Skip to Main Content

   

ANSYS 部落格

January 30, 2020

導致幫浦發生空蝕現象的原因為何以及該如何預防

幫浦、推進器和螺旋槳是日常基礎設施的基本零件。這些零件讓世界各地的發電廠、船隻和生產設施能夠保持運作。

工程師在設計和使用這些機器時,所關注的重點是如何避免空化現象,不讓流體突然發生相變,從而對機械裝置造成物理破壞。


幫浦若發生空蝕現象,將會對內部機械造成破壞。

為了防止這種情況發生,工程師需要確實地將正確的設備安裝到正確的系統中。模擬是符合成本效益的解決方案,可將幫浦的設計和配置最佳化,以免不慎發生相變。


導致空蝕現象的原因為何?

當流體中形成氣泡或空隙時,壓力會迅速下降到蒸氣壓以下,於是就會發生空蝕現象。氣泡承受更高的壓力時會破裂,而產生很小的衝擊波,時間一久,零件就會損壞。當這些壓力波在零件上擊打出小孔時,這種現象稱為孔蝕。


空蝕現象讓螺旋槳發生孔蝕

出現異音、振動和性能下降就表示幫浦已經發生空蝕現象。一旦發現這些示警訊號,工程師就應該立即檢查設備,查看是否已有孔蝕。

孔蝕是工程師最關心的主要問題之一。這是因為如果孔蝕範圍不斷擴大且數量變多,幫浦的壽命和效率就會下降。

還有其他原因會使工程師想進一步減少設備中形成的氣泡。例如,壓力波會產生振動,從而讓其他零件故障,例如軸承。

由於幫浦的空蝕現象也會影響設計的流速和效率,工程師不得不增加功耗以保持吞吐量。這會導致溫室氣體排放與燃料成本的增加。


如何防止幫浦空蝕現象

若要防止幫浦發生空蝕現象,最好的辦法是增加幫浦推進器上游的壓力。此壓力稱為淨正吸水頭 (NPSH)。


透過 Ansys EnSight 所呈現的旋轉齒輪幫浦用油量,
可顯示齒輪壁的空蝕程度 (紅色部分)。

工程師可用來提高 NPSH 的一些方法:

     
  • 提升上游水庫的水位
  • 幫浦入口加上導流片
  • 設計出最佳的推進器
  • 盡量減少上游的流阻損失
  • 以較低的流速運轉幫浦
 

在設計階段,工程師不太可能知道幫浦會以什麼方式安裝到特定安裝環境中。因此,他們會透過計算和模擬來測試各種配置,以便為最終使用者提供適當的 NPSH 額定值。這些額定值有助於配對幫浦與其安裝環境。

以往工程師習慣使用 Rayleigh-Plesset 方程式來模擬氣泡的形成。這種做法的挑戰在於這些結果須仰賴經驗,如果未正確調校輸入參數,就可能會得到與現實情況不符的結果。

又或者,工程師也可能會使用 Ansys CFX 中的平衡相變模型來模擬空蝕現象。此模型會使用材料屬性來預測氣泡的形成,不必借助憑經驗得到的資料。因此,不需要調整 Rayleigh-Plesset 方程式即可產生準確結果。

然後,工程師可以將模擬參數化,以便能快速地以各種配置完成各種設計,以產生 NPSH 額定值。他們還可以製作圖表,來顯示減少 NSH 時,會如何減少幫浦因突然發生相變而產生的壓頭。

若要了解平衡相變模型,請查看此應用簡介:空蝕現象:必須正確進行的關鍵 CFD 應用

任何一個 ANSYS, Inc. 品牌、產品、服務和功能名稱、商標和標語 (例如 Ansys、Ansys CFX 和 EnSight),都是 ANSYS, Inc. 或其子公司在美國或其他國家/地區的註冊商標或商標。

查看 Ansys 的服務與產品

立即聯絡我們

* = 必填欄位

感謝您聯絡我們!

We’re here to answer your questions and look forward to speaking with you. A member of our Ansys sales team will contact you shortly.

Footer Image