CN105758754B - 一种空蚀磨蚀实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空蚀磨蚀实验装置，在线混合器的喉管处对称装有掺气管和掺沙管，掺气管上装有调节阀门Ⅰ和流量计Ⅰ，掺沙管上装有调节阀门Ⅱ和流量计Ⅱ，在线混合器的后端依次连接有直管道Ⅰ和可视化空化发生实验段，可视化空化发生实验段通过直管道Ⅱ与气沙分离器连通，所述含沙水箱与气沙分离器的排沙口相连，搅拌装置设置在含沙水箱上，含沙水箱底端与在线混合器的掺沙管连通。本发明结构简单，易于拆装，在实验过程中不仅容易观察试件表面的空蚀磨蚀情况，方便控制掺沙、掺气量，料浆混合均匀，而且实验结果准确，同时空间占用率小，加工成本低廉。

Description

一种空蚀磨蚀实验装置
技术领域
本发明涉及一种实验装置，具体是一种空蚀磨蚀实验装置。
背景技术
空蚀是流体在高速流动和压力变化条件下，与流体接触的金属表面上发生洞穴状腐蚀破坏的现象。空蚀会使金属材料发生破坏，影响部件的正常工作。磨蚀是材料在腐蚀和磨耗的综合作用下所产生的破坏现象，当流体中含有固体粒子时磨蚀更为严重。当流体机械中同时存在空蚀与磨蚀时，空蚀与磨蚀联合作用将大大加速金属部件的腐蚀，降低其寿命。空蚀破坏会使零件表面凹凸不平，而磨蚀沙粒的存在会削去蚀坑突起部分，磨蚀产生的沟槽等形貌更易产生空蚀，空蚀与磨蚀相互促进。因此，对于空蚀与磨蚀的研究对正确指导选材和进行耐磨蚀工艺的研究具有重要意义。
常见的空蚀磨蚀实验装置主要有三种，旋转式、喷射式、管流式。旋转式实验装置，设备简单廉价，但在低转速高浓度工作时，料浆浓度不均匀，且掺沙难度大、掺沙量不容易控制；喷射式实验装置的试验周期短，浆体速度易控制，但铺展效应导致的实际冲角误差大，实验中掺的沙或气体不能与液体均匀混合，影响实验结果；管流式实验装置能较好地模拟管道冲蚀的实际工况,方便控制掺沙与掺气量,实验结果准确,但该装置占据空间大。
发明内容
本发明的目的是提供一种空蚀磨蚀实验装置，本装置结构简单，易于拆装，在实验过程中不仅容易观察试件表面的空蚀磨蚀情况，方便控制掺沙、掺气量，料浆混合均匀，而且使用该装置试验周期短，实验结果准确，同时空间占用率小，加工成本低廉。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种空蚀磨蚀实验装置，包括在线混合器、可视化空化发生实验段、气沙分离器、含沙水箱和搅拌装置，在线混合器的喉管处对称装有掺气管和掺沙管，掺气管上装有调节阀门Ⅰ和流量计Ⅰ，掺沙管上装有调节阀门Ⅱ和流量计Ⅱ，在线混合器的后端依次连通直管道Ⅰ和整流格栅，整流格栅与可视化空化发生实验段连接，可视化空化发生实验段连接有流量计Ⅲ，可视化空化发生实验段的后端通过直管道Ⅱ与气沙分离器的进水管连通，所述含沙水箱与气沙分离器的排沙口相连，搅拌装置设置在含沙水箱上，含沙水箱底端与在线混合器的掺沙管连通。
所述在线混合器为插入式在线混合器，包括射流嘴、吸入室、混合管和扩散管，所述掺气管的入口与掺沙管的入口上下对称的设置在在线混合器喉管的中部，所述喉管前端为流体进入口，喉管中部纵向设置射流嘴和吸入室，所述射流嘴插到吸入室中，所述掺气管的入口、掺沙管的入口、射流嘴均与吸入室的后部贯通，所述吸入室后端依次连通圆柱状的混合管和一端小一端大的扩散管，所述混合管与扩散管的小端口连通，所述扩散管与直管道Ⅰ连通。
