CN102116723A - 一种研究涂层抗汽蚀性能的实验装置 - Google Patents

一种研究涂层抗汽蚀性能的实验装置 Download PDF

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杨胶溪
丁啸
雷丽
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Abstract

一种应用于研究涂层抗汽蚀性能的实验装置：在密闭的箱体里，具有高温高压性质的液滴与高速旋转的试样撞击，模拟叶片汽蚀现象。以直流电机为原动力，通过齿轮加速器加快转速，带动装有试样的转盘高速旋转，水射流通过感应圈加热后从喷嘴射出，与试样产生轴向撞击；安装的排水系统抽真空系统以及测湿系统，可以保证实验在近似于实际工作环境下正常持续的进行。本发明可以研究在高温高压湿蒸汽的工作环境下，试样表面涂层的形态及金相组织的变化，为研究涂层抗汽蚀性能提供基础的实验数据。

Description

一种研究涂层抗汽蚀性能的实验装置
技术领域
本发明涉及材料抗汽蚀性能研究，具体涉及一种研究涂层抗汽蚀性能的实验装置。
背景技术
汽轮机作为一种常见的动力机械，广泛的应用于电力、舰艇、航空工业等领域。其运行的稳定性和工作寿命很大程度上取决于其叶片的可靠与否。叶片的工作环境比较恶劣，要长时间承受高速气流和液滴的冲击。在汽蚀和疲劳的共同作用下，叶片表面材料损伤并剥离，当损伤到一定程度后整个叶片报废，需进行及时更换。叶片的造价很高，对局部冲蚀损坏的叶片如能进行修复后再重新应用，无疑将大大节省生产成本。目前，国内外不少研究学者都在这一领域进行了实验探索，提出了钎焊、氩弧焊、热喷涂、电火花和激光熔覆等不同的叶片修复方法。其中，激光熔覆因具有自动化程度高，容易编程控制以及修复层与叶片基体能实现冶金结合等特点是目前叶片修复中最先进的一种方法，因此对于汽轮机叶片激光熔覆层及对其他涂层的抗汽蚀性能的研究有十分重要的意义。
而目前能够研究材料抗汽蚀性能研究的相应设备很少，人们在选择高温高压湿蒸汽环境下使用的材料，一般依靠常规实验装置静态或低流速或依靠经验，这样有可能由于选材不当造成材料很快的失效，造成经济损失，甚至还会导致人身事故。因此发明一种能够尽量模拟实际生产中的汽蚀过程，从而实现在实验室进行试验研究并进行性能的评估的实验装置对于处于工业环境条件下材料的抗汽蚀性能研究有重要的意义。
发明内容
本发明目的就是提供一种能够模拟材料在实际工作条件中处于高温高压湿蒸汽环境的汽蚀实验装备，从而对涂层抗汽蚀性做出评估的实验装置。
本发明具有如下优点：
由于本发明所采用的喷嘴设有进气口，进水口和加热感应圈并且气流量，水流量以及加热温度皆可控，能保证射出的水流满足实验所需的条件；能同时对多种材料的抗汽蚀性能进行评估；另外本发明成本低，易于推广。
本发明包括：包括控制柜1以及与控制柜1相连的直流电机2，直流电机固定在箱体12外壁上，直流电机2的输出端位于箱体12内部，齿轮加速器16与刚性联轴器3，4相连，通过轴5与转盘7固定连接，轴5通过两个滑动轴承座6固定，滑动轴承座6通过固定在箱体12上的支撑板9支撑，转盘7上安有试样8，转盘7上部有防护罩15防止水流四溅，防护罩15上还安有喷嘴10，该喷嘴10与试样8位置相对应，喷嘴10处安有加热感应圈22，箱体12与抽气真空泵18相连通，通过调节阀24控制，另外箱体12与测湿器17相连通，测湿器17可测量箱体里德湿度，通过调节阀23控制，箱体12的下端安装排水泵11，通过调节阀26调节。
所述的喷嘴10上设有进气口Q1，进水口Q2，进水口Q2与给水泵19相连，给水泵可对水流量进行控制，进水口位于喷嘴10的尾部；进气口Q1与喷嘴10的轴线形成的夹角成30～60度，与空气压缩机14相连，空气压缩机14可对进气量进行控制；喷嘴10的头部装有加热感应圈22，加热感应圈22可对水流温度进行控制，保证射出的水流能达到实验所需的要求。
所述的试样8基体材料为叶片常用材料，宽度为20～40mm，长度40～80mm，厚度5～15mm，试样上部距离边缘10～20mm处有长度为20～40mm，宽度为10～20mm，厚度为0.5～3mm的涂层。喷嘴10与涂层跟基体的分界线相对齐，试样(8)4～16个，对称安装于转盘7上。
所述的转盘7直径150～300mm，厚度10～30mm。在圆盘7的外缘出有长度20～40mm，宽度5～15mm，深20～60mm的凹槽，凹槽在距离转盘7外径5～15mm处有直径为4～10mm的通孔，凹槽的个数为4～16个，保证能同时进行多个试样抗汽蚀性能的研究。
