專利名稱：抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的方法與裝置，特別是一種通過(guò)局部冷卻、降低局部工質(zhì)飽和壓力而抑制空泡產(chǎn)生的方法與裝置。
背景技術(shù)：
在一定的溫度下，當(dāng)液體的壓力低于其飽和蒸汽壓力時(shí)，液體就會(huì)發(fā)生汽化，產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。螺旋槳在運(yùn)轉(zhuǎn)中，若其過(guò)流部分的局部區(qū)域(常在葉輪葉片進(jìn)口緣稍后處)的絕對(duì)壓力下降到當(dāng)?shù)販囟认碌钠瘔毫r(shí)，液體在該處開始汽化，產(chǎn)生氣泡。氣泡隨液體向前流動(dòng)，產(chǎn)生貼附于固體表面的片空泡，隨著片空泡的增大，空泡尾緣發(fā)生振蕩或破碎，空泡尾緣的液體將高速填充空穴，發(fā)生互相撞擊而形成水擊現(xiàn)象。在螺旋槳、水輪機(jī)、泵等液體機(jī)械中，汽蝕是一種非常常見的現(xiàn)象。圖2是一個(gè)完整的汽蝕演變過(guò)程，片空泡初生(a)、片空泡成長(zhǎng)及片空泡尾緣回射流產(chǎn)生(b)、回射流沖向片空泡前緣(c)、回射流沖擊片空泡表面撕碎片空泡形成云空泡(d)，云空泡云團(tuán)向下游移動(dòng)，翼型前緣附近產(chǎn)生新的片空泡(e)， (f)同(a)，如此完成一個(gè)從片空泡初生、發(fā)展、回射流、云空泡脫落的全過(guò)程，也就是汽蝕過(guò)程。汽蝕會(huì)導(dǎo)致葉片的破壞，誘發(fā)振動(dòng)與噪聲，導(dǎo)致流動(dòng)效率降低。為了抑制汽蝕的發(fā)生，減小流動(dòng)噪聲，前人也提出了一些方法，圖3是在翼型上加障礙物(凸起或凹陷)的方法，阻礙回射流沖擊片空泡前緣表面，有一定的降噪效果，但仍然很不理想。
目前探測(cè)潛艇最有效的辦法仍然是使用水中設(shè)備，尤其是聲納。對(duì)高速前進(jìn)的潛艇而言，螺旋槳噪聲是主要噪聲源，而汽蝕是導(dǎo)致螺旋槳噪聲的主要原因。人們己經(jīng)花了很大的精力來(lái)研究空泡的生成機(jī)理，然而如何控制空泡產(chǎn)生？如何抑制由空泡脫落引起的噪聲與振動(dòng)？還是一個(gè)沒有得到很好解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述根本性的問(wèn)題而提供一種抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的方法與裝置，達(dá)到抑制螺旋槳等液體機(jī)械中噪聲及振動(dòng)產(chǎn)生的目的。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是水在25。C時(shí)的飽和壓力為3166Pa, 20°C時(shí)的飽和壓力為2337Pa， 15°C時(shí)的飽和壓力為1704Pa， 10。C時(shí)的飽和壓力為1227Pa， 5°C時(shí)的飽和壓力為872Pa， 0。C時(shí)的飽和壓力為61Pa。也就是說(shuō)，如果降低流場(chǎng)中葉片表面局部區(qū)域的溫度，就會(huì)使其飽和壓力顯著降低，使得空化不容易發(fā)生。因此，只要采取措施，降低空泡初生位置處葉片表面的溫度，即可抑制片空泡產(chǎn)生，既然空泡不能初生，當(dāng)然也就不會(huì)發(fā)展及潰滅了。如此可以有效徹底地抑制汽蝕的發(fā)生及其誘發(fā)的振動(dòng)與噪聲。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的方法，其特征在于對(duì)液體機(jī)械中葉片的前緣或容易產(chǎn)生"汽蝕"的低壓流動(dòng)區(qū)域，安裝熱傳導(dǎo)性能良好的冷卻管，對(duì)該冷卻管通入冷卻工質(zhì)，使得流經(jīng)所述葉片該區(qū)域的液體溫度降低1 100。C，從而導(dǎo)致該區(qū)域的液體的飽和壓力降低，避免發(fā)生汽化，抑制初始空化的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽蝕的抑制。
上述冷卻工質(zhì)是如下氣體中的任一種空氣、氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、惰性氣體，或者是如下液體中的任一種水、液氫、液氧、液氮、氨水。
