CN106556546A - 一种自循环系统的空化空蚀实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自循环系统的空化空蚀实验平台，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；所述反应系统包括空化发生器、金属试样和螺杆；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。本发明提供的一种自循环系统的空化空蚀实验平台，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。

Description

一种自循环系统的空化空蚀实验平台

技术领域

本发明专利涉及水力空化空蚀技术领域，特指一种自循环系统的空化空蚀实验平台。

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。对材料进行空化与空蚀性能评估的研究主要是室内试验为主，对现有的空化空蚀设备的研究表明：此类设备存在的共同问题是对过流部件产生的空化空蚀现象的流动工况模拟程度不足，而且这些设备的结构复杂、运行维护困难、造价高昂、试验过程复杂。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种自循环系统的空化空蚀实验平台。

本发明所采用的技术方案是：

一种自循环系统的空化空蚀实验平台，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；所述加热瓦设于油箱内，油箱出口依次通过管道连接有柴油滤清器、泵站、油压调节阀、可调节蝶阀；

所述反应系统包括空化发生器、金属试样和螺杆；所述空化发生器的进口通过管道连接所述可调节蝶阀，空化发生器的出口通过管道连接油箱的进口；所述金属试样置于空化发生器喷孔的正前方；所述螺杆的一端连接金属试样，螺杆的另一端设于空化发生器的出口处；所述空化发生器为透明材料制成的横截面为圆形的流体通道；

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；所述流量传感器、压力传感器设于空化发生器的进口与所述可调节蝶阀之间的管道上；所述信号控制终端与所述加热瓦、油压调节阀、流量传感器、压力传感器均为电性连接，所述计算机与信号控制终端连接。

进一步，所述可调节蝶阀与空化发生器进口之间的管道上还设有扰流器，所述流量传感器和压力传感器设于扰流器和空化发生器进口之间。

进一步，所述泵站设有变频调速器。

进一步，所述透明材料为石英玻璃。

所述空化发生器的流体通道通过螺钉与管道固定连接，并密封。

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、扰流器，最后回到油箱。

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。

所述油压调节阀通过调节阀的开度对油压进行调节。

有益效果：

(1)本发明一种自循环系统的空化空蚀实验平台，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，改变空化发生器的流量流速；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空化发生器的压力和流量，提高试验的精确性；

(4)在空蚀空化发生器前增加扰流器，可以有效地增加流入空化发生器液体的湍流强度，使空化更加剧烈；

(5)空化发生器喷孔的正前方放有金属试样，且空化发生器用螺钉和圆形管路密封连接，可以更方便快捷地更换金属试样，提高试验效率，空化发生器采用石英玻璃等透明材料，方便观测空化发生器附近空泡群的产生和金属试样上的空蚀特性。

附图说明

图1是本发明一种自循环系统的空化空蚀实验平台结构示意图；

图2是本发明中空化发生器的结构示意图。

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、扰流器，8、流量传感器，9、压力传感器，10、空化发生器，11、金属试样，12、信号控制终端，13、计算机，14、螺杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

一种自循环系统的空化空蚀实验平台，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；所述加热瓦2设于油箱1内，油箱1出口依次通过管道连接有柴油滤清器3、泵站4、油压调节阀5、可调节蝶阀6；所述反应系统包括空化发生器10、金属试样11和螺杆14；所述空化发生器10的进口通过管道连接所述可调节蝶阀6，空化发生器10的出口通过管道连接油箱1的进口；所述金属试样11置于空化发生器10喷孔的正前方；所述螺杆14的一端连接金属试样11，螺杆14的另一端设于空化发生器10的出口处；所述空化发生器10为透明材料制成的横截面为圆形的流体通道；所述测量系统包括流量传感器8、压力传感器9、信号控制终端12和计算机13；所述流量传感器8、压力传感器9设于空化发生器10的进口与所述可调节蝶阀6之间的管道上；所述信号控制终端12与所述加热瓦2、油压调节阀5、流量传感器8、压力传感器9均为电性连接，所述计算机13与信号控制终端12连接。所述可调节蝶阀6与空化发生器10进口之间的管道上还设有扰流器7，所述流量传感器8和压力传感器9设于扰流器7和空化发生器10进口之间。所述泵站4设有变频调速器。

本发明一种自循环系统的空化空蚀实验平台的结构如图1所示，图中，P代表压力变送单元即压力传感器9，V代表流量变送单元即流量传感器8，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和扰流器7；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、扰流器7，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，改变空化发生器10的流量流速。在空蚀空化发生器10前增加扰流器7，扰流器7可以有效地增加流入空化发生器液体的湍流强度，使空化更加剧烈。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，反应系统包括金属试样11和空化发生器10；空化发生器10的喷孔正前方放有金属试样11，金属试样11通过螺杆14与空化发生器10固定连接，空化发生器10用螺钉和圆形管道密封连接，可以更方便快捷地更换金属试样11，提高试验效率，空化发生器10采用石英玻璃等透明材料，方便观测空化发生器10附近空泡群的产生和金属试样11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8、压力传感器9、信号控制终端12和计算机13。其中，流量传感器8和压力传感器9安装在扰流器7和空化发生器10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12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扰流器7，然后提供给空化发生器10，燃油经过空化发生器10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13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8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来调整流向空化发生器10的燃油的流量，调整油压调节阀5实现对空化发生器10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扰流器7和空化发生器10之间油管中的流量传感器8、压力传感器9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12相连接，经过信号处理后最终在计算机13中显示出来。

空化发生器10的结构如图2所示，其中，空化发生器10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，空化发生器10中金属试样的空蚀情况通过电镜扫描观测。高速摄像装置与计算机13相连接，空化发生器10内观测的图像直接传输到计算机13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空化发生器10中空化的特性和有空化引起的金属试样11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)

1.一种自循环系统的空化空蚀实验平台，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)；所述加热瓦(2)设于油箱(1)内，油箱(1)出口依次通过管道连接有柴油滤清器(3)、泵站(4)、油压调节阀(5)、可调节蝶阀(6)；

所述反应系统包括空化发生器(10)、金属试样(11)和螺杆(14)；所述空化发生器(10)的进口通过管道连接所述可调节蝶阀(6)，空化发生器(10)的出口通过管道连接油箱(1)的进口；所述金属试样(11)置于空化发生器(10)喷孔的正前方；所述螺杆(14)的一端连接金属试样(11)，螺杆(14)的另一端设于空化发生器(10)的出口处；所述空化发生器(10)为透明材料制成的横截面为圆形的流体通道；

所述测量系统包括流量传感器(8)、压力传感器(9)、信号控制终端(12)和计算机(13)；所述流量传感器(8)、压力传感器(9)设于空化发生器(10)的进口与所述可调节蝶阀(6)之间的管道上；所述信号控制终端(12)与所述加热瓦(2)、油压调节阀(5)、流量传感器(8)、压力传感器(9)均为电性连接，所述计算机(13)与信号控制终端(12)连接。

2.根据权利要求1所述的一种自循环系统的空化空蚀实验平台，其特征在于：所述可调节蝶阀(6)与空化发生器(10)进口之间的管道上还设有扰流器(7)，所述流量传感器(8)和压力传感器(9)设于扰流器(7)和空化发生器(10)进口之间。

3.根据权利要求1所述的一种自循环系统的空化空蚀实验平台，其特征在于：所述泵站(4)设有变频调速器。

4.根据权利要求1所述的一种自循环系统的空化空蚀实验平台，其特征在于：所述透明材料为石英玻璃。