一種磨蝕測試用試驗設備的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種磨蝕測試用試驗設備，包括水箱、水泵、進水管、出水管和固定待測試材料的文丘里管；所述水箱內(nèi)具有攪拌器；所述進水管和所述出水管均與所述水箱連通；所述水泵安裝在所述進水管中；所述文丘里管安裝在所述進水管和所述出水管間；所述文丘里管的管壁為透明的管壁；還包括用于拍攝所述文丘里管中渾水空化狀態(tài)的高速攝像機。水箱中的攪拌器可使水箱形成懸浮含沙水流并使得含沙水流在文丘里管流動形成磨蝕，利用高速攝像機拍攝文丘里管的空化流場結合待測試材料的磨損狀態(tài)可進行磨蝕機理的研究。
【專利說明】
一種磨蝕測試用試驗設備
技術領域
[0001]本實用新型涉及水力機械磨蝕模擬測試領域，特別涉及一種磨蝕測試用試驗設備。
【背景技術】
[0002]由于水力機械結構符合文丘里模型，當水流經(jīng)過較窄區(qū)域后空化而對管壁造成空蝕。同時，由于水流中還具有泥沙等小顆粒固體，水力機械還會受到泥沙磨損。泥沙磨損和空蝕的聯(lián)合破壞作用為磨蝕。
[0003]經(jīng)過實際的工程應用和理論數(shù)據(jù)比對已經(jīng)得知，過流表面遭受空蝕作用產(chǎn)生的破壞是單純磨蝕和泥沙磨損作用的幾倍到十幾倍。由于我國河流中含沙量較大，在已建的一百多座大中型水電站中，有30%_40%的發(fā)電機組存在磨蝕問題。因此對水利機械磨蝕作用機理進行深入研究，進而對具有不同含沙量河流水電站機組的優(yōu)化設計提供合理的模型基礎和設計指導，具有重大的理論意義和實際價值。
[0004]然而，現(xiàn)有的試驗測試通常是單純的進行空化空蝕試驗或泥沙磨損試驗，用于磨蝕測試的設備結構復雜，測試成本高，且不能用于對磨蝕機理的研究。因此提供一種結構簡單的材料磨蝕測試用試驗設備，且同時能夠開展磨蝕機理的研究是本領域技術人員需要解決的技術問題之一。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為解決現(xiàn)有的試驗測試僅是單純的進行空化空蝕試驗或泥沙磨損試驗，無法實現(xiàn)磨蝕測試的機理進行研究，本實用新型提供一種新的磨蝕測試用試驗設備。
[0006]本實用新型提供一種磨蝕測試用試驗設備，包括水箱、水栗、進水管、出水管和固定待測試材料的文丘里管;所述水箱內(nèi)具有攪拌器;所述進水管和所述出水管均與所述水箱連通;所述水栗安裝在所述進水管管路中；所述文丘里管安裝在所述進水管和所述出水管間；所述文丘里管的管壁為透明的管壁;還包括用于拍攝所述文丘里管中空化狀態(tài)的高速攝像機。
[0007]可選的，包括多個可更換地安裝在所述管壁上的移動構件;各個所述移動構件結構不同；各個所述移動構件與所述管壁配合形成不同形狀的所述文丘里管。
[0008]可選的，所述出水管還具有抽取測試時水流的取樣孔。
[0009]可選的，還包括兩端分別與所述進水管和所述水箱連通的回水管;所述回水管與所述進水管連接的三通口位于所述水栗的出水口側;所述三通口與所述文丘里管間具有第一流量調(diào)節(jié)閥;所述出水管具有第二流量調(diào)節(jié)閥;所述回水管具有第三流量調(diào)節(jié)閥。
[0010]可選的，還包括位于所述第一流量調(diào)節(jié)閥和所述文丘里管間的第一壓力表、位于所述文丘里管和所述取樣孔之間的第二壓力表。
[0011]可選的，所述出水管具有流量計。
[0012]可選的，所述管壁的截面為矩形;所述進水管和所述出水管的截面為圓形;還包括使所述文丘里管分別與所述進水管和所述出水管連通的圓變方管。
[0013]可選的，還包括用于照射所述文丘里管的光源。
[0014]可選的，所述水栗為離心栗。
[0015]本實用新型提供的磨蝕測試用試驗設備，水箱內(nèi)具有攪拌器;進水管、文丘里管和出水管依次導通;且文丘里管的管壁為透明的管壁;還包括用于拍攝所述文丘里管中渾水空化狀態(tài)的高速攝像機。水箱中的攪拌器可使水箱形成懸浮含沙水流并使得含沙水流在文丘里管流動形成磨蝕，利用高速攝像機拍攝文丘里管的空化流場結合待測試材料的磨損狀態(tài)可進行磨蝕機理的研究。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為本實用新型【具體實施方式】的磨蝕測試用試驗設備示意圖；
[0018]圖2為本實用新型【具體實施方式】中的文丘里管結構示意圖；
