CN102735560A - 一种恒压水射流空蚀试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒压水射流空蚀试验装置，包括回水箱、恒压变频供水设备、压力罐、底座、底板、射流室、喷嘴固定管、射流喷嘴、硅胶平垫密封圈、透明有机玻璃板、压紧顶板、试样、试样固定管和排水法兰，所述射流室上端面安装有透明有机玻璃板，透明有机玻璃板上设有压紧顶板，射流室下端面安装有底板，底板安装在底座上，所述喷嘴固定管及试样固定管均安装于射流室管壁上，所述射流喷嘴设在喷嘴固定管上，所述试样设在试样固定管上，试样与射流喷嘴的位置相向正对应，所述射流喷嘴与恒压变频供水设备及隔膜压力罐相通。本发明射流试验装置结构紧凑合理，试样拆卸灵活简便，通过调节射流速度和射流距离，能对多组试样材料进行不同空蚀度的试验，通用性强。
Description
技术领域
本发明属于流体机械中的空蚀技术领域，具体涉及一种用于材料抗空蚀性能试验的恒压水射流空蚀装置，能实现不同的射流速度和射流距离时，对多组试样材料进行空蚀试验。
背景技术
空蚀是指空泡溃灭形成冲击波或微射流, 冲击壁面造成材料损坏的过程。当前，随着舰船、水轮机、高速轴承、流体泵、螺旋桨等流体机械产品不断向高速、大功率方向发展，微射流空蚀问题变得更加突出，这些都对材料的抗空蚀性能提出了更高要求,抗空蚀材料研究及应用成为关键。
国际上公认的用于小试样材料的抗空蚀性能试验的装置包括文丘里管空蚀装置、振动空蚀装置、旋转圆盘空蚀装置、空化隧洞试验装置等。其中，文丘里管空蚀装置与空化隧洞试验装置主要用于模拟管道内流体对材料的空蚀破坏，而相比之下，旋转圆盘空蚀装置与振动空蚀装置的应用更为普遍，分别用于模拟高速旋转流体机械和高频振动工况下空蚀破坏过程；对于旋转圆盘空蚀装置，又分为立式和卧式两种，都是在圆盘上特定的径向位置设置凹槽或安装凸起物作为气泡的产生源，并在空蚀位置安装标准试样，通过控制圆盘在水中的转速模拟空蚀过程，此装置操作简单方便，然而高速旋转时易产生剧烈颤振和大的旋转离心力，无法进行高流速的材料空蚀试验；对于振动空蚀装置，美国材料工程学会已专门制订ASTM G32标准，但是，该装置也只能模拟高频压力脉动造成的空蚀破坏。而且，对于性能优异的陶瓷材料，旋转圆盘空蚀装置与振动空蚀装置的空蚀率都很低，不能即时的对陶瓷材料的抗空蚀性能做出评价。
20世纪末，一种喷射冲击试验方法已经被提出，即用高速液流垂直喷射试样表面，该方法周期短，流速高，见效快。目前，国内一些专利已经涉及到这种射流空蚀试验装置：CN1900685A专利公开高速含沙水流水利工程材料的抗冲耐磨试验装置，CN101451940A公开多功能液下喷射式空蚀试验装置，用于模拟不同深度海水环境中材料的空蚀和冲蚀试验；CN101806691A与CN2672646Y均采用带升降装置的立式射流结构，对材料的抗空蚀性能进行试验。以上专利存在如下缺陷：1）多用压力控制阀来调节泵的供给压力，调节精度差，易造成喷嘴射流区的压力脉动，对空化数的表征不够精确；2）未提及射流喷嘴材料，而普通的不锈钢喷嘴射流空蚀时寿命短；3）不能一次对多组试样进行空蚀试验，效率低；4）前两个专利主要模拟海水或含沙水的冲蚀过程，装置的通用性不强，后两个专利使用升降装置调节喷嘴与试样的距离，使得结构过于复杂。
发明内容
本发明克服了上述试验装置存在的缺陷，提供了一种简单通用的恒压水射流空蚀试验装置，该装置由恒压变频供水设备提供高压水，由隔膜压力罐消除压力脉动，利用陶瓷材料的小孔射流喷嘴产生高冲击力、长距离的高速射流（由“滴水穿石”原理，当射流冲击试样表面时容易造成射流空蚀破坏），并且通过变频水泵控制喷嘴射流速度以及通过螺纹副调节射流距离，能对多组材料进行不同空蚀度的空蚀试验。
本发明采用的技术方案为：一种恒压水射流空蚀试验装置，包括回水箱、供水设备、压力罐、底座、底板、射流室、喷嘴固定管、射流喷嘴、硅胶平垫密封圈、透明有机玻璃板、压紧顶板、试样、试样固定管和排水法兰，所述射流室上端面安装有透明有机玻璃板，透明有机玻璃板上设有压紧顶板，射流室下端面安装有底板，底板安装在底座上，所述喷嘴固定管及试样固定管均安装于射流室管壁上，所述射流喷嘴设在喷嘴固定管上，所述试样设在试样固定管上，试样与射流喷嘴的位置相向正对应，所述射流喷嘴与供水设备相通，所述射流室通过硅胶平垫密封圈进行整体密封，所述底板下方安装有排水法兰，排水法兰连通回水箱，回水箱连通所述供水设备，供水设备又分别与压力罐及喷嘴固定管连接。
作为优选，所述供水设备为恒压变频供水设备，可以在额定压力范围内，任意调节供水压力以实现不同的水射流速度，能进行不同空蚀度的试验研究。
