本發(fā)明涉及水力空化空蝕技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種用于測量材料抗空蝕性能的試驗裝置。
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,固體表面經(jīng)受這種沖擊力的多次反復(fù)作用,材料發(fā)生疲勞脫落,使表面出現(xiàn)小的凹坑,進(jìn)而發(fā)展成海綿狀。嚴(yán)重的其實可在表面形成大片的凹坑,甚至穿孔。長期以來,空蝕嚴(yán)重影響泄水建筑物、水力機械(水泵、水輪機、閘門)、船舶螺旋槳的性能和使用壽命。
為了保證水力機械的正常運轉(zhuǎn),需要對空化和空蝕采取防護(hù)措施,除了提高水力機械本身的空化性能外,還需要對材料的抗空化空蝕性能進(jìn)行研究,即要盡量選用抗空蝕性能良好的材料,尤其是在葉片及其他易遭受空蝕破壞的零部件,選用抗空蝕性能良好的材料是很重要而有效的防護(hù)空蝕侵蝕的措施。
空蝕試驗?zāi)壳爸饕幸韵聨追N:1)文丘里管型空蝕設(shè)備。其原理是當(dāng)液體流經(jīng)文丘里管時,喉部流速大到一定程度后,在該處產(chǎn)生的低壓引起空化現(xiàn)象,形成固定性空穴,在固定性空穴內(nèi)表面附著的游移型空泡將在尾部潰滅,如在固定性空穴尾部放置試樣,則試樣表面由于空泡潰滅而發(fā)生空蝕破壞。2)振動式空蝕設(shè)備。這類設(shè)備是用電磁或超聲波使容器內(nèi)靜止的水產(chǎn)生振蕩型空化致使水中的試件表面出現(xiàn)空蝕,有磁致伸縮振動空蝕設(shè)備和超聲波振動空蝕設(shè)備兩種。3)旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕設(shè)備。這種設(shè)備簡稱為轉(zhuǎn)盤裝置,這種設(shè)備原理是在轉(zhuǎn)盤上距軸心不同距離處開有貫穿轉(zhuǎn)盤厚度的小孔或嵌在轉(zhuǎn)盤上的突體,當(dāng)轉(zhuǎn)盤在置于外套中試驗水體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時,在小孔或突體后部將產(chǎn)生尾流空化,其中游移型空泡將在尾流末端沿著轉(zhuǎn)盤潰滅,嵌入盤面空泡潰滅處的試件表面將產(chǎn)生空蝕破壞,這樣就可以測定各種試件材料或涂料的相對抗空蝕性能。4)沖擊式空蝕設(shè)備。這種試件的剝蝕破壞是由于水體沖擊試件所產(chǎn)生。這類設(shè)備可以比較當(dāng)材料表面受到水體沖擊時其抗空蝕強度。包括高速射流沖擊試驗設(shè)備和水滴沖擊試驗設(shè)備。5)往復(fù)式活塞型空蝕設(shè)備。這種設(shè)備屬于靜壓式試驗設(shè)備,設(shè)備的氣缸內(nèi)灌滿水,并且密封,因此當(dāng)活塞有容器頂部凸輪帶動時,活塞可向下移動;凸輪則可使活塞軸突然釋放,從而大氣壓力可驅(qū)使活塞突然向上運動,這樣就會造成水體內(nèi)的空泡成長,空泡在下一次活塞向下運動時發(fā)生潰滅,使氣缸壁材料產(chǎn)生空蝕破壞。
現(xiàn)有技術(shù)中有利用上述設(shè)備直接在材料表面產(chǎn)生空蝕破壞,來測試材料的抗氣蝕性能,但其存在裝置復(fù)雜,造價昂貴,且適用性較差的不足,且不可同時對多個試樣進(jìn)行空蝕試驗,且操作復(fù)雜。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足,本發(fā)明提供了一種用于測量材料抗空蝕性能的試驗裝置,可以同樣的條件下進(jìn)行不同材料的空蝕試驗,將不同材料的抗空蝕性能進(jìn)行對比。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