[0019]其中:1-水箱、2-水栗、3-進水管、4-出水管、5-文丘里管、51-管壁、52-移動構件、6-攪拌器、7-高速攝像機、8-取樣孔、9-回水管、10-第一流量調(diào)節(jié)閥、11-第二流量調(diào)節(jié)閥、12-第三流量調(diào)節(jié)閥、13-第一壓力表、14-第二壓力表、15-流量計、16-圓變方管、17-光源。
【具體實施方式】
[0020]為使本領域技術人員更好的理解本實用新型的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0021 ]如圖1，圖1為本實用新型【具體實施方式】的磨蝕測試用試驗設備示意圖。本實用新型提供的磨蝕測試用試驗設備包括水箱1、水栗2、進水管3、出水管4和文丘里管5。其中進水管3和出水管4的一端均與水箱I連接、而另一端均與文丘里管5連接，且進水管3和出水管4均與文丘里管5可拆卸的連接，而水栗2安裝在進水管3中。如水箱I中灌裝一定量的水、且水位高于淹沒進水管3和出水管4與水箱I連接的接口后，水栗2工作帶動水流在進水管3、文丘里管5和出水管4之間循環(huán)，并在文丘里管5的喉管和擴散段形成空化并產(chǎn)生空蝕。如在文丘里管5內(nèi)安裝待測試材料，就可進行待測試材料的空化空蝕測試。實際應用中，待測試材料可通過粘接方式安裝在文丘里管5內(nèi)，也可采用螺釘固定安裝在文丘里管5內(nèi)。
[0022]為進行待測試材料的磨蝕測試，進而獲取磨蝕測試的試驗機理，本實用新型中的文丘里管5的管壁51為透明材料制成的管壁51，水箱I內(nèi)具有攪拌器6;另外還包括用于拍攝文丘里管5中渾水空化狀態(tài)的高速攝像機7。在測試過程中，水箱I中具有諸如石英砂一類的磨料。在攪拌器6的攪拌作用下，石英砂處于懸浮狀態(tài)而循環(huán)水流為含沙水流。水栗2驅動含沙水流經(jīng)進水管3流入到文丘里管5而形成磨蝕。由于文丘里管5的管壁51為透明材料制成，高速攝像機7拍攝到文丘里管5內(nèi)的空化流場形態(tài)，結合待測試材料磨蝕后的形貌結果可用于磨蝕機理研究。
[0023]在本實用新型具體實施中，包括多個可更換安裝在管壁51內(nèi)的移動構件52，各移動構件52的結構并不相同。圖2為本實用新型【具體實施方式】中的文丘里管5結構示意圖，如圖2，可看出移動構件52采用螺釘固定連接的方式安裝在管壁51內(nèi)側，并可拆卸更換。由于各個移動構件52的結構并不相同，側壁和不同移動構件52結合形成實際形狀不同的文丘里管5，用于形成不同類型的空化流場，實現(xiàn)不同空化流場條件下的磨蝕機理研究。當然，在其他具體實施中，也可僅設置一個不可拆卸的文丘里管5。
[0024]在其他參數(shù)相同情況下，水流中含沙量不同可造成實際磨蝕程度和待測試材料表面形狀發(fā)生變化。為測量不同含沙量情況下的磨蝕情況，水箱I中的石英砂量可做相應調(diào)節(jié)。此外，在文丘里管5的出口，也就是出水管4側還具有抽取測試時水樣的取樣孔8，從取樣孔8取出的渾水含沙量代表了經(jīng)過文丘里管5的水流含沙量。當然，在其他具體實施中，也可不設置取樣孔8，而是以水箱I中被攪動水流的含沙量作為經(jīng)過文丘里管5的水流含沙量;但是這樣的數(shù)據(jù)可能并沒有真實反映實際發(fā)生磨蝕區(qū)域的含沙量。另外，從取樣孔8取樣最好采用周期取樣，在不取樣時將取樣孔8封閉。
[0025]根據(jù)原理分析，文丘里管5形成空化現(xiàn)象需要在喉管兩側具有一定的壓力差，也就是進水管3和出水管4之間具有一定的壓力差。為形成一定要求的壓力差，本實用新型具體實施中還包括與進水管3連通的回水管9;回水管9和進水管3通過三通連接，且三通的三通口位于水栗2的出水口側；另外，在進水管3、出水管4和回水管9分別設置第一流量調(diào)節(jié)閥
10、第二流量調(diào)節(jié)閥11和第三流量調(diào)節(jié)閥12，通過三個流量調(diào)節(jié)閥之間的相互配合實現(xiàn)文丘里管5流量的調(diào)節(jié)、進而實現(xiàn)兩側壓力的調(diào)節(jié)。為實現(xiàn)壓力差的反饋調(diào)節(jié)，在文丘里管5的兩側還具有第一壓力表13和第二壓力表14分別用于測試兩側的實際水壓，試驗人員可通過兩個壓力表的數(shù)值差反饋調(diào)節(jié)壓力差。此外，在出水管4還設置了流量計15，以獲取整個試驗實際經(jīng)過文丘里管5的水流量大小。
[0026]本實用新型中，為方便安裝移動構件52和方便拍攝文丘里管5內(nèi)的空化現(xiàn)象，文丘里管5的管壁51的截面為矩形;而實際使用中的進水管3和出水管4截面均為圓形，當圓形管直接連接文丘里管5的矩形側壁會造成流場突變而影響空化。為解決這一問題，在文丘里管5的兩側還具有用于過渡水流的圓轉方管。
