CN105891034A - 一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置。该装置包括燃油供给系统、反应系统和测量系统，燃油供给系统包括油箱、加热瓦、柴油滤清器、泵站、油压调节阀、可调节蝶阀、缓冲段、压缩机和真空泵；反应系统包括试验段和金属箔片；测量系统包括压力传感器、流量传感器、信号控制终端和计算机。本发明具有结构简单、运转平稳、空蚀强度连续可调，试验操作简单，试验段诱导空化的性能效果较好，试验段附近空泡群的产生区域和金属箔片上的空蚀特性易观测的优点。

Description

一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置

技术领域

本发明专利涉及水力空化空蚀技术领域。特指一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置。

背景技术

空蚀是在一定的环境温度条件下,液体介质中因局部压力变化致使空泡形成和溃灭,材料连续受到高压、高速微射流冲击作用产生的表面破坏。长期以来,空蚀严重影响泄水建筑物、水力机械(水泵、水轮机、闸门）、船舶螺旋桨的性能和使用寿命。空蚀涉及众多的领域,例如宇航、国防、航海、化工、原子能甚至生物和医学等,成为这些领域遇到的难题之一。到目前为止，有关空化和空蚀的理论还没有完整的体系，许多问题尚待进一步研究和探索。

研究材料抗空蚀性能通常有两种方式:一种是现场原型实验,试验历时较长且费用较大,同时由于现场环境的复杂性,难度较大;另一种是室内试验,也称为“快速空蚀试验”。常用室内空蚀试验设备有磁致伸缩仪、文德里管型空蚀设备、旋转圆盘空蚀设备、水滴冲击设备等。这些实验设施只能在空蚀一段时间后观察材料表面的空蚀情形，很难观测空蚀过程中空泡群的产生区域和动态特征；此外，为了保证实验的连续性，实验过程中不能频繁取出试样进行观察，只能大概分析某一时间段的空蚀发生程度，而该时间段内的空蚀情况则无法进行可视化和定量的测量。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置。

本发明所采用的技术方案是：

一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置，包括燃油供给系统、反应系统和测量系统。

所述燃油供给系统包括油箱、加热瓦、柴油滤清器、泵站、油压调节阀、可调节蝶阀；

所述反应系统包括金属箔片和试验段；所述试验段为透明材料制成的横截面为方形的流体通道，所述金属箔片置于试验段上板的底部；

所述测量系统包括流量传感器、压力传感器、信号控制终端和计算机；

所述加热瓦设于油箱内，油箱出口依次连接有柴油滤清器、泵站、油压调节阀、可调节蝶阀和试验段的进口；所述试验段的出口与油箱的进口连接；所述的试验段的进口侧设有流量传感器和压力传感器；

所述加热瓦、油压调节阀、流量传感器、压力传感器均与信号控制终端电性连接，所述信号控制终端与计算机连接。

所述试验段的上板为可拆卸设置，通过螺钉与该方形流体通道固定连接，并密封。

所述可调节蝶阀与试验段进口之间还设有缓冲段，所述流量传感器和压力传感器设于缓冲段和试验段之间，所述缓冲段上连接有压缩机和真空泵。

所述泵站设有变频调速器。

所述燃油供给系统用于保证燃油的自循环流动，油箱中设置有用于根据试验需要启闭的加热瓦，燃油从油箱中抽出，被加热器加热到试验所需温度后，经过柴油滤清器、泵站、油压调节阀、可调节蝶阀、缓冲段，再回到油箱。

所述反应系统用于实现空化和空蚀关系测量的可视化。

所述测量系统用于实现压力和温度的调节、流量和压力的精密测量及试验数据的实时记录和存储。

所述油压调节阀（5）通过调节阀的开度对油压进行调节。

本发明的有益效果是：

（1）本发明一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置，能够实现自动循环，流量、压力和温度可任意调整，且流量、压力测量精度高，所有数据通过仪表实时显示。

（2）整个装置的结构简单，易于实现，部件易于加工和获取，成本低廉，操作工艺简单，试验空蚀效果稳定；整个试验系统部件之间采用管道和法兰连接，便于拆卸和维修；水箱的入水口和出水口之间用隔离板隔开，降低入水口水流的流速和温度，减少其对试验的影响；

（3）油泵中装有变频调速器，通过变频调速器可以控制主流的流速和流量，改变试验段的流量流速；根据流量传感器和压力传感器可以通过调节变频器和油压调节阀精确地控制试验段的压力和流量，提高试验的精确性；

（4）在空蚀试验段前增加缓冲段，缓冲段和压缩机、真空泵密封连接，一方面可以有效地减少流入试验段液体的湍流强度，使来流稳定地进入试验段；另一方面压缩机和真空泵可以有效地改变液体的饱和蒸汽压；

（5）试验段的上板底部贴有一层金属箔片，且试验段的上板用螺钉和试验段固定密封，可以更方便快捷地更换金属箔片，提高试验效率，试验段采用石英玻璃等透明材料，方便观测试验段附近空泡群的产生和金属箔片上的空蚀特性。

附图说明

图1是本发明一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置结构示意图；

图2是本发明中试验段的结构示意图。a 试验段剖面图；b试验段立体示意图。

图中：1、油箱，2、加热瓦，3、柴油滤清器，4、泵站，5、油压调节阀，6、可调节蝶阀，7、压缩机，8、真空泵，9、缓冲段，10、流量传感器，11、压力传感器，12、金属箔片，13、试验段，14、信号控制终端，15、计算机，16、CCD高速数码摄像机。

具体实施方式

下面结合本附图对发明做进一步详细说明。

本发明一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置的结构如图1所示，图中，P代表压力变送单元即压力传感器11，V代表流量变送单元即流量传感器10，粗实线代表管路。该试验装置包括燃油供给系统、反应系统和测量系统。

