CN107238542A - 一种用于测量材料抗空蚀性能的试验装置 - Google Patents

一种用于测量材料抗空蚀性能的试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，包括燃油输送系统、加压装置、空蚀装置和监控系统；所述加压装置使其出口压力大于入口压力；所述空蚀装置包括上面板和下面板，所述上面板和下面板连接，且上面板和下面板之间形成流体通道；所述上面板与加压装置出口连接；所述下面板设有若干试样槽，所述下面板在试样槽旁边设有若干通孔，且与试样槽一一对应；所述燃油输送系统包括油箱、输送泵和油压调节阀；所述监控系统包括PLC和控制面板。本发明可以通过设置了若干试样槽，可以实现同样的条件下进行不同材料的空蚀试验，将不同材料的抗空蚀性能进行对比。

Description

一种用于测量材料抗空蚀性能的试验装置
技术领域
本发明涉及水力空化空蚀技术领域，特别涉及一种用于测量材料抗空蚀性能的试验装置。
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，固体表面经受这种冲击力的多次反复作用，材料发生疲劳脱落，使表面出现小的凹坑，进而发展成海绵状。严重的其实可在表面形成大片的凹坑，甚至穿孔。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。
为了保证水力机械的正常运转，需要对空化和空蚀采取防护措施，除了提高水力机械本身的空化性能外，还需要对材料的抗空化空蚀性能进行研究，即要尽量选用抗空蚀性能良好的材料，尤其是在叶片及其他易遭受空蚀破坏的零部件，选用抗空蚀性能良好的材料是很重要而有效的防护空蚀侵蚀的措施。
空蚀试验目前主要有以下几种：1)文丘里管型空蚀设备。其原理是当液体流经文丘里管时，喉部流速大到一定程度后，在该处产生的低压引起空化现象，形成固定性空穴，在固定性空穴内表面附着的游移型空泡将在尾部溃灭，如在固定性空穴尾部放置试样，则试样表面由于空泡溃灭而发生空蚀破坏。2)振动式空蚀设备。这类设备是用电磁或超声波使容器内静止的水产生振荡型空化致使水中的试件表面出现空蚀，有磁致伸缩振动空蚀设备和超声波振动空蚀设备两种。3)旋转圆盘空蚀设备。这种设备简称为转盘装置，这种设备原理是在转盘上距轴心不同距离处开有贯穿转盘厚度的小孔或嵌在转盘上的突体，当转盘在置于外套中试验水体内高速旋转时，在小孔或突体后部将产生尾流空化，其中游移型空泡将在尾流末端沿着转盘溃灭，嵌入盘面空泡溃灭处的试件表面将产生空蚀破坏，这样就可以测定各种试件材料或涂料的相对抗空蚀性能。4)冲击式空蚀设备。这种试件的剥蚀破坏是由于水体冲击试件所产生。这类设备可以比较当材料表面受到水体冲击时其抗空蚀强度。包括高速射流冲击试验设备和水滴冲击试验设备。5)往复式活塞型空蚀设备。这种设备属于静压式试验设备，设备的气缸内灌满水，并且密封，因此当活塞有容器顶部凸轮带动时，活塞可向下移动；凸轮则可使活塞轴突然释放，从而大气压力可驱使活塞突然向上运动，这样就会造成水体内的空泡成长，空泡在下一次活塞向下运动时发生溃灭，使气缸壁材料产生空蚀破坏。
现有技术中有利用上述设备直接在材料表面产生空蚀破坏，来测试材料的抗气蚀性能，但其存在装置复杂，造价昂贵，且适用性较差的不足，且不可同时对多个试样进行空蚀试验，且操作复杂。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，可以同样的条件下进行不同材料的空蚀试验，将不同材料的抗空蚀性能进行对比。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，包括燃油输送系统、加压装置、空蚀装置和监控系统；所述加压装置使其出口压力大于入口压力；所述空蚀装置包括上面板和下面板，所述上面板和下面板连接，且上面板和下面板之间形成流体通道；所述上面板与加压装置出口连接；所述下面板设有若干试样槽，所述下面板在试样槽旁边设有若干通孔，且与试样槽一一对应；所述燃油输送系统包括油箱、输送泵和油压调节阀；所述油箱通过管道与输送泵进口连接，所述输送泵出口通过管道依次连接油压调节阀和所述加压装置进口；所述下面板上的通孔通过管道与油箱连接；所述油压调节阀与所述加压装置进口之间的管道上设有温度传感器、压力传感器和流量传感器；所述监控系统包括PLC和控制面板，所述PLC与输送泵、温度传感器、压力传感器和流量传感器和油压调节阀连接；所述PLC与控制面板连接。