一種用于測量材料抗空蝕性能的試驗裝置,包括燃油輸送系統(tǒng)、加壓裝置、空蝕裝置和監(jiān)控系統(tǒng);所述加壓裝置使其出口壓力大于入口壓力;所述空蝕裝置包括上面板和下面板,所述上面板和下面板連接,且上面板和下面板之間形成流體通道;所述上面板與加壓裝置出口連接;所述下面板設(shè)有若干試樣槽,所述下面板在試樣槽旁邊設(shè)有若干通孔,且與試樣槽一一對應(yīng);所述燃油輸送系統(tǒng)包括油箱、輸送泵和油壓調(diào)節(jié)閥;所述油箱通過管道與輸送泵進(jìn)口連接,所述輸送泵出口通過管道依次連接油壓調(diào)節(jié)閥和所述加壓裝置進(jìn)口;所述下面板上的通孔通過管道與油箱連接;所述油壓調(diào)節(jié)閥與所述加壓裝置進(jìn)口之間的管道上設(shè)有溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器;所述監(jiān)控系統(tǒng)包括plc和控制面板,所述plc與輸送泵、溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器和油壓調(diào)節(jié)閥連接;所述plc與控制面板連接。
進(jìn)一步,所述油箱內(nèi)設(shè)有加熱器,所述加熱器與plc連接。
進(jìn)一步,所述輸送泵出口與油壓調(diào)節(jié)閥之間設(shè)有濾清器。
進(jìn)一步,所述加壓裝置為漸縮孔。
進(jìn)一步,所述漸縮孔內(nèi)設(shè)有針閥、節(jié)流孔板和彈簧;所述漸縮孔的入口處安裝節(jié)流孔板,所述針閥座與節(jié)流孔板密封連接;所述針閥座內(nèi)部設(shè)有針閥,所述針閥一端位于所述針閥座內(nèi),另一端通過彈簧與所述節(jié)流孔板連接;所述針閥座上設(shè)有若干噴孔,使液體加壓進(jìn)入漸縮孔的出口。
進(jìn)一步,所述試樣槽數(shù)量為4個。
進(jìn)一步,所述輸送泵上的電機為變頻電機。
本發(fā)明的有益效果在于:
1.本發(fā)明所述的用于測量材料抗空蝕性能的試驗裝置,通過設(shè)置了若干試樣槽,可以實現(xiàn)同樣的條件下進(jìn)行不同材料的空蝕試驗,將不同材料的抗空蝕性能進(jìn)行對比。
2.本發(fā)明所述的用于測量材料抗空蝕性能的試驗裝置,可以實現(xiàn)自動循環(huán),流量、壓力和溫度可任意調(diào)整,且流量、壓力測量精度高,所有數(shù)據(jù)通過儀表實時顯示。
3.本發(fā)明所述的用于測量材料抗空蝕性能的試驗裝置,整個裝置的結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn),部件易于加工和獲取,成本低廉,操作工藝簡單,試驗空蝕效果穩(wěn)定。
4.本發(fā)明所述的用于測量材料抗空蝕性能的試驗裝置,設(shè)置的節(jié)流孔板可以有多種規(guī)格,得到不同的壓力,用于適應(yīng)不同材料的樣品。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所述的用于測量材料抗空蝕性能的試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明所述的空蝕裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖3為圖2的a-a剖視圖。
圖4為本發(fā)明所述的加壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中:
1-漸縮孔;2-空蝕裝置;3-噴孔;4-針閥座;5-油箱;6-加熱器;7-針閥;8-輸送泵;9-彈簧;10-濾清器;11-油壓調(diào)節(jié)閥;12-控制面板;13-流量傳感器;14-壓力傳感器;15-溫度傳感器;16-上面板;17-下面板;18-試樣槽;19-節(jié)流孔板。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
如圖1所示,一種用于測量材料抗空蝕性能的試驗裝置,包括燃油輸送系統(tǒng)、加壓裝置、空蝕裝置2和監(jiān)控系統(tǒng);所述加壓裝置使其出口壓力大于入口壓力;如圖2和圖3所示,所述空蝕裝置2包括上面板16和下面板17,所述上面板16和下面板17連接,且上面板16和下面板17之間形成流體通道;所述上面板16與加壓裝置出口連接;所述下面板17設(shè)有若干試樣槽18,所述下面板17在試樣槽18旁邊設(shè)有若干通孔,且與試樣槽18一一對應(yīng);所述試樣槽18數(shù)量優(yōu)選為4個,可以對稱分布。