燃油供给系统用于保证燃油的自循环流动，燃油供给系统包括油箱1、柴油滤清器3、泵站4、油压调节阀5、可调节蝶阀6、压缩机7、真空泵8和缓冲段9；油箱1中设置有用于根据试验需要启闭的加热瓦2，燃油从油箱1中抽出，被加热瓦2加热到试验所需温度后，经过柴油滤清器3、泵站4、油压调节阀5、可调节蝶阀6、缓冲段9，再回到油箱1。泵站4中装有变频调速器，通过变频调速器可以控制主流的流速和流量，改变试验段13的流量流速。在空蚀试验段13前增加缓冲段9，缓冲段9和压缩机7、真空泵8密封连接，一方面可以有效地减少流入试验段液体的湍流强度，使来流稳定地进入试验段；另一方面压缩机7和真空泵8可以有效地改变液体的饱和蒸汽压。油压调节阀5通过调节阀的开度对油压进行调节。

反应系统用于实现空化和空蚀关系测量的可视化，反应系统包括金属箔片12和试验段13；试验段13的上板底部贴有一层金属箔片12，且试验段13的上板用螺钉和试验段13固定密封，可以更方便快捷地更换金属箔片12，提高试验效率，试验段13采用石英玻璃等透明材料，方便观测试验段13附近空泡群的产生和金属箔片12上的空蚀特性。

测量系统用于实现压力和温度的调节、流量和压力的精密测量及试验数据的实时记录和存储；测量系统包括流量传感器10、压力传感器11、信号控制终端14和计算机15。其中，流量传感器10和压力传感器11安装在缓冲段9和试验段13之间，燃油温度控制功能为：启动燃油温度控制按钮，系统进入燃油温度自动控制系统，设定燃油温度在试验所需的温度。燃油温度低于设定的试验温度时，系统会自动地开启加热瓦2，对燃油进行加热；当温度升高到设定的试验温度时，温度传感器发出信号，信号控制终端14便会对加热器停止加热。压力调节控制功能为：通过调节油压调节阀5的开度，可以对油压进行调节。

电动机带动泵站4将油箱1中的燃油经过柴油滤清器3后到达泵站4，通过泵站4增压后，燃油通过柴油滤清器3进入油压调节阀5，此时利用油压调节阀5调节系统压力后，由油压调节阀5上的供油口将调节好的高压油提供给缓冲段9，通过压缩机7和真空泵8调节燃油饱和蒸汽压后，提供给试验段13，燃油经过试验段13后经管道流回油箱1中，如此反复循环，直到试验结束。其中，计算机15的控制面板上有压力显示器，可以显示调节阀调节后的压力，温度显示器可以实时显示油温，流量传感器10显示管道中的流量。

使用时，启动泵站4，通过调节变频器调节泵的出口流量，调节可调节蝶阀6来调整流向试验段13的燃油的流量，调整油压调节阀5实现对试验段13中燃油压力的控制，实验过程中，燃油的流量、压力分别通过安装在缓冲段9和试验段13之间油管中的流量传感器10、压力传感器11来测量，温度则通过安装在油箱1中的温度传感器来检测，这些传感器都和信号控制终端14相连接，经过信号处理后最终在计算机15中显示出来。

试验段13的结构如图2所示，图2（a）为试验段13的剖视图，图2（b）为试验段13的三维立体图，其中，试验段13内空化的产生区域和空泡动力学特征通过高速摄影装置观测，在试验段13的正前方放置CCD高速数码摄像机16来记录试验段13中空化的产生和发展情况，由于试验所用的金属箔片12极薄，且贴在试验段13上板的底部，在试验段13的正上方同样放置CCD高速数码摄像机16来同时记录试验段13中金属箔片的空蚀情况。CCD高速数码摄像机16与计算机15相连接，试验段13内观测的图像直接传输到计算机15上，用数据处理软件进行处理后形成实验报告。采用该装置可以综合研究试验段13中空化的特性和有空化引起的金属箔片12表面的空蚀效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置，其特征在于：包括燃油供给系统、反应系统和测量系统；

所述燃油供给系统包括油箱（1）、加热瓦（2）、柴油滤清器（3）、泵站（4）、油压调节阀（5）、可调节蝶阀（6）；

所述反应系统包括金属箔片（12）和试验段（13）；所述试验段（13）为透明材料制成的横截面为方形的流体通道，所述金属箔片（12）置于试验段（13）上板的底部；

所述测量系统包括流量传感器（10）、压力传感器（11）、信号控制终端（14）和计算机（15）；

所述加热瓦（2）设于油箱（1）内，油箱（1）出口依次连接有柴油滤清器（3）、泵站（4）、油压调节阀（5）、可调节蝶阀（6）和试验段（13）的进口；所述试验段（13）的出口与油箱（1）的进口连接；所述的试验段（13）的进口侧设有流量传感器（10）和压力传感器（11）；

所述加热瓦（2）、油压调节阀（5）、流量传感器（10）、压力传感器（11）均与信号控制终端（14）电性连接，所述信号控制终端（14）与计算机（15）连接。

2.根据权利要求1所述的一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置，其特征在于：所述试验段（13）的上板为可拆卸设置，通过螺钉与该方形流体通道固定连接，并密封。

3.根据权利要求1所述的一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置，其特征在于：所述可调节蝶阀（6）与试验段（13）进口之间还设有缓冲段（9），所述流量传感器（10）和压力传感器（11）设于缓冲段（9）和试验段（13）之间，所述缓冲段（9）上连接有压缩机（7）和真空泵（8）。

4.根据权利要求1所述的一种空化空蚀关系测量的可视化试验装置，其特征在于：所述泵站（4）设有变频调速器。