一種抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的裝置，應(yīng)用于上述方法，包括液體機(jī)械中的葉片，其特征在于在液體入流位置附近的所述葉片的前緣或容易產(chǎn)生汽蝕的低壓流動(dòng)區(qū)域的位置，安裝熱傳導(dǎo)性能良好的冷卻管，所述冷卻管的進(jìn)口經(jīng)一個(gè)閥門和一個(gè)泵或風(fēng)機(jī)接通一個(gè)冷源或制冷機(jī)的出口，而出口直接接通所述冷源或制冷機(jī)的進(jìn)口。
上述冷卻工質(zhì)為氣體時(shí)，采用風(fēng)機(jī)輸送，冷卻工質(zhì)為液體時(shí)，采用泵輸送。
上述冷源是冰、干冰、液氮、液氧中的一種或多種，冷卻管在冷源內(nèi)應(yīng)制作成熱交換器形狀，或者冷源采用制冷機(jī)。
上述葉片為靜葉片或動(dòng)葉片。
上述葉片為動(dòng)葉片時(shí)，冷卻管的高壓端與轉(zhuǎn)軸內(nèi)的高壓環(huán)相通，而低壓端與轉(zhuǎn)軸內(nèi)低壓環(huán)相通，轉(zhuǎn)軸與靜子間裝有密封裝置，在靜子中高壓環(huán)和低壓環(huán)分別收攏成動(dòng)葉片冷卻工質(zhì)的進(jìn)口和出口。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供的方法與裝置，可以抑制空泡的初生。對(duì)水而言，只要溫度降低5度，就可以使飽和壓力降低顯著，從而使得本來(lái)已經(jīng)應(yīng)該發(fā)生空化的水不發(fā)生空化，抑制液體機(jī)械中產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。


圖l是本發(fā)明通過(guò)局部冷卻、降低局部工質(zhì)飽和壓力而抑制空泡產(chǎn)生的方法與裝置。
圖2是汽蝕形成過(guò)程示意圖。
圖3是前人在葉片表面增設(shè)障礙物抑制云空泡回射流的模型。圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例螺旋槳葉抑制空泡產(chǎn)生的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4中A-A處剖面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下實(shí)施例一參見圖l，本抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的方法，其特征在于對(duì)液體機(jī)械中葉片1的前緣或容易產(chǎn)生"汽蝕"的低壓流動(dòng)區(qū)域，安裝熱傳導(dǎo)性能良好的冷卻管2，對(duì)該冷卻管2通入冷卻工質(zhì)3，使得流經(jīng)所述葉片1該區(qū)域的液體溫度降低1 100°C，從而導(dǎo)致該區(qū)域的液體的飽和壓力降低，避免發(fā)生汽化，抑制初始空化的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽蝕的抑制。
實(shí)施例二如圖l，本抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的裝置，葉片是軸流水輪機(jī)的靜葉片1，在葉片l的前緣，沿展向安裝冷卻管2，選用空氣作為冷卻工質(zhì)3，冷源4采用干冰，流經(jīng)葉片1的冷卻管2采用導(dǎo)熱性好的材料，裸露在外的冷卻管2部分用絕熱材料包裹。冷卻管2回路中安裝風(fēng)機(jī)5驅(qū)動(dòng)回路內(nèi)冷卻工質(zhì)的流動(dòng)。流經(jīng)冷源4內(nèi)的冷卻管2被設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)的換熱器形狀以保證充足熱交換，冷源4內(nèi)裝適量的干冰。如此，流過(guò)葉片前緣的水溫度下降5 10度，使得飽和溫度降低800 1500Pa，汽化難以發(fā)生，從而達(dá)到了抑制空化或汽蝕的目的。
實(shí)施例三參加圖4和圖5，本抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的裝置，葉片是螺旋槳葉l，在槳葉l的前緣及槳葉表面的較低壓力的區(qū)域，安裝冷卻管2，選用空氣作為冷卻工質(zhì)3，冷源4采用制冷機(jī)，冷卻管2的高壓端(進(jìn)流)與轉(zhuǎn)軸7內(nèi)的高壓環(huán)8相通，冷卻管2的低壓端(出流)與轉(zhuǎn)軸7內(nèi)的低壓環(huán)9相通。轉(zhuǎn)軸7與靜子11之間采用常規(guī)的密封裝置10，靜子中，將高壓環(huán)8與低壓環(huán)9分別收攏成進(jìn)流口 12與出流口 13，進(jìn)流口 12的上游安裝一臺(tái)風(fēng)機(jī)5和閥門6，闊門6的上游是一臺(tái)制冷機(jī)4，制冷機(jī)4的上游與出流口 13相連通。
