CN107290238A - 水力机械过流部件快速磨损试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水力机械试验技术领域，具体涉及一种水力机械过流部件快速磨损试验装置。为了解决目前对水力机械过流部件进行磨损试验时，存在试验成本高、试验效率低的问题，本发明公开了一种水力机械过流部件快速磨损试验装置。该试验装置，包括动力单元和试验单元；所示动力单元包括电机，所述试验单元包括驱动轴和试验箱；其中，所述试验箱的内部为密闭空腔结构，用于安装待测试的水力机械过流部件和容纳试验介质，所述驱动轴的一端与所述电机的输出轴连接，另一端伸入所述试验箱内部，与待测试的水力机械过流部件连接。本发明的试验装置，不仅结构简单，便于加工制造，而且可以缩短试验时间，提高试验效率，降低试验成本。
Description
技术领域
本发明属于水力机械试验技术领域，具体涉及一种水力机械过流部件快速磨损试验装置。
背景技术
对于输送固液两相流的水力机械来说，水力机械中的过流部件在长时间与固体颗粒的接触和碰击作用下会出现不同程度的磨损。例如，对于输送含沙水流的离心泵或水轮机来说，在使用一段时间后，离心泵或水轮机内部的叶片和转轮都会发生不同程度的磨损，此时就会对水力机械的性能产生严重影响，甚至导致水力机械失效。因此，在水力机械的前期设计过程中，就需要对水力机械的过流部件进行磨损试验分析，以便于对过流部件的设计进行辅助改进，保证水力机械的使用性能和使用寿命。
目前，对水力机械过流部件的磨损试验，通常是在水力机械的使用状态下进行，即搭建一套完整的试验系统，将整个水力机械，例如离心泵，置于该试验系统中进行固液两相流介质状态下的正常运转，并且在运转过程中完成对过流部件的磨损试验。这样，不仅需要耗时耗力搭建一套完整的试验系统，而且在试验过程中，介质中的固体颗粒还会对系统中的其他设备造成磨损破坏，增加试验成本，而且如果在试验过程中需要对水力机械过流部件的磨损情况进行查看，需要首先将试验系统中与水力机械连接的管路拆除，然后再对水力机械进行分解后才能看到过流部件，这样就延长了整个试验时间，大大降低了试验的效率。
发明内容
为了解决目前对水力机械过流部件进行磨损试验时，存在试验成本高、试验效率低的问题，本发明提出了一种水力机械过流部件快速磨损试验装置。该试验装置，包括动力单元和试验单元；所示动力单元包括电机，所述试验单元包括驱动轴和试验箱；其中，所述试验箱的内部为密闭空腔结构，用于安装待测试的水力机械过流部件和容纳试验介质，所述驱动轴的一端与所述电机的输出轴连接，另一端伸入所述试验箱内部，与待测试的水力机械过流部件连接。
优选的，所述试验箱内部设有转盘，所述驱动轴伸入所述试验箱内并与所述转盘的中心位置固定连接，待测试的水力机械过流部件与所述转盘的端面固定连接。
优选的，待测试的水力机械过流部件与所述转盘之间通过安装盘连接；其中，所述安装盘与待测试的水力机械过流部件固定连接，所述转盘的端面上设有安装槽，用于安装所述安装盘，并且所述安装槽的深度与所述安装盘的厚度相同。
优选的，所述安装盘与所述转盘之间通过螺栓连接；其中，沿所述安装盘的圆周方向设有多个通孔，在所述安装槽的底部设有多个与所述通孔对应的螺纹孔。
优选的，所述安装盘上的通孔为沉孔结构。
进一步优选的，所示电机与所述驱动轴之间通过皮带连接。
进一步优选的，所述试验箱包括壳体和端盖，所述壳体为圆柱形结构并且设有进料口和出料口，所述端盖与所述壳体通过螺栓固定连接。
进一步优选的，所述壳体的端部外表面设有冷却腔。
进一步优选的，所述壳体上设有溢流孔，并且所述溢流孔位于所述壳体的顶部位置。
进一步优选的，所述壳体上设有测温孔，用于安装温度检测设备，对所述试验箱内部的试验介质进行温度检测。
采用发明提供的水力机械过流部件快速磨损试验装置，对水力机械过流部件进行磨损试验，具有以下有益效果：
1、在本发明中设置了动力单元和试验单元，将需要进行磨损试验的水力机械过流部件安装至试验单元的试验箱中，并且通过驱动轴将动力单元中的电机和水力机械过流部件进行连接，同时在试验箱中加入试验介质。此时，在电机的驱动作用下，水力机械过流部件就可以在充满试验介质的试验箱中进行旋转，进行磨损试验。这样，本发明通过设置一个独立的充满试验介质的密闭空间，即试验箱，来替代现有技术中的整体试验系统，不仅对试验系统进行了大大的简化，减少了试验系统的制作陈本以及空间的占用，而且在试验过程中，试验介质只存在与试验箱中并且始终与水力机械过流部件相互作用，从而避免了试验介质对其他设备的破坏，同时增加了试验介质与水力机械过流部件之间相互作用的有效时间，大大提高了试验的效率。此外，由于省略了现有技术中的整个系统以及对整个水力机械的需求，因此大大简化对水力机械过流部件进行拆装的操作，缩短了拆装水力机械过流部件的占用时间，提高了整个试验效率。