作为优选，所述压力罐为不锈钢外壳的隔膜式压力罐，可以有效消除喷嘴射流区的压力脉动，以精确表征空蚀区域的空化条件。
作为优选，所述喷嘴固定管及试样固定管均采用螺纹副安装于射流室内，试样固定管上安装有手轮，通过手轮驱动螺纹副旋转调节射流喷嘴与试样之间的水平距离，以进行不同程度的空蚀破坏试验。
作为优选，所述射流喷嘴为陶瓷射流实心锥型喷嘴，寿命长，能产生高速、高冲击力的锥形射流区域。
作为优选，所述射流室内安装有多组射流喷嘴，各个射流喷嘴之间通过隔板分隔，分别在其正对面安装对应的试样材料，能够一次对多组试样进行射流空蚀试验以提高效率。
本发明装置空蚀室密封良好，排水顺畅，无漏水现象，试验中喷嘴孔口形成的锥形射流冲击试样表面，造成圆形的空蚀破坏区域，采用测温仪定时测量射流空蚀工况下射流入口及出口水的温升，并采用压力表和流量表测量供给水路中的流量和压力，从而获得喷嘴的射流速度，试验毕后，取出试样，采用扫描电镜方式，测量试样表面的空蚀形貌。
有益效果：本发明射流试验装置结构紧凑合理，试样拆卸灵活简便；通过调节射流速度和射流距离，能对多组试样材料进行不同空蚀度的试验，通用性强；与传统的旋转圆盘空蚀装置及振动空蚀装置相比，本发明装置周期短，流速高，更容易在短时间内对材料的抗空蚀性能进行评价。
附图说明
图1为本发明试验装置的结构示意图；
图2为图1的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1和2所示：一种恒压水射流空蚀试验装置，恒压变频供水设备2为两台立式泵的供水设备2DRL2-22，连接隔膜压力罐14，分两路分别与两个射流喷嘴8连通，之间设有隔板17，射流喷嘴8采用2012GG系列SiC陶瓷材料的射流实心锥型喷嘴，喷嘴孔径为0.8-2mm，喷嘴采用G1/8的密封管螺纹，安装于左右两个喷嘴固定管7上，而喷嘴固定管7及试样固定管13均采用细牙螺纹副安装于射流室6管壁上，试样固定管13上安装有手轮16，射流室6采用规格为232X17的铝管型材，上端面安装有透明有机玻璃板10和压紧顶板11，下端面安装有底板5，底板5安装在底座3上，通过双头螺柱、螺母压紧硅胶平垫密封圈9对整个射流室6进行密封，底板5的下方安装有排水法兰19，连通回水箱1及恒压变频供水设备2。
空蚀试验时，预先通过恒压变频供水设备2设定供水压力，启动水泵后，回水箱1中的水被吸入恒压变频供水设备2及压力罐14，然后以恒定的压力分别泵入两个喷嘴固定管7及两个射流喷嘴8，在密封的射流室6形成两股高速射流，分别冲击安装在两个试样固定管13上的两个试样12，试验过程中的，可以透过透明有机玻璃板10监控射流室6内部的射流空蚀状况，冲蚀完毕后的水经过排水法兰19流回回水箱1，并又被吸入恒压变频供水设备2实现水资源的循环利用，试验完毕后关闭水泵，打开顶部压紧顶板11以取出或更换试样12。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (6)
1.一种恒压水射流空蚀试验装置，其特征在于：包括回水箱、供水设备、压力罐、底座、底板、射流室、喷嘴固定管、射流喷嘴、硅胶平垫密封圈、透明有机玻璃板、压紧顶板、试样、试样固定管和排水法兰，所述射流室上端面安装有透明有机玻璃板，透明有机玻璃板上设有压紧顶板，射流室下端面安装有底板，底板安装在底座上，所述喷嘴固定管及试样固定管均安装于射流室管壁上，所述射流喷嘴设在喷嘴固定管上，所述试样设在试样固定管上，试样与射流喷嘴的位置相向正对应，所述射流喷嘴与供水设备及压力罐相通，所述射流室通过硅胶平垫密封圈进行整体密封，所述底板下方安装有排水法兰，排水法兰连通回水箱，回水箱连通所述供水设备。
2.根据权利要求1所述的一种恒压水射流空蚀试验装置，其特征在于：所述供水设备为可调节射流速度的恒压变频供水设备。
3.根据权利要求1所述的一种恒压水射流空蚀试验装置，其特征在于：所述压力罐为可消除喷嘴射流区的压力脉动的不锈钢外壳的隔膜式压力罐。
4.根据权利要求1所述的一种恒压水射流空蚀试验装置，其特征在于：所述喷嘴固定管及试样固定管均采用螺纹副安装于射流室内，试样固定管上安装有手轮。
5.根据权利要求1所述的一种恒压水射流空蚀试验装置，其特征在于：所述射流喷嘴为陶瓷射流实心锥型喷嘴。
6.根据权利要求1所述的一种恒压水射流空蚀试验装置，其特征在于：所述射流室内安装有多组射流喷嘴，各个射流喷嘴之间通过隔板分隔。
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