專利名稱：測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新 型屬于防止材料空蝕和磨蝕破壞技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置。
背景技術(shù)：
空蝕是在一定的環(huán)境溫度條件下，液體介質(zhì)中因局部壓力變化致使空泡形成和潰滅，材料連續(xù)受到高壓、高速微射流沖擊作用產(chǎn)生的表面破壞?；鹆Πl(fā)電廠的燃?xì)鉁u輪機(jī)和水電站的水輪機(jī)等常因空蝕引起局部早期失效而導(dǎo)致效率降低、使用壽命降低和設(shè)備檢修費(fèi)用大大增加，造成十分驚人的能源和材料損失。此外，由于我國長江、黃河等流域生態(tài)環(huán)境惡化，水土流失嚴(yán)重，水中含沙量高，水輪機(jī)葉片、船舶螺旋槳和高壓閥門等水力機(jī)械過流部件的表面空蝕破壞因迭加泥沙沖刷磨損(磨蝕)而加劇。例如，某水電站水輪機(jī)空蝕破壞嚴(yán)重，每2年就要大修一次，全廠11臺機(jī)組檢修費(fèi)高達(dá)660萬元，加上汛期停止發(fā)電的損失，成本是相當(dāng)驚人的?？瘴g和磨蝕破壞是水力發(fā)電設(shè)備普遍存在和極為關(guān)注的問題?？瘴g和磨蝕涉及材料力學(xué)性能和流動條件，如材料的硬度、抗疲勞性能、環(huán)境流體的速度、壓力等諸多因素。材料抗空蝕和磨蝕的能力通常用空蝕和磨蝕穩(wěn)定性表示。研究材料的抗空蝕、磨蝕性能通常用兩種方式，一種是對某種材料進(jìn)行現(xiàn)場原型實(shí)驗(yàn)，但試驗(yàn)歷時(shí)較長，也不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)由于現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性，困難較大；另一種是利用室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，在有條件時(shí)將其結(jié)果與現(xiàn)場資料進(jìn)行對比。目前，向水中摻氣以減免空蝕的方法已在工程中廣泛采用，有的通過對過流面的摻氣的確起到了減免空蝕的效果。但是，摻氣減蝕的效果直接與摻氣濃度有關(guān)，當(dāng)摻氣濃度低于臨界免蝕摻氣濃度時(shí)將達(dá)不到最佳的減蝕效果。因此，對于各種材料的臨界免蝕摻氣濃度值的測量尤為重要。此外，摻氣對于減免材料的空蝕與磨蝕共同作用的效果目前還研究較少?，F(xiàn)有的試驗(yàn)方法都是單獨(dú)研究材料在水體不摻氣條件下的抗空蝕和磨蝕性能，缺乏水體摻氣對減免材料空蝕和磨蝕作用共同迭加破壞的研究。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在缺點(diǎn)，提出一種測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，可用以研究水體摻氣對材料空蝕和磨蝕破壞的防護(hù)作用。本實(shí)用新型解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，包括縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器和水庫，縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器內(nèi)裝有檢測器件，水庫通過水泵連接至縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水口，縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水口還通過通氣管連接空壓機(jī)。本實(shí)用新型進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是前述的測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，通氣管上設(shè)有閥門和流量計(jì)。[0010]前述的測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水口和出水口處都設(shè)有壓力表。前述的測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水管和出水管上都設(shè)有閥門；縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水管上設(shè)有流量計(jì)。前述的 測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器上接有真空表。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型利用減小局部過流面的縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器增加流體的局部流速，使其在測試材料表面產(chǎn)生空蝕和磨蝕破壞，在空蝕和磨蝕試驗(yàn)過程中，測試材料所處流體為水、氣混合體或者為水、氣、泥沙混合體。本實(shí)用新型可用于不同材料的抗空蝕、磨蝕性能研究進(jìn)行抗空蝕、耐磨蝕的新材料開發(fā)，也可用于高流速水力機(jī)械或泄水建筑物的摻氣減蝕防護(hù)。

圖1為縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的剖面圖。圖2為帶有摻氣設(shè)施的縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的剖面圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一的連接示意圖。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例二的連接示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1為縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的剖面圖，F(xiàn)為水流流向；A為氣流流向，縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1通過局部收縮減小過流面積，在喉管處過流面積最小，試驗(yàn)時(shí)高速水流在工作段喉部斷面形成減壓，當(dāng)其壓強(qiáng)將到臨界壓強(qiáng)以下時(shí)該處可以產(chǎn)生空穴，形成有主流的空化，在檢測器件2表面產(chǎn)生空蝕破壞。如果所處流體為清水，則試件表面會受到空蝕破壞；如果所處流體為水沙混合體，則試件表面會受到空蝕和磨蝕共同作用。如圖2所示，在縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1上游增加了摻氣管3向水體摻氣，用以研究試件在水流摻氣對試件空蝕強(qiáng)度的影響或者對空蝕、磨蝕共同作用強(qiáng)度的影響及臨界摻氣濃度。含有低濃度氣泡的水流在縮放型空蝕發(fā)生器1中可以使檢測器件2空蝕強(qiáng)度減弱，當(dāng)水中氣泡濃度足夠高時(shí)，檢測器件2將完全免受空蝕破壞，使得試件免除空蝕破壞的最低摻氣濃度值即為試件材料在試驗(yàn)工況下的臨界免蝕摻氣濃度。實(shí)施例1本實(shí)施例為一種測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，如圖3所示，F(xiàn)為水流流向；A為氣流流向，包括縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1和水庫9，縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1內(nèi)裝有檢測器件2，水庫9通過水泵4連接至縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1的進(jìn)水口， 縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1的進(jìn)水口還通過通氣管3連接空壓機(jī)10。