进一步，所述油箱内设有加热器，所述加热器与PLC连接。
进一步，所述输送泵出口与油压调节阀之间设有滤清器。
进一步，所述加压装置为渐缩孔。
进一步，所述渐缩孔内设有针阀、节流孔板和弹簧；所述渐缩孔的入口处安装节流孔板，所述针阀座与节流孔板密封连接；所述针阀座内部设有针阀，所述针阀一端位于所述针阀座内，另一端通过弹簧与所述节流孔板连接；所述针阀座上设有若干喷孔，使液体加压进入渐缩孔的出口。
进一步，所述试样槽数量为4个。
进一步，所述输送泵上的电机为变频电机。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，通过设置了若干试样槽，可以实现同样的条件下进行不同材料的空蚀试验，将不同材料的抗空蚀性能进行对比。
2.本发明所述的用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，可以实现自动循环，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。
3.本发明所述的用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，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。
4.本发明所述的用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，设置的节流孔板可以有多种规格，得到不同的压力，用于适应不同材料的样品。
附图说明
图1为本发明所述的用于测量材料抗空蚀性能的试验装置结构示意图。
图2为本发明所述的空蚀装置结构图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为本发明所述的加压装置结构示意图。
图中：
1-渐缩孔；2-空蚀装置；3-喷孔；4-针阀座；5-油箱；6-加热器；7-针阀；8-输送泵；9-弹簧；10-滤清器；11-油压调节阀；12-控制面板；13-流量传感器；14-压力传感器；15-温度传感器；16-上面板；17-下面板；18-试样槽；19-节流孔板。
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。
如图1所示，一种用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，包括燃油输送系统、加压装置、空蚀装置2和监控系统；所述加压装置使其出口压力大于入口压力；如图2和图3所示，所述空蚀装置2包括上面板16和下面板17，所述上面板16和下面板17连接，且上面板16和下面板17之间形成流体通道；所述上面板16与加压装置出口连接；所述下面板17设有若干试样槽18，所述下面板17在试样槽18旁边设有若干通孔，且与试样槽18一一对应；所述试样槽18数量优选为4个，可以对称分布。所述燃油输送系统包括油箱5、输送泵8和油压调节阀11；所述油箱5通过管道与输送泵8进口连接，所述输送泵8出口通过管道依次连接油压调节阀11和所述加压装置进口；所述下面板17上的通孔通过管道与油箱5连接；所述油压调节阀11与所述加压装置进口之间的管道上设有温度传感器15、压力传感器14和流量传感器13；所述输送泵8连接的电机为变频电机，通过PLC内的变频器控制电机的频率。所述监控系统包括PLC和控制面板12，所述PLC与输送泵8、温度传感器15、压力传感器14和流量传感器13和油压调节阀11连接；所述PLC与控制面板12连接。为了控制油温，所述油箱内设有加热器6，所述加热器6与PLC连接，当管道中的温度传感器低于设定值，PLC控制加热器6启动。为了保护油压调节阀、温度传感器15、压力传感器14和流量传感器13防止进入杂质，所述输送泵8出口与油压调节阀11之间设有滤清器10。此外本发明可以放置在工作台上，这样符合实验室设备的要求，便于摆放和操作。
工作原理：通过输油泵8增压后，燃油通过滤清器10进入油压调节阀11，此时利用油压调节阀11调节系统压力后，由油压调节阀11上的供油口将调节好的高压油经过加压装置提供给空蚀发生装置2，燃油经过空蚀发生装置2后经管道流过试样槽18中的样品，如此反复循环，直到试验结束。其中，控制面板12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，流量显示器显示管道中的流量。