所述气沙分离器设有溢流管和排水口，进水管设在气沙分离器上部，溢流管设在气沙分离器顶端；气沙分离器内部设有上大下小的锥形内芯，下部为锥形储砂罐，底部设有排沙口；排水口设置在锥形内芯上端口下方的气沙分离器侧壁上。
进一步，所述可视化空化发生实验段包括主体、法兰盘和密封盖板，主体是一个由四块板焊接形成的横截面为方形的流体通道，前后板有与流体通道等高的观察窗口，下板上设有扰流物，扰流物用螺钉固定，所述观察窗口上扣置有机玻璃块，有机玻璃块为T形结构，所述T形结构与观察窗口形状、大小相匹配，长螺栓将密封盖板与有机玻璃块固定在主体上，所述有机玻璃块与可视化空化发生实验段的主体之间设置有垫片。
进一步，所述搅拌装置设置在含沙水箱的顶部，所述搅拌装置设置有搅拌叶轮。
与现有设备相比，本专利所需设备少，在线混合器、可视化空化发生实验段、气沙分离器、含沙水箱之间用法兰和水管连接，拆装方便；在线混合器掺沙和掺气的管道上设有阀门和流量计，方便控制实验过程中的掺沙量和掺气量，料浆混合均匀；在线混合器与可视化空化发生实验段之间设有直管道和整流格栅，可以降低进入可视化空化发生实验段流体的湍流强度，减轻湍流对实验的影响，实验结果准确；可视化空化发生实验段结构简单，加工成本低，而且实验过程容易观测；扰流物通过螺钉固定在可视化空化发生实验段主体底板上，易于拆装；气沙分离器设有锥形内芯和锥形储砂罐，便于将气体与沙粒从水中分离出去，设有三个排料口，用来将分离出的气体、水和沙粒排出，同时排水口比排沙口位置高，保证排出水的纯净；含沙水箱用来储存气沙分离器排出的沙浆，并使用搅拌机使水箱中的沙保持悬浊液状态，防止沙粒沉积在水箱底部，保证为在线混合器掺沙正常供料。
采用该装置在流体中掺沙和掺气进行空蚀磨蚀实验时，容易观察试件表面的空蚀磨蚀情况，且实验操作简单，实验后气、液、固体能够分离，避免气体和固体进入实验装置之外的管路及水泵，损伤水泵及其他设备，保护了实验装置，而且水和沙都能够循环使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中在线混合器的放大结构示意图；
图3是图1中可视化空化发生实验段的放大示意图；
图4是图1中可视化空化发生实验段主体及扰流物的放大结构示意图；
图5是图1中有机玻璃块的放大结构示意图；
图6是图1中气沙分离器的放大结构示意图；
图中：1、在线混合器，2、流量计Ⅰ，3、调节阀门Ⅰ，4、调节阀门Ⅱ，5、流量计Ⅱ，6、直管道Ⅰ，7、整流隔栅，8、可视化空化发生实验段，9、流量计Ⅲ，10、直管道Ⅱ，11、气沙分离器，12、搅拌装置，13、含沙水箱，14、掺气管，15、吸入室，16、混合管，17、射流嘴，18、掺沙管，19、扩散管，20、法兰盘，21、长螺栓，22、主体，23、密封盖板，24、扰流物，25、螺钉，26、有机玻璃块，27、溢流管，28、进水管，29、锥形内芯，30、排水口，31、锥形储砂罐，32、排沙口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1至6所示，一种空蚀磨蚀实验装置，包括在线混合器1、可视化空化发生实验段8、气沙分离器11、含沙水箱13和搅拌装置12，在线混合器1的喉管处对称装有掺气管14和掺沙管18，掺气管14上装有调节阀门Ⅰ3和流量计Ⅰ2，掺沙管18上装有调节阀门Ⅱ4和流量计Ⅱ5，以实现掺沙掺气的浓度调节；在线混合器1的后端依次连通直管