本发明通过在密闭的箱体里，试样高速旋转与液滴撞击，模拟汽轮机叶片的工作环境，研究涂层表面形态的变化，为涂层抗汽蚀性能的评估提供基础的实验数据。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明中试样8的三视图。
图3是本发明中转盘7的两视图。
图4是本发明中喷嘴10的示意图
图中：1.控制柜，2.直流电机，3.联轴器，4.联轴器，5.轴承，6.滑动轴承座，7.转盘，8.试样，9.支撑板，10.喷嘴，11.排水阀，12.箱体，13.控制阀，14.空气压缩机，15.防护罩，16.齿轮加速器，17.测湿器，18.抽气真空泵，19.给水泵，20.水箱，21.温度计，22.加热感应圈，23.调节阀，24.调节阀，25.调节阀，26.调节阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理做进一步详细说明：
参见图1，包括控制柜1以及与控制柜相连的直流电机2，直流电机2作为原动机位于箱体外壁，由控制柜1控制其转速，启停。直流电机2的输出端位于箱体内部，直流电机2输出端通过刚性联轴器3与齿轮加速器16相连，齿轮加速器16再与另一个刚性联轴器4相连，通过轴承5带动转盘7转动，轴承5由两滑动轴承座6固定，滑动轴承座6通过固定在箱体12的支撑板9支撑，试样8为基材是叶片常用材料，试样为宽度30mm，长度60mm，厚度10mm的薄板，试样为12个，对称安装在转盘7之上。转盘7为直径200mm，厚度20mm的圆盘。在圆盘7的外缘出有长度30mm，宽度10mm，深20mm的凹槽，凹槽的个数为12个，凹槽在距离转盘7外径10mm处有直径为6mm的通孔。可以通过通孔对试样进行固定，保证试样8在高速旋转的情况下不会飞出转盘7。转盘7上部有防护罩15防止水流四溅，同时防护罩15上安有喷嘴10，该喷嘴10与试样8位置相对应，喷嘴10处安有加热感应圈22，对水流进行加热到85℃以上，同时喷嘴10与给水泵19相连，喷嘴10与给水泵19之间还安有控制阀13，控制阀13由控制柜1控制，喷嘴10与空气压缩机14相连，箱体内的压力为0.55mpa在给水泵19和水箱20之间还设有调节阀25和温度计21，水箱20一端与排水泵11相连，构成一个循环系统。箱体12还通过真空调节阀24与抽气真空泵18相连通，且箱体12还通过测湿调节阀23与测湿器17相连，在需要时测量箱体12内的湿度在箱体12的下端安装排水泵11箱体12与排水泵11之间设有排水控制阀26。
实验前试样8要用丙酮将表面油脂清洗干净，做实验时先打开抽气真空泵18前的真空调节阀24，打开测湿器17前面的测湿调节阀23。然后启动抽气真空泵18对箱体12进行抽真空，同时启动给水泵19给水，启动感应圈22进行加热，启动测湿器17对箱体12内的湿度进行检测。当箱体12内达到一定的真空度，并且水滴汽化，关闭抽气真空泵18前面的真空调节阀24，停止运行抽气真空泵18。通过直流电机控制柜1启动直流电机2，直流电机2通过与齿轮加速器16相连的联轴器4带动转盘7转动，当转盘7转速稳定后打开给水泵19和控制阀25，实验开始进行，当箱体12水位到达一定高度时依次打开排水控制阀26，排水泵11进行排水。
在实验进行期间可随时取下试样8观察其表面形态和汽蚀效果。
本发明选用的直流电动机2额定转速为1300rpm，不能达到汽轮机叶片正常工作环境下的转速，因此加一个齿轮加速器16来提高转速，齿轮加速器的速比为4，能够满足实验所需的条件。而箱体12在实验前进行抽真空为了减小由于轮圆盘旋转与空气摩擦所消耗的电机功率，这样就可以选取相对功率较小的电机，增加了安全性。水滴的产生由给水泵19供给，给水泵19前面的给水控制阀25是为了维持管路水压的稳定并且通过控制阀13测定压力，给水泵前面的温度计21是对管路水温进行检测，测湿器17的作用是测定箱体内的湿度。随着实验的不断进行，箱体12的水位会越来越高，需要排水泵11将水抽走一部分，排水泵11前面的调节阀26是防止排水泵11停止运行时水倒流入箱内。
实验中可以通过本发明来模拟汽轮机末级叶片近似的工作环境，试样高速旋转与液滴撞击，研究涂层被汽蚀的渐变过程，得到在相同环境下，不同涂层的试样表面形态的不同变化，对比得出不同涂层抗汽蚀性能的优劣，为材料抗汽蚀性能的评估提供基础的实验数据。

