CN106596311A - 一种可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台，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、柴油滤清器、泵站、油压调节阀，所述反应系统包括多个空化器，不同结构喷嘴分别置于空化器中；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。本发明可在相同工况下同时测量实现多种结构喷嘴，结构简单、运转平稳、空蚀强度连续，方便安装不同结构喷嘴，且容易观测空化器附近空泡群的产生区域和动力学特性。
Description
技术领域
本发明涉及水力空化空蚀技术领域，尤其涉及一种可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台。
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其表面产生破坏。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，并成为这些领域遇到的难题之一。目前，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。其中，对柴油机喷嘴空化空蚀特性的研究主要是现场原型实验为主，此类设备存在的共同问题是一次只能研究一个喷嘴结构，实验耗时长，对不同结构的喷嘴需多次实验，多次实验会导致实验工况存在差异，影响实验精度。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台，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、柴油滤清器、泵站和油压调节阀；
所述反应系统包括多个空化器，所述空化器为透明材料制成的横截面为圆形的流体通道，空化器内部设有挡板，喷嘴可放置于空化器中；
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；
所述油箱出口、柴油滤清器、泵站和油压调节阀通过管道依次串联连接，所述油压调节阀与油箱进口之间的流体管路上设有多条并联支路，每条支路上设有空化器和可调节蝶阀，所述空化器的进口与可调节蝶阀串联连接，空化器的出口与油箱进口连接，在空化器和可调节蝶阀之间还有设有流量传感器和压力传感器，所述流量传感器和压力传感器与控制终端电连接，所述信号控制终端与计算机电连接。
优选地，在油压调节阀与并联支路之间设有可调节蝶阀一。
优选地，所述油箱内设有加热瓦和温度传感器，所述加热瓦和温度传感器均与控制终端电连接。
优选地，所述泵站内设有变频调速器。
优选地，空化器通过螺钉与流体管路密封连接。
优选地，所述空化器采用石英玻璃。
优选地，在空化器的出口还安装有高速摄影装置，所述高速摄像装置与计算机电连接，用于采集空化器内的空蚀图像，从空化器内采集的空蚀图像可直接传输到计算机上，用数据处理软件进行处理后形成实验报告。
本发明的有益效果是：
1)本发明中燃油能够实现自动循环，燃油的流量、压力和温度均可任意调整，且流量、压力测量精度高，所有数据均可通过计算机实时显示。
2)本发明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器的压力和流量，提高试验的精确性。
3)本发明空化器内部放有不同结构的喷嘴，且空化器用螺钉和圆形管路密封连接，可以更方便快捷地更换不同结构喷嘴，提高试验效率，空化器采用石英玻璃等透明材料，方便观测空化器出口和下游空化泡的情况和空蚀对空化的影响。
4)本发明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。
附图说明
图1为本发明所述一种可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台的结构示意图。
其中：1.油箱；2.加热瓦；3.柴油滤清器；4.泵站；5.油压调节阀；6.可调节蝶阀一；7.可调节蝶阀二；8.可调节蝶阀三；9.可调节蝶阀四；10.信号控制终端；11.计算机；12.流量传感器一；13.压力传感器一；14.流量传感器二；15.压力传感器二；16.流量传感器三；17.压力传感器三；18.渐缩形喷嘴；19.空化器一；20.圆柱形喷嘴；21.空化器二；22.渐扩性喷嘴；23.空化器三。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台的结构如图1所示，包括燃油供给系统、反应系统和测量系统，图1中，P代表压力变送单元即压力传感器，V代表流量变送单元即流量传感器，粗实线代表流体管路。
所述燃油供给系统用于保证燃油的自循环流动，包括油箱1、柴油滤清器3、泵站4、油压调节阀5和可调节蝶阀一6。油箱1的出口、柴油滤清器3、泵站4、油压调节阀5和可调节蝶阀6依次串联连接，油箱1中设置有用于根据试验需要启闭的加热瓦2和温度传感器，泵站4中装有变频调速器，通过调节变频调速器可以控制主流的流速和流量，改变空化器中的流量和流速。
