CN101149321B - 液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机 - Google Patents

Abstract

提出的液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机，它将内缸套2同轴地置于外缸套1内，磁致伸缩换能器3穿过外缸套1和内缸套2，磁致伸缩换能器3一端的变幅杆4上安装气蚀试样22的端头伸入卧式水缸，卧式水缸的水平轴线上装一根空心主轴5，空心主轴5的一端与主轴6连接，另一端装冲蚀试样盘20。可提供液-固二相流冲蚀条件和气蚀条件。

Description

液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机

技术领域

本发明涉及摩擦磨损试验设备，特别涉及液-固二相流冲蚀磨损试验设备与气蚀试验设备。

背景技术

在含泥沙的水环境中工作的机器或机械中的过流部件，例如，水轮机叶轮、水泵的过流部件、输水管线等，通常遭遇的是液-固二相流冲蚀和气蚀两种磨损过程耦合的损伤工况。目前普遍采用的分别孤立地研究液-固二相流冲蚀磨损和气蚀的方式，无法揭示材料在液-固二相流冲蚀与气蚀两种磨损过程耦合工况下的损伤行为。因此，摩擦学界和工程界要求设计出一种液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机。

发明的内容

本发明提出了一种液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机，它将内缸套2同轴地置于外缸套1内，磁致伸缩换能器3穿过外缸套1和内缸套2，磁致伸缩换能器3一端的变幅杆4上安装气蚀试样22的端头伸入卧式水缸，卧式水缸的水平轴线上装一根空心主轴5，空心主轴5的一端与主轴6连接，另一端装冲蚀试样盘20.

图1中，由外缸套1和内缸套2共同组成夹层结构的卧式水缸，夹层中可通过循环冷却水进口17和循环冷却水出口18，通入循环流动的冷却水，对试验过程中产生的热量进行冷却。卧式水缸中的试验水是通过试验水的进口15泵入的。排出试验水时，通过试验水的溢水和排水口16用泵抽出。试验用的砂粒可预先盛入内缸套2内。

一个磁致伸缩换能器3穿过外缸套1和内缸套2，被垂直安装在卧式水缸上，磁致伸缩换能器3的一端是变幅杆4，变幅杆4上用于安装气蚀试样22的端头伸入到卧式水缸内，使所安装的气蚀试样22能浸没在装入卧式水缸的水中。由于磁致伸缩换能器3产生的磁致伸缩效应，使变幅杆4产生与交变电流频率相同的交变伸缩，当交变电流的频率与磁致伸缩换能器3的固有频率一致时，安装着气蚀试样22的变幅杆4的端面振动最强烈，向水中辐射出超声波，使水中产生超声振动，从而提供气蚀条件，使气蚀试样22受到气蚀磨损。

卧式水缸同时又是容纳液-固二相(水+砂粒)介质的容器。在卧式水缸的水平轴线上安装了一根空心主轴5，空心主轴5的一端与主轴6连接，另一端装配冲蚀试样转盘20。若干个冲蚀试样21被安装在冲蚀试样转盘20上。当空心主轴5随着主轴6旋转起来后，一同旋转起来的冲蚀试样转盘20产生搅水作用，提供液-固二相(水+砂粒)流的冲蚀条件，使冲蚀试样21受到冲蚀磨损。

通过控制，可使作用于试样22的气蚀磨损过程和作用于试样21的冲蚀磨损过程分别单独进行，这时进行的是无交互作用的各自独立的气蚀磨损试验(对于气蚀试样22)和冲蚀磨损试验(对于冲蚀试样21)。

如果在冲蚀试样转盘20旋转产生搅水作用的状况下进行气蚀磨损试验，这时对于气蚀试样22进行的是有冲蚀和气蚀交互作用的冲蚀与气蚀复合磨损试验。在进行这类试验时，冲蚀试样转盘20上可不安装冲蚀试样21。

主轴6带动空心主轴5进而带动冲蚀试样转盘20旋转的动力由电机19提供。电机19的输出轴的轴心线、主轴6的轴心线以及空心主轴5的轴心线相互重合。在电机19的输出轴上安装一个磁外转子9，在主轴6上安装一个磁内转子7，在磁外转子9和磁内转子7之间用一个非磁性材料制成的卧式杯形隔离套8将它们彼此隔开。隔离套8的圆周壁与其侧壁为一整体，隔离套8的开口一侧通过静密封环12与外缸套1后壁上相应的孔位连接，从而将磁内转子7完全封闭在由外缸套1和隔离套8构成的连通空间内。于是，磁外转子9、磁内转子7和隔离套8共同构成一个磁力联轴器，能够借助于磁场将电机19的旋转力矩传递给主轴6。