使用时，先清洗被测试样，放置在鼓风式干燥箱中，100℃下烘干1h后并冷却到常温，取出试样放置到电子分析天平中称重并记录，称重后对试样进行电镜扫描，启动输油泵8，通过调节变频器调节泵的出口流量，调整油压调节阀11实现对空蚀发生装置2中燃油压力的控制，实验过程中，燃油的流量、压力和温度分别通过流量传感器13、压力传感器14和温度传感器15来检测，每隔一段时间，取下空蚀发生装置2中的测试试样，用扫描电镜对其表面进行扫描，直至空蚀发生装置2上面板16中的测试试样发生理想的空蚀现象，用数据处理软件进行处理后形成实验报告。
同样工况下，再次将试样放置在空蚀发生装置中持续空蚀1h，空蚀完成后再次重复上述清洗、烘干、称重、扫描步骤。不断重复空蚀步骤，同一试样的空蚀时间应在8到10小时之间最佳。根据每次称重的数据绘制空蚀量和空蚀速率曲线，对比不同材料的抗空蚀性能，做出试验报告。
所述加压装置为渐缩孔1，所述渐缩孔1内设有针阀7、节流孔板19和弹簧9；所述渐缩孔1的入口处安装节流孔板19，所述针阀座4与节流孔板19密封连接；所述针阀座4内部设有针阀7，所述针阀7一端位于所述针阀座4内，另一端通过弹簧9与所述节流孔板19连接；所述针阀座4上设有若干喷孔3，使液体加压进入渐缩孔1的出口。节流孔板19为可更换件，可以设置不同规格的节流孔，这样改变节流孔板19开孔面积或孔的形状或者弹簧9的弹性系数不同，得到不同的压力，这样可以适合不同的材料样品做实验。
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)

1.一种用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，其特征在于，包括燃油输送系统、加压装置、空蚀装置(2)和监控系统；所述加压装置使其出口压力大于入口压力；
所述空蚀装置(2)包括上面板(16)和下面板(17)，所述上面板(16)和下面板(17)连接，且上面板(16)和下面板(17)之间形成流体通道；所述上面板(16)与加压装置出口连接；所述下面板(17)设有若干试样槽(18)，所述下面板(17)在试样槽(18)旁边设有若干通孔，且与试样槽(18)一一对应；
所述燃油输送系统包括油箱(5)、输送泵(8)和油压调节阀(11)；所述油箱(5)通过管道与输送泵(8)进口连接，所述输送泵(8)出口通过管道依次连接油压调节阀(11)和所述加压装置进口；所述下面板(17)上的通孔通过管道与油箱(5)连接；所述油压调节阀(11)与所述加压装置进口之间的管道上设有温度传感器(15)、压力传感器(14)和流量传感器(13)；
所述监控系统包括PLC和控制面板(12)，所述PLC与输送泵(8)、温度传感器(15)、压力传感器(14)和流量传感器(13)和油压调节阀(11)连接；所述PLC与控制面板(12)连接。
2.根据权利要求1所述的用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，其特征在于，所述油箱内设有加热器(6)，所述加热器(6)与PLC连接。
3.根据权利要求1所述的用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，其特征在于，所述输送泵(8)出口与油压调节阀(11)之间设有滤清器(10)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，其特征在于，所述加压装置为渐缩孔(1)。
5.根据权利要求4所述的用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，其特征在于，所述渐缩孔(1)内设有针阀(7)、节流孔板(19)和弹簧(9)；所述渐缩孔(1)的入口处安装节流孔板(19)，所述针阀座(4)与节流孔板(19)密封连接；所述针阀座(4)内部设有针阀(7)，所述针阀(7)一端位于所述针阀座(4)内，另一端通过弹簧(9)与所述节流孔板(19)连接；所述针阀座(4)上设有若干喷孔(3)，使液体加压进入渐缩孔(1)的出口。
6.根据权利要求1所述的用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，其特征在于，所述试样槽(18)数量为4个。
7.根据权利要求1所述的用于测量材料抗空蚀性能的试验装置，其特征在于，所述输送泵(8)连接的电机为变频电机。
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