所述反应系统用于实现同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象，包括3个并联连接在可调节蝶阀一6和油箱1进口之间的流体通道上的空化器，空化器的出口与油箱1进口连接，所述空化器包括空化器一19、空化器二21和空化器三23，空化器一19、空化器二21、空化器三23的进口分别与可调节蝶阀二7、可调节蝶阀三8、可调节蝶阀四9串联连接。所述空化器为横截面为圆形的流体通道，空化器的内部设有挡板，喷嘴可置于空化器中，其中，渐缩形喷嘴18置于空化器一19内的挡板上，圆柱形喷嘴20置于空化器二21内，渐扩性喷嘴23置于空化器三23内。空化器均用螺钉和圆形管道密封连接，可以更方便快捷地更换不同结构的喷嘴。空化器均采用石英玻璃制成，方便观测空化器出口和下游空化泡的情况和空蚀对空化的影响。
所述测量系统用于实现燃油压力和温度的调节、流量和压力的精密测量以及试验数据的实时记录和存储，包括流量传感器一12、流量传感器二14、流量传感器三16、压力传感器一13、压力传感器二15、压力传感器三17、信号控制终端10和计算机11。流量传感器一12和压力传感器一13安装在可调节蝶阀二7与空化器一19之间，流量传感器二14和压力传感器二15安装在可调节蝶阀三8与空化器二21之间，流量传感器三16和压力传感器三17安装在可调节蝶阀四9与空化器三23之间。所述温度传感器、流量传感器一12、流量传感器二14、流量传感器三16、压力传感器一13、压力传感器二15、压力传感器三17均与控制终端10电连接。
燃油温度调节功能为：在信号控制终端10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10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。
在空化器的出口还安装有高速摄影装置，高速摄像装置与计算机11相连接，从空化器内采集的空蚀图像直接传输到计算机11上，用数据处理软件进行处理后形成实验报告。采用本发明可以综合研究空化器中空化的特性和由空化引起的不同结构喷嘴表面的空蚀效果。
使用时，启动泵站4，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经过可调节蝶阀提供给空化器，调节可调节阀的开度调节经过空化器的燃油流量，燃油经过空化器后经圆形管道流回油箱1中，如此反复循环，直到试验结束。其中，实验过程中，燃油的流量通过安装在空化器之前油管中的流量传感器一12、流量传感器二14、流量传感器三16来测量，燃油的压力通过压力传感器一13、压力传感器二15、压力传感器三17来测量，温度则通过安装在油箱1中的温度传感器来测量，上述测量的数值经过信号控制终端10的处理最终在计算机11中显示出来，根据显示结果，通过调节变频调节器和油压调节阀精确地控制空化器的压力和流量，提高试验的精确性。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台，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)、柴油滤清器(3)、泵站(4)和油压调节阀(5)；
所述反应系统包括多个空化器，所述空化器为透明材料制成的横截面为圆形的流体通道，空化器内部设有挡板，喷嘴可放置于空化器中；
所述测量系统包括流量传感器、压力传感器、信号控制终端(10)和计算机(11)；
所述油箱(1)出口、柴油滤清器(3)、泵站(4)和油压调节阀(5)通过管道依次串联连接，所述油压调节阀(5)与油箱(1)进口之间的流体管路上设有多条并联支路，每条支路上设有空化器和可调节蝶阀，所述空化器的进口与可调节蝶阀串联连接，空化器的出口与油箱(1)进口连接，在空化器和可调节蝶阀之间还有设有流量传感器和压力传感器，所述流量传感器和压力传感器与控制终端(10)电连接，所述信号控制终端(10)与计算机(11)电连接。
2.如权利要求1所述的可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台，其特征在于，在油压调节阀(5)与并联支路之间设有可调节蝶阀一(6)。
3.如权利要求1所述的可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台，其特征在于，所述油箱(1)内设有加热瓦(2)和温度传感器，所述加热瓦(2)和温度传感器均与控制终端(10)电连接。
4.如权利要求1所述的可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台，其特征在于，所述泵站(4)内设有变频调速器。
5.如权利要求1所述的可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台，其特征在于，空化器通过螺钉与流体管路密封连接。
6.如权利要求1所述的可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台，其特征在于，所述空化器采用石英玻璃。
7.如权利要求1所述的可同步测量不同喷嘴结构内空化空蚀现象的实验平台，其特征在于，在空化器的出口还安装有高速摄影装置，所述高速摄像装置与计算机(11)电连接，用于采集空化器内的空蚀图像，从空化器内采集的空蚀图像可直接传输到计算机(11)上，用数据处理软件进行处理后形成实验报告。
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