当内缸套2中充满水时，水也同时充满隔离套8的空腔。为了不使带有砂粒的液-固二相(水+砂粒)流对主轴6的滑动轴承10发生磨损作用，采用一种背压水系统。通过背压水进口13和与之相连的滑动轴承座11上的背压水连通管14，将一股压力高于内缸套2中水压(一个大气压)的清水引入隔离套8的空腔，使隔离套8的水压高于内缸套2的水压，让这股带有压力的清水从隔离套8的空腔透过装在滑动轴承座11上的滑动轴承10的间隙渗入到内缸套2内，这股带有压力的清水的固定流动，能够起到阻止带有砂粒的液-固二相(水+砂粒)流进入滑动轴承10的间隙中，从而发挥保护主轴的滑动轴承的作用。这股容量不大的带有压力的清水进入内缸套2内后，会使内缸套2内的总水量略有增加，增加的水量可通过试验水的溢水和排水口16，自动溢出。

由外缸套1和内缸套2共同组成夹层结构的卧式水缸以及电机19都被安装在机架23上。

本发明具有如下有益效果：

1.将液-固二相流冲蚀与气蚀两种类型的磨损试验手段有效地复合在一台试验机上，提供在液-固二相流冲蚀和气蚀两种磨损过程耦合情况下研究材料损伤行为的试验手段。

2.采用磁力联轴器的结构，取消了转动中的动密封结构，实现了无泄漏设计，彻底解决了液体介质中磨损试验普遍存在的介质泄漏问题。

3.采用背压水系统的结构，能对主轴的滑动轴承起保护作用，解决了液-固二相流冲蚀试验装置中普遍存在的带有砂粒的液-固二相(水+砂粒)流对主轴的滑动轴承发生磨损作用，导致试验装置经常需要更换滑动轴承的问题。

4.根据本发明制造出的液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机的实际使用效果已证实，本发明能可靠地提供一种在液-固二相流冲蚀和气蚀两种磨损过程耦合情况下研究材料损伤行为的试验手段。

附图说明

图1液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机的原理示意图。

1-外缸套，2-内缸套，3-磁致伸缩换能器，4-变幅杆，5-空心主轴，6-主轴，7-磁内转子，8-隔离套，9-磁外转子，10-滑动轴承，11-滑动轴承座，12-静密封环，13-背压水进口，14-背压水连通管，15-试验水的进口，16-试验水的溢水和排水口，17-循环冷却水进口，18-循环冷却水出口，19-电机，20-冲蚀试样转盘，21-冲蚀试样，22-气蚀试样，23-机架。

具体实施方式

将内缸套2同轴地置于外缸套1内，磁致伸缩换能器3穿过外缸套1和内缸套2，磁致伸缩换能器3一端的变幅杆4上安装气蚀试样22的端头伸入卧式水缸，卧式水缸的水平轴线上装一根空心主轴5，空心主轴5的一端与主轴6连接，另一端装冲蚀试样盘20。电机19的输出轴的轴心线、主轴6的轴心线以及空心主轴5的轴心线相互重合。在电机19的输出轴上安装一个磁外转子9，在主轴6上安装一个磁内转子7，在磁外转子9和磁内转子7之间用一个非磁性材料制成的卧式杯形隔离套8将它们彼此隔开。通过背压水进口13和与之相连的滑动轴承座11上的背压水连通管14，使隔离套8的空腔与外部的一台水泵接通。

Claims (2)

1.一种液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机，其特征在于内缸套(2)同轴地置于外缸套(1)内，磁致伸缩换能器(3)穿过外缸套(1)和内缸套(2)，磁致伸缩换能器(3)一端的变幅杆(4)上安装气蚀试样(22)的端头伸入卧式水缸，卧式水缸的水平轴线上装一根空心主轴(5)，空心主轴(5)的一端与主轴(6)连接，另一端装冲蚀试样盘(20)。

2.根据权利要求1的一种液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机，其特征在于一台电机(19)的输出轴上安装磁外转子(9)，一根主轴(6)上安装磁内转子(7)，在磁外转子(9)和磁内转子(7)之间装隔离套(8)。

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