所述燃油輸送系統(tǒng)包括油箱5、輸送泵8和油壓調(diào)節(jié)閥11;所述油箱5通過管道與輸送泵8進(jìn)口連接,所述輸送泵8出口通過管道依次連接油壓調(diào)節(jié)閥11和所述加壓裝置進(jìn)口;所述下面板17上的通孔通過管道與油箱5連接;所述油壓調(diào)節(jié)閥11與所述加壓裝置進(jìn)口之間的管道上設(shè)有溫度傳感器15、壓力傳感器14和流量傳感器13;所述輸送泵8連接的電機為變頻電機,通過plc內(nèi)的變頻器控制電機的頻率。所述監(jiān)控系統(tǒng)包括plc和控制面板12,所述plc與輸送泵8、溫度傳感器15、壓力傳感器14和流量傳感器13和油壓調(diào)節(jié)閥11連接;所述plc與控制面板12連接。為了控制油溫,所述油箱內(nèi)設(shè)有加熱器6,所述加熱器6與plc連接,當(dāng)管道中的溫度傳感器低于設(shè)定值,plc控制加熱器6啟動。為了保護(hù)油壓調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器15、壓力傳感器14和流量傳感器13防止進(jìn)入雜質(zhì),所述輸送泵8出口與油壓調(diào)節(jié)閥11之間設(shè)有濾清器10。此外本發(fā)明可以放置在工作臺上,這樣符合實驗室設(shè)備的要求,便于擺放和操作。
工作原理:通過輸油泵8增壓后,燃油通過濾清器10進(jìn)入油壓調(diào)節(jié)閥11,此時利用油壓調(diào)節(jié)閥11調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力后,由油壓調(diào)節(jié)閥11上的供油口將調(diào)節(jié)好的高壓油經(jīng)過加壓裝置提供給空蝕發(fā)生裝置2,燃油經(jīng)過空蝕發(fā)生裝置2后經(jīng)管道流過試樣槽18中的樣品,如此反復(fù)循環(huán),直到試驗結(jié)束。其中,控制面板12上有壓力顯示器,可以顯示調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后的壓力,溫度顯示器可以實時顯示油溫,流量顯示器顯示管道中的流量。
使用時,先清洗被測試樣,放置在鼓風(fēng)式干燥箱中,100℃下烘干1h后并冷卻到常溫,取出試樣放置到電子分析天平中稱重并記錄,稱重后對試樣進(jìn)行電鏡掃描,啟動輸油泵8,通過調(diào)節(jié)變頻器調(diào)節(jié)泵的出口流量,調(diào)整油壓調(diào)節(jié)閥11實現(xiàn)對空蝕發(fā)生裝置2中燃油壓力的控制,實驗過程中,燃油的流量、壓力和溫度分別通過流量傳感器13、壓力傳感器14和溫度傳感器15來檢測,每隔一段時間,取下空蝕發(fā)生裝置2中的測試試樣,用掃描電鏡對其表面進(jìn)行掃描,直至空蝕發(fā)生裝置2上面板16中的測試試樣發(fā)生理想的空蝕現(xiàn)象,用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理后形成實驗報告。
同樣工況下,再次將試樣放置在空蝕發(fā)生裝置中持續(xù)空蝕1h,空蝕完成后再次重復(fù)上述清洗、烘干、稱重、掃描步驟。不斷重復(fù)空蝕步驟,同一試樣的空蝕時間應(yīng)在8到10小時之間最佳。根據(jù)每次稱重的數(shù)據(jù)繪制空蝕量和空蝕速率曲線,對比不同材料的抗空蝕性能,做出試驗報告。
所述加壓裝置為漸縮孔1,所述漸縮孔1內(nèi)設(shè)有針閥7、節(jié)流孔板19和彈簧9;所述漸縮孔1的入口處安裝節(jié)流孔板19,所述針閥座4與節(jié)流孔板19密封連接;所述針閥座4內(nèi)部設(shè)有針閥7,所述針閥7一端位于所述針閥座4內(nèi),另一端通過彈簧9與所述節(jié)流孔板19連接;所述針閥座4上設(shè)有若干噴孔3,使液體加壓進(jìn)入漸縮孔1的出口。節(jié)流孔板19為可更換件,可以設(shè)置不同規(guī)格的節(jié)流孔,這樣改變節(jié)流孔板19開孔面積或孔的形狀或者彈簧9的彈性系數(shù)不同,得到不同的壓力,這樣可以適合不同的材料樣品做實驗。
所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式,但本發(fā)明并不限于上述實施方式,在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下,本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。