權(quán)利要求
1、一種抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的方法，其特征在于對(duì)液體機(jī)械中葉片(1)的前緣或容易產(chǎn)生“汽蝕”的低壓流動(dòng)區(qū)域，安裝熱傳導(dǎo)性能良好的冷卻管(2)，對(duì)該冷卻管(2)通入冷卻工質(zhì)(3)，使得流經(jīng)所述葉片(1)該區(qū)域的液體溫度降低1～100℃，從而導(dǎo)致該區(qū)域的液體的飽和壓力降低，避免發(fā)生汽化，抑制初始空化的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽蝕的抑制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的方法，其特征在于所述的冷卻工質(zhì)(3) 是如下氣體中的任一種空氣、氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、惰性氣體，或者是如下液體中的 任一種水、液氫、液氧、液氮、氨水。
3、 一種抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的裝置，應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn) 生的方法，包括液體機(jī)械中的葉片(1)，其特征在于在液體入流位置附近的所述葉片(1) 的前緣或容易產(chǎn)生汽蝕的低壓流動(dòng)區(qū)域的位置，安裝熱傳導(dǎo)性能良好的冷卻管(2)，所述 冷卻管(2)的進(jìn)口經(jīng)一個(gè)閥門(6)和一個(gè)泵或風(fēng)機(jī)(5)接通一個(gè)冷源或制冷機(jī)(4)的 出口，而出口直接接通所述冷源或制冷機(jī)(4)的進(jìn)口。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的裝置，所述冷卻工質(zhì)(3)為氣體時(shí)， 采用風(fēng)機(jī)輸送，冷卻工質(zhì)(3)為液體時(shí)，采用泵輸送。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的裝置，其冷源(4)是冰、干冰、液氮、 液氧中的一種或多種，冷卻管(2)在冷源內(nèi)應(yīng)制作成熱交換器形狀，或者冷源采用制冷 機(jī)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑制液體機(jī)械產(chǎn)生汽蝕的裝置，其特征在于所述葉片(1)為靜葉 片或動(dòng)葉片。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的抑制液體機(jī)械產(chǎn)生汽蝕的裝置，其特征在于所述葉片(1)為動(dòng)葉 片時(shí)，冷卻管(2)的高壓端與轉(zhuǎn)軸(7)內(nèi)的高壓環(huán)(8)相通，而低壓端與轉(zhuǎn)軸(7)內(nèi) 低壓環(huán)(9)相通，轉(zhuǎn)軸(7)與靜子(11)間裝有密封裝置(10)，在靜子(11)中高壓 環(huán)(8)和低壓環(huán)(9)分別收攏成動(dòng)葉片冷卻工質(zhì)的進(jìn)口 (12)和出口 (13)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抑制液體機(jī)械中汽蝕產(chǎn)生的方法與裝置。本方法是在葉輪進(jìn)流位置附近的葉片前緣或葉片上容易產(chǎn)生“汽蝕”的低壓流動(dòng)區(qū)域的位置，安裝熱傳導(dǎo)性能好的冷卻管，冷卻管內(nèi)通入冷卻工質(zhì)，使得流過(guò)冷卻管位置附近處的液體溫度降低1～100度，從而導(dǎo)致相應(yīng)位置處液體的飽和壓力降低，不會(huì)發(fā)生汽化，抑制初始空化的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽蝕的抑制，從而抑制液體機(jī)械中產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)。
文檔編號(hào)F03B3/12GK101672240SQ20091019713
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者黃典貴 申請(qǐng)人:上海大學(xué)