道Ⅰ6和整流格栅7，整流格栅7与可视化空化发生实验段8连接，通过设置可视化空化发生实验段8可以进行空蚀磨蚀可视化空化发生实验的观测；可视化空化发生实验段8后端设有流量计Ⅲ9，可视化空化发生实验段8的后端通过直管道Ⅱ10与气沙分离器11的进水管28连通，所述气沙分离器11将实验流体中的空气、沙和水分离，所述含沙水箱13与气沙分离器11的排沙口32相连，用来存储气沙分离器11分离出的沙，所述搅拌装置12设置在含沙水箱13上，含沙水箱13底端与在线混合器1的掺沙管18连通，使用搅拌装置12使含沙水箱13中的沙保持悬浮状态，保证为在线混合器1正常供沙。
所述在线混合器1为插入式在线混合器，包括射流嘴17、吸入室15、混合管16和扩散管19，所述掺气管14的入口和掺沙管18的入口上下对称的设置在在线混合器1喉管的中部，所述喉管前端为流体进入口，喉管中部位置纵向设置射流嘴17和吸入室15，所述射流嘴17插入到吸入室15中，所述掺气管14的入口、掺沙管18的入口、射流嘴17均与吸入室15的后部贯通，所述吸入室15后端依次连通圆柱状的混合管16和一端小一端大的扩散管19，所述混合管16与扩散管19的小端口连通，高压水经射流嘴17进入在线混合器1形成高速射流，由于高速射流形成低气压将气体和含沙水分别由掺气管14的入口和掺沙管18的入口吸入到吸入室15，并随高速水流进入混合管16实现混合，所述扩散管19与直管道Ⅰ6连通，混合后的料浆通过扩散管19进入到直管道Ⅰ6，由于在掺沙掺气管道上设有调节阀门和流量计，这样一来，操作者可以控制实验时的掺沙量和掺气量。
所述气沙分离器11设有溢流管27和排水口30，进水管28设在气沙分离器11上部，溢流管27设在气沙分离器11顶端；气沙分离器11内部设有上大下小的锥形内芯29，下部为锥形储砂罐31，底部设有排沙口32；排水口30设置在锥形内芯29上端口下方的气沙分离器11侧壁上；所述气沙分离器11中的锥形内芯29将混合液中的气体分离通过溢流管27排出，锥形储砂罐31将沙和水分离，沙浆通过排沙口32排到含沙水箱13，由于排水口比排沙口位置高，水从排水口30排出。
进一步，所述可视化空化发生实验段8包括主体22、法兰盘20和密封盖板23，主体22是一个由四块板焊接形成的横截面为方形的流体通道，前后板有与流体通道等高的观察窗口，下板上设有扰流物24，扰流物24用螺钉25固定，所述观察窗口上扣置有机玻璃块26，有机玻璃块26为T形结构，所述T形结构与观察窗口形状、大小相匹配，长螺栓21将密封盖板23与有机玻璃块26固定在主体22上，所述有机玻璃块26下部与可视化空化发生实验段8的主体22之间设置有垫片，这样有机玻璃块26与可视化空化发生实验段8的主体22之间达到了密封效果，既可以通过有机玻璃块26观察实验情况，又防止混合液从有机玻璃块26与主体22之间的缝隙溢出。
进一步，所述搅拌装置12设置在含沙水箱13的顶部，所述搅拌装置12设置有搅拌叶轮，搅拌装置12通过搅拌叶轮搅拌含沙水箱13中的沙浆以阻止沙粒沉淀。
本发明进行实验时，首先将高压水管插到在线混合器1前端的流体进入口，高压水经射流嘴17形成高速射流，掺气管14和掺沙管18也同时供气、供沙，高速射流形成低气压将气体、沙和水吸入到吸入室15，在混合管16混合后通过扩散管19进入直管道Ⅰ6，然后混合液通过整流格栅7进入可视化空化发生实验段8进行实验，可视化空化发生实验段8内放置有试件，实验人员可以透过有机玻璃块26观察试件表面的空蚀磨蚀情况，之后混合液流入气沙分离器11，气沙分离器11将混合液中的气体、水和沙粒分离，气体从溢流管27排出，水从排水口30排出到水箱，分离后的沙粒流入含沙水箱13，搅拌装置12使含沙水箱13中的沙保持悬浮状态，保证为在线混合器1循环供沙。

