柱塞泵空化定义、机理及空化类型

空化现象

流体空化的发生主要与流体在流动过程中其局部压力的变化有关，当其压力降到足够低的时候，如该压力低于流体的饱和蒸汽压时，则流体中原溶解的气体会析出或流体原有的微小气核会膨胀，形成气泡的过程，称为空化。【2】

当油液压力低于一定值时，溶解在油液中的杂质气体就会全部析出，游离在油液中，成为悬浮气泡，若油液压力继续降低，油液中则会开始出现蒸汽。

本文将空化气泡的产生划分两部分，一部分是本身游离在油液中以及析出后成为游离状态的杂质气体，另一部分则是油液蒸发变为的蒸汽。

据此可将空化过程进行阶段划分，如图 。

首先将压力划分为 3 个临界点，Psat代表杂质气体的溶解压力，Phvap代表油液蒸汽的高饱和蒸汽压，Plvap 代表油液蒸汽的低饱和蒸汽压。

当油液瞬时绝对压力 P 大于其捕获气体的最大压力 Psat 时，所有杂质气体都溶解在液体中，此时油液可以认为是纯液相。

当压力低于 Psat，部分杂质气体被释放，释放出来的杂质气体以游离态悬浮在油液中形成气泡，纯液相变成了液体和杂质气体的混合物。

当压力进一步降低到高饱和蒸汽压 Phvap 以下时，全部气体从液体中释放出来，部分液压油转变为蒸汽，形成液体、杂质气体和蒸汽的混合物。2 阶段和 3 阶段在此定义为空化过程。【3】

蒸汽型空化是液体内部局部压力下降至该液体的饱和蒸汽压时，在液体内部或者固液界面上发生蒸汽形成、生长及溃灭的过程，蒸汽型空化本质上是液体与其蒸汽之间的相变。

含气型空化是液体内部局部压力下降至空气分离压力时，溶解于液体的空气开始大量析出，导致液体中出现气泡的现象，这种过程不发生任何相变，所以又被称作是伪空化(pseudo-cavitation)。

与水相比，液压油的饱和蒸汽压很低，在实际的紊流条件下，油液中溶解的气体和杂质作为空化核，使得油液在局部压力下降到比饱和蒸汽压力高很多的时候就会析出很多气泡。

在常温和大气压下，水中溶解的气体体积分数不超过 2%，而液压油中溶解的气体体积分数可达 10~15%。因此，对于水泵来说，通常以水的饱和蒸气压作为判别空化是否发生的依据，而对于油泵来说，通常以空气分离压力作为判别空化是否发生的依据。

对于以液压油为介质的轴向柱塞泵，虽然含气型空化不会对其核心零件造成空蚀破坏，但是这种空化造成柱塞腔油液中存在大量的游离状空气，破坏了油液的连续性，尤其在高速工况下大大降低了泵的有效输出流量，因此在设计超高速轴向柱塞泵时同样需要避免此类空化的发生。【1】

1. 潮群.EHA轴向柱塞泵高速化若干关键技术研究[D].浙江大学,2019.
2. 孙泽刚.斜盘式轴向柱塞泵缸体及配流盘抗空化研究[D].西南交通大学,2017.
3. 王成瑜.卸荷槽对轴向柱塞泵输出压力与空化特性影响研究[D].中南大学,2023.DOI:10.27661/d.cnki.gzhnu.2023.001067.
4. 刘珊珊.轴向柱塞泵配流过程中流体空化特征的可视化分析[D].太原理工大学,2023.DOI:10.27352/d.cnki.gylgu.2023.001651.

 

 

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