空蚀的有效手段。

本发明的结构表面层可以在液体与零件表面(基底)之间添加一层弹性材料层，这层弹性材料层的存在使得之前的液固界面(刚性壁面)转变为新的液固界面(弹性壁面)，并且使得空化泡溃灭时的微射流方向由朝向零件到背离零件，具体是使得空化泡溃灭时的微射流方向由朝向零件(基底)刚性壁面到背离保护层(表面层)的弹性壁面，从而可以有效的抑制和减小空蚀对零件的破坏。

采用本发明的技术方案的有益效果是：

本发明为抗空蚀技术提供了一种全新的、高效的方式，通过在空蚀发生严重区域的表面布置一层弹性材料层，改变空化泡溃灭微射流的方向和速度，从而抑制空蚀。

本发明的抗空蚀结构表面层加工、组装方便、安全、可靠，抗空蚀效果好，能大幅度减小空蚀破坏、保护原零部件结构的表面。

附图说明

图1为本发明抗空蚀结构表面层的结构示意图。

图2为本发明抗空蚀结构表面层的螺旋桨实施例的结构示意图。

图3为本发明抗空蚀结构表面层的液压阀芯实施例的结构示意图。

图中：1表示基底，2表示弹性材料层。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的表面层包括基底1和设置在基底表面上用于抗空蚀的弹性材料层2。基底1具体为螺旋桨或者阀芯等。

在安装或加工时保证抗空蚀微结构表面层置于空蚀易发生区域。并尽量避免安装在空泡初生区域。

实施例1

如图2所示，表面层包括基底1和弹性材料层2。基底1为螺旋桨，弹性材料层是布置在螺旋桨的背离来流方向的最低压力部位表面。

螺旋桨上开槽，弹性材料层是一个片状的橡胶，橡胶嵌装在螺旋桨的开槽中。

实施时将水流冲击并经过螺旋桨，经过测试发现：

弹性材料层不存在时，空化泡溃灭射流朝向螺旋桨表面形成空蚀。

弹性材料层存在时，空化泡溃灭射流背离螺旋桨的弹性表面，避免空蚀。

实施例2

如图3所示，表面层包括基底1和弹性材料层2。基底1为阀芯，弹性材料层是布置在阀芯的压力最低的部位表面。

阀中在液体入口正对的阀芯表面上开环形凹槽，弹性材料层是一个环状的橡胶，橡胶嵌装在阀芯的环形凹槽中。

实施时将水流冲击并经过阀芯，经过测试发现：

弹性材料层不存在时，空化泡溃灭射流朝向阀芯表面形成空蚀。

弹性材料层存在时，空化泡溃灭射流背离阀芯弹性表面，避免空蚀。

由此可见，本发明结构非常简单，能够用于减小、抑制空蚀破坏，非常有效地实现抑制空蚀破坏，从而保护重要零部件。

以上所述内容，仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本专业的技术人员可以利用上述揭示的技术内容做些许的改动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种采用表面层的抗空蚀方法，其特征在于：所述方法设置表面层，所述表面层包括基底(1)和设置在基底表面上用于抗空蚀的弹性材料层(2)；所述的弹性材料层(2)是作为保护层通过在基底上开设槽后镶嵌在基底的槽上，并且布置在易空化部位，易空化部位是基底上受液体冲击的部位或者表面；

通过在液体与基底之间的弹性材料层作为弹性壁面，使得空化泡溃灭时产生的微射流方向由朝向表面层变成背离表面层，从而有效抑制和减小空蚀对零件的破坏；

所述弹性材料层的材料弹性模量小于10Mpa；

所述弹性材料层的厚度为0.1mm-10mm。

2.根据权利要求1所述的一种采用表面层的抗空蚀方法，其特征在于：

所述的基底(1)是指液压设备的零部件或者水利水电设备的零部件。

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