[0027]另外，考慮到攝像中可能因內(nèi)部光線不足而無法完全捕捉文丘里管5內(nèi)的空化現(xiàn)象，本實用新型還設置了照射文丘里管5的光源17，實際使用中的光源17可為LED光源17，也可為其他類型的光源17。
[0028]本實用新型具體應用中采用的水栗2為離心栗；當然，在其他具體實施中也可采用諸如軸流栗等類型的水栗2。此外，本實用新型具體應用中采用的水箱I可為開式水箱I，也可采用閉式水箱I。
[0029]下面對采用本實用新型中試驗設備進行磨蝕試驗的具體步驟做分析:
[0030]首先，將不同材質(zhì)的待測試材料固定安裝在文丘里管5的移動構件52的頂部(即移動構件52的喉管和擴散段)；
[0031]其次，運轉離心栗使清水通過文丘里管5，并調(diào)節(jié)各個流量調(diào)節(jié)閥，使得文丘里管5的進出口形成一定的壓力差、以在喉部和擴散段形成空化;利用高速攝像機7記錄清水的空化形態(tài);運行一定時間后，取出待測試材料；
[0032]再次，更換待測試材料，在水箱I內(nèi)加入一定的石英砂，啟動攪拌器6使得石英砂與水混合均勻后運轉離心栗，并調(diào)節(jié)各個流量調(diào)節(jié)閥使得文丘里管5形成如前步驟設定的壓力差，利用高速攝像機7拍攝渾水空化狀態(tài)并按照設定周期通過取樣孔8取出渾水;待運行一定時間后取出待測試材料；
[0033]最后，結合高速攝像相機拍攝影像和前述步驟中的不同待測試材料進行比對分析。
[0034]以上本實用新型實施例中的磨蝕測試用試驗設備進行了詳細介紹。本文應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的核心思想，在不脫離本實用新型原理的情況下，還可對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種磨蝕測試用試驗設備，其特征在于:包括水箱(I)、水栗(2)、進水管(3)、出水管(4)和固定待測試材料的文丘里管(5);所述水箱(I)內(nèi)具有攪拌器(6);所述進水管(3)和所述出水管(4)均與所述水箱(I)連通;所述水栗(2)安裝在所述進水管(3)管路中；所述文丘里管(5)可拆卸地安裝在所述進水管(3)和所述出水管(4)間;所述文丘里管(5)的管壁(51)為透明的管壁(51);還包括用于拍攝所述文丘里管(5)中空化狀態(tài)的高速攝像機(7)。2.根據(jù)權利要求1所述的磨蝕測試用試驗設備，其特征在于:包括多個可更換地安裝在所述管壁(51)上的移動構件(52);各個所述移動構件(52)結構不同；各個所述移動構件(52)與所述管壁(51)配合形成不同形狀的所述文丘里管(5)。3.根據(jù)權利要求2所述的磨蝕測試用試驗設備，其特征在于:所述出水管(4)還具有抽取測試時水流的取樣孔(8)。4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的磨蝕測試用試驗設備，其特征在于:還包括兩端分別與所述進水管(3)和所述水箱(I)連通的回水管(9);所述回水管(9)與所述進水管(3)連接的三通口位于所述水栗(2)的出水口側;所述三通口與所述文丘里管(5)間具有第一流量調(diào)節(jié)閥(10);所述出水管(4)具有第二流量調(diào)節(jié)閥(11);所述回水管(9)具有第三流量調(diào)節(jié)閥(⑵。5.根據(jù)權利要求4所述的磨蝕測試用試驗設備，其特征在于:還包括位于所述第一流量調(diào)節(jié)閥(10)和所述文丘里管(5)間的第一壓力表(13)、位于所述文丘里管(5)和所述取樣孔(8)之間的第二壓力表(14)。6.根據(jù)權利要求5所述的磨蝕測試用試驗設備，其特征在于:所述出水管(4)中還具有流量計(15)。7.根據(jù)權利要求6所述的磨蝕測試用試驗設備，其特征在于:所述文丘里管(5)的截面為矩形;所述進水管(3)和所述出水管(4)的截面為圓形;還包括使所述文丘里管(5)分別與所述進水管(3)和所述出水管(4)連通的圓變方管(16)。8.根據(jù)權利要求7所述的磨蝕測試用試驗設備，其特征在于:還包括用于照射所述文丘里管(5)的光源(17)。9.根據(jù)權利要求8所述的磨蝕測試用試驗設備，其特征在于:所述水栗(2)為離心栗。
【文檔編號】G01N3/56GK205538524SQ201620111106
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月3日
【發(fā)明人】趙琴
【申請人】西華大學