水下振源体膜板空蚀的研究

　　水下大功率振源体是一种长时间在海洋工况下使用的强振源体设备，其工作频率范围宽，辐射能量大。在振源体工作过程中，活塞杆带动膜板在水下高频振动，较长时间工作后膜板中心附近位置出现小孔，出现小孔的主要原因是空蚀，空蚀产生的强大的高压反复冲击膜板，造成膜板外壁的金属脱落，从而产生小孔。本文对空蚀理论进行简要介绍，重点对膜板发生空蚀的原因及其解决措施进行论述。

　　1 空蚀理论基础

　　空蚀是发生于水下航行体、水力机械、水工建筑等过流部件上的一种常见破坏形式，是在一定温度环境下，材料因液体介质局部压力变化致使空泡形成和溃灭而产生的破坏，力学作用是空蚀破坏的主要因素，空泡溃灭形成的高速微射流对材料表面的反复冲击导致材料疲劳破坏。材料空蚀机理包括两方面：空泡形成、溃灭过程及能量传递至材料表面机制;材料失效模式，由于空蚀涉及流动条件、机械力、材料与电化学交互作用等方面。材料表面产生空化导致破坏的主要理论有机械作用理论和热与化学作用对空蚀的加速理论。目前关于减轻空蚀的途径也是多方面的，比如采用计算机进行辅助设计、制造，已尽可能避免各种部件在空化状态下运转，采用抗空蚀保护涂料，充气和阴极保护等方法来减小空蚀破坏。

　　2 原因分析

　　振源体膜板中心附近出现小孔的主要原因应该是空蚀，凡是流体和物体表面发生一定程度的相对运动，就会发生空化现象，使物体表面发生腐蚀，膜板发生空蚀的根本原因是膜板的高频振动，振动过程中海水交替地膨胀与被压缩。膨胀时受拉伸作用形成瞬时低压，被压缩时形成瞬时高压。在瞬时低压时产生气泡，瞬时高压时气泡溃灭，就在溃灭区附近产生压力冲击波，其压力可高达数十个大气压。高压冲击波以极短的时间冲击膜板，具有强烈的侵蚀力。随着膜板的往复振动，这样的高压反复冲击膜板，造成膜板外壁的金属脱落，如图1所示为气泡溃灭过程的示意图。另一种可能的原因是电化学腐蚀，膜板和海水接触，形成了电位差，就会发生阴极腐蚀，有时即使有油漆等材料保护层保护，但微观上保护层仍有孔隙存在(即使是金属热喷涂)，阴极腐蚀仍会发生。

　　3 解决方法及措施

　　为减轻或消除空蚀破坏，提高膜板使用寿命，使气泡一旦出现但不停留在膜板表面，及提高膜板本身的抗空蚀能力等措施都是有利的。在实际使用过程中采用提高材料抗空蚀，性能和阴极保护两种方法来减轻空蚀破坏。

　　3.1 改善材料抗空蚀性能