Claims (3)

1.一种空蚀磨蚀实验装置，包括在线混合器(1)、可视化空化发生实验段(8)、气沙分离器(11)、含沙水箱(13)和搅拌装置(12)，其特征在于，在线混合器(1)的喉管处对称装有掺气管(14)和掺沙管(18)，掺气管(14)上装有调节阀门Ⅰ(3)和流量计Ⅰ(2)，掺沙管(18)上装有调节阀门Ⅱ(4)和流量计Ⅱ(5)，在线混合器(1)的后端依次连通直管道Ⅰ(6)和整流格栅(7)，整流格栅(7)与可视化空化发生实验段(8)连接，可视化空化发生实验段(8)连接有流量计Ⅲ(9)，可视化空化发生实验段(8)的后端通过直管道Ⅱ(10)与气沙分离器(11)的进水管(28)连通，所述含沙水箱(13)与气沙分离器(11)的排沙口(32)相连，搅拌装置(12)设置在含沙水箱(13)上，含沙水箱(13)底端与在线混合器(1)的掺沙管(18)连通；所述在线混合器(1)为插入式在线混合器，包括射流嘴(17)、吸入室(15)、混合管(16)和扩散管(19)，所述掺气管(14)的入口与掺沙管(18)的入口上下对称的设置在在线混合器(1)喉管的中部，所述喉管前端为流体进入口，喉管中部纵向设置射流嘴(17)和吸入室(15)，所述射流嘴(17)插到吸入室(15)中，所述掺气管(14)的入口、掺沙管(18)的入口、射流嘴(17)均与吸入室(15)的后部贯通，所述吸入室(15)后端依次连通圆柱状的混合管(16)和一端小一端大的扩散管(19)，所述混合管(16)与扩散管(19)的小端口连通，所述扩散管(19)与直管道Ⅰ(6)连通；所述气沙分离器(11)设有溢流管(27)和排水口(30)，进水管(28)设在气沙分离器(11)上部，溢流管(27)设在气沙分离器(11)顶端；气沙分离器(11)内部设有上大下小的锥形内芯(29)，下部为锥形储砂罐(31)，底部设有排沙口(32)；排水口(30)设置在锥形内芯(29)上端口下方的气沙分离器(11)侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种空蚀磨蚀实验装置，其特征在于，所述可视化空化发生实验段(8)包括主体(22)、法兰盘(20)和密封盖板(23)，主体(22)是一个由四块板焊接形成的横截面为方形的流体通道，前后板有与流体通道等高的观察窗口，下板上设有扰流物(24)，扰流物(24)用螺钉(25)固定，所述观察窗口上扣置有机玻璃块(26)，有机玻璃块(26)为T形结构，所述T形结构与观察窗口形状、大小匹配，长螺栓(21)将密封盖板(23)与有机玻璃块(26)固定在主体(22)上，所述有机玻璃块(26)与可视化空化发生实验段(8)的主体(22)之间设置有垫片。
3.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的空蚀磨蚀实验装置，其特征在于，所述搅拌装置(12)设置在含沙水箱(13)的顶部，所述搅拌装置(12)设置有搅拌叶轮。
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