通氣管3上設(shè)有閥門5 和流量計(jì)6 ；縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1的進(jìn)水口和出水口處都設(shè)有壓力表7 ；縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1的進(jìn)水管和出水管上都設(shè)有閥門5 ；縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1的進(jìn)水管上設(shè)有流量計(jì)6 ；縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1上接有真空表8。本實(shí)施例用以研究水體摻氣對材料空蝕破壞的減免作用以及臨界免蝕摻氣濃度，水庫9中為清水。通氣管3采用空壓機(jī)10向水中摻氣，通氣量由流量計(jì)6讀出，縮放型空蝕發(fā)生器1中的水流流量與流速通過閥門5調(diào)節(jié)，流量通過流量計(jì)6讀出，試驗(yàn)斷面的流速根據(jù)流量和相應(yīng)斷面面積計(jì)算得到，摻氣濃度根據(jù)通氣量和水流量之比計(jì)算得到。在試驗(yàn)過程中，調(diào)節(jié)相關(guān)裝置使得摻氣濃度分別為C1，C2，C3，…，Cn，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 在試驗(yàn)結(jié)束后取下試件進(jìn)行質(zhì)量測定；先用清洗液清洗，然后烘干，待自然冷卻至室溫時(shí)， 置于高精度的電子分析天平上稱重，檢測試件是否有空蝕或磨蝕；根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)，可以得到試件失質(zhì)量與摻氣濃度以及運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線，即可得到該試件在不同摻氣濃度下的抗空蝕性能參數(shù)。水庫中水體為清水，使得試件在試驗(yàn)結(jié)束后失質(zhì)量為零的最低摻氣濃度值即為試件材料在試驗(yàn)工況下的臨界免蝕摻氣濃度。
實(shí)施例2本實(shí)施例為一種測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，如圖4所示，F(xiàn)為水流流向；A為氣流流向，包括縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1和水庫9，縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1內(nèi)裝有檢測器件2，水庫9通過水泵4連接至縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1的進(jìn)水口， 縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1的進(jìn)水口還通過通氣管3連接空壓機(jī)10。通氣管3上設(shè)有閥門5 和流量計(jì)6 ；縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1的進(jìn)水口和出水口處都設(shè)有壓力表7 ；縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1的進(jìn)水管和出水管上都設(shè)有閥門5 ；縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1的進(jìn)水管上設(shè)有流量計(jì)6 ；縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器1上接有真空表8。本實(shí)施例用以研究水體摻氣對材料空蝕和磨蝕共同作用破壞的減免作用，水庫9中為含泥沙水體。本實(shí)施例的試驗(yàn)方法同實(shí)施例一，根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)，可以得到該試件在不同摻氣濃度下的抗空蝕、磨蝕性能參數(shù)。水庫中為含泥沙水體，使得試件在試驗(yàn)結(jié)束后失質(zhì)量為常數(shù)的最低摻氣濃度值即為試件材料在試驗(yàn)工況下的臨界免蝕摻氣濃度。本實(shí)用新型還可以有其它實(shí)施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，其特征在于包括縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器和水庫，所述縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器內(nèi)裝有檢測器件，所述水庫通過水泵連接至所述縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水口，所述縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水口還通過通氣管連接空壓機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，其特征在于所述通氣管上設(shè)有閥門和流量計(jì)。
3.如權(quán)利要求1所述的測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，其特征在于所述縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水口和出水口處都設(shè)有壓力表。
4.如權(quán)利要求1所述的測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，其特征在于所述縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水管和出水管上都設(shè)有閥門；所述縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水管上設(shè)有流量計(jì)。
5.如權(quán)利要求1所述的測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，其特征在于所述縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器上接有真空表。
專利摘要本實(shí)用新型屬于防止材料空蝕和磨蝕破壞技術(shù)領(lǐng)域，是一種測量材料抗空蝕磨蝕性能和臨界免蝕摻氣濃度的裝置，包括縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器和水庫，縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器內(nèi)裝有檢測器件，水庫通過水泵連接至縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水口，縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器的進(jìn)水口還通過通氣管連接空壓機(jī)。本實(shí)用新型利用減小局部過流面的縮放型空蝕磨蝕發(fā)生器增加流體的局部流速，使其在測試材料表面產(chǎn)生空蝕和磨蝕破壞，在空蝕和磨蝕試驗(yàn)過程中，測試材料所處流體為水、氣混合體或者為水、氣、泥沙混合體。本實(shí)用新型可用于不同材料的抗空蝕、磨蝕性能研究進(jìn)行抗空蝕、耐磨蝕的新材料開發(fā)，也可用于高流速水力機(jī)械或泄水建筑物的摻氣減蝕防護(hù)。
文檔編號G01N5/04GK202166579SQ20112027173
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者嚴(yán)秀俊, 馮中華, 王河生, 胡亞安, 阮士平 申請人:水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院