Claims (3)

1.一种研究涂层抗汽蚀性能的实验装置，其特征在于：包括控制柜(1)以及与控制柜(1)相连的直流电机(2)，直流电机(2)固定在箱体(12)外壁上，直流电机(2)的输出端位于箱体(12)内部，直流电机(2)的输出端通过刚性联轴器(3)与齿轮加速器(16)相连，齿轮加速器(16)的另一端通过刚性联轴器(4)与轴(5)相连，轴(5)的末端固定连接有转盘(7)，轴(5)通过两端的两个滑动轴承座(6)固定，滑动轴承座(6)通过固定在箱体(12)上的支撑板(9)支撑，转盘(7)上安有用于安装试样(8)的凹槽，转盘(7)上部有防止水流四溅的防护罩(15)，防护罩(15)上与试样(8)相对的位置还安装有喷嘴(10)，喷嘴(10)处安有加热感应圈(22)，箱体(12)与抽气真空泵(18)相连通，通过调节阀(24)控制，另外箱体(12)与测湿器(17)相连通，通过调节阀(23)控制，箱体(12)的下端安装排水泵(11)，通过调节阀(26)调节；
所述的喷嘴(10)上设有进气口Q1，进水口Q2，进水口Q2与给水泵(19)相连，给水泵(19)可对水流量进行控制，进水口Q2位于喷嘴(10)的尾部；进气口Q1与喷嘴(10)的轴线形成的夹角成30～60度，与空气压缩机(14)相连，空气压缩机(14)可对进气量进行控制；喷嘴(10)的头部装有加热感应圈(22)，加热感应圈(22)可对水流温度进行控制，保证射出的水流能达到实验所需的要求；
给水泵(19)、排水泵(11)均与水箱(20)相连，给水泵(19)与水箱(20)之间还连接有调节阀(25)和温度计(21)。
2.根据权利要求1所述的涂层抗汽蚀性能的实验装置其特征在于：所述转盘(7)的直径为150～300mm，厚度10～30mm；所述凹槽位于圆盘(7)的外缘，其长20～40mm，宽5～15mm，深20～60mm，凹槽在距离转盘(7)外径5～15mm处有直径为4～10mm的通孔，凹槽的个数为4～16个，保证能同时进行多个试样抗汽蚀性能的研究。
3.根据权利要求1所述的研究涂层抗汽蚀性能的实验装置其特征在于：所述的试样(8)基体材料为汽轮机叶片常用材料，宽度为20～40mm，长度40～80mm，厚度5～15mm，试样上部距离边缘10～20mm处有长度为20～40mm，宽度为10～20mm，厚度为0.5～3mm的涂层；喷嘴(10)与涂层跟基体的分界线相对齐，可对比基体与涂层的抗汽蚀性能，试样(8)数量为4～16个，对称安装于转盘(7)上。
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