2、在本发明的试验箱中还设置了冷却腔，冷却腔位于壳体的端部外表面，用于对试验过程中的试验介质进行温度控制。这样可以避免在试验过程中，由于水力机械过流部件与试验介质中的磨料之间接触摩擦产生的大量热量，使试验介质的温度快速上升，而发生汽化以及产生的气蚀现象，从而防止了在对水力机械过流部件进行磨损试验过程中出现的气蚀干扰，保证了试验过程的稳定性以及试验结果的准确性。
附图说明
图1为本发明水力机械过流部件快速磨损试验装置的结构示意图；
图2为本发明中试验箱的外形结构示意图；
图3为本发明中试验箱拆除端盖和水力机械过流部件后的结构示意图；
图4为本发明中待测试水力机械过流部件与安装盘连接的结构示意图；
图5为采用本发明水力机械过流部件快速磨损试验装置进行水力机械过流部件磨损试验的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细介绍。
结合图1至图4所示，本发明的水力机械过流部件快速磨损试验装置，包括动力单元1和试验单元2。动力单元1包括电机11和变频器12，试验单元2包括试验箱21和驱动轴22。其中，试验箱21的内部为密闭空腔，用于容纳磨损试验时使用的试验介质，例如含沙水，以及安装待测试的水力机械过流部件3。驱动轴22的一端与电机11的输出轴连接，另一端伸入试验箱21内部与待测试的水力机械过流部件3连接。这样，电机11通过驱动轴22可以带动水力机械过流部件3在试验箱21内部旋转，进而完成在试验介质中的磨损试验。
在本发明中，动力单元1和试验单元2通过底座4与地面固定连接，其中电机11与底座4中的支架41固定连接，驱动轴22通过双列角接触球轴承6直接与底座4固定连接。此时，在电机11的输出轴与驱动轴22之间具有一定的高度差，两者之间通过皮带5进行连接。这样，当负载过载时，即当电机11带动驱动轴22转动过载时，可以借助皮带5与皮带轮之间的打滑，对动力单元1和试验单元2进行过载保护，避免由于过载而对整个试验装置造成严重的破坏。
结合图2所示，在本发明中，试验箱21包括壳体211和端盖212，端盖212与壳体211之间通过螺栓可拆卸式固定连接。其中，壳体211为圆柱形结构，并且在壳体211的顶部位置设有进料口213，用于将试验介质通入试验箱21内，在壳体211的底部位置设有出料口214，用于排放试验箱21内的试验介质。其中，在本实施例中，进料口213和出料口214都是通过球阀控制其开闭。
优选的，结合图3所示，在试验箱21的内部设有转盘23。其中，驱动轴22与转盘23的中心位置固定连接，待测试的水力机械过流部件3与转盘23的端面固定连接。进一步优选的，在转盘23的端面上沿圆周方向固定有多个待测试的水力机械过流部件3。这样，在驱动轴22带动转盘23进行圆周方向的转动时，可以通过转盘23同时带动多个水力机械过流部件3进行旋转，实现同时对多个水力机械过流部件3的磨损试验，从而获得在同一工况下的多个试验样本，提高试验的精准度和试验的效率。
其中，在本实施例中，沿转盘23的圆周方向可以设置6个待测试的水力机械过流部件3，这样就可以同时对6件水力机械过流部件3进行磨损试验。此外，这6件待测试的水力机械过流部件3既可以采用相同结构和相同材料的设计，也可以是不同结构和不同材料的设计，例如可以同时对分别采用铸铝、铸铁以及合金钢材质加工而成的水力机械过流部件3进行磨损试验，从而获得不同材质水力机械过流部件3的磨损情况。
此外，结合图4所示，在本发明中，水力机械过流部件3与转盘23之间通过安装盘24连接。其中，安装盘24与待测试水力机械过流部件3之间采用固定连接的方式，安装盘24与转盘23之间通过螺栓固定连接。这样，通过拆卸安装盘24与转盘23之间的连接螺栓，就可以完成对水力机械过流部件3的快速拆装，缩短对水力机械过流部件3的拆装时间，提高试验效率。
其中，在本实施例中，选用离心泵的叶片作为磨损试验的水力机械过流部件3。当完成一个水力机械过流部件3的加工后，将该水力机械过流部件3按其在水力机械中的摆放位置与安装盘24焊接固定，例如对于离心泵中的闭式叶轮来说，就可以将安装盘24作为叶轮中的后盖板，将水力机械过流部件3的一侧面与安装盘24贴牢固定。
同时，在转盘23的端面上还设有安装槽25，用于放置安装盘24，并且安装槽25的深度与安装盘24的厚度相同。这样，将安装盘24置于安装槽25内部后，可以使安装盘24的端面与转盘23的端面位于同一平面，避免在转盘23的端面上出现凸起或凹槽，而对水力机械过流部件3旋转过程中产生的流场产生干涉，进而对磨损试验的精准度产生影响。
进一步优选的，在安装盘24上设有多个沿圆周方向的通孔241，以及在安装槽25的底部设有与通孔241对应的螺纹孔251。其中，在本实施例中，在安装盘24圆周方向上均布有4个通孔241，同时，在安装槽25的底部同样设有4个位置对应的螺纹孔251。这样，在水力机械过流部件3与安装盘24之间位置固定的情况下，可以通过在安装槽25内对安装盘24进行转动，实现对水力机械过流部件3在试验箱21内部与旋转中心之间角度的调整，从而实现对水力机械过流部件3固定位置的精调，使磨损试验更加符合试验要求。此外，在本发明中，通孔241采用沉孔形结构，用于埋放连接螺栓的头部，避免连接螺栓的头部凸起对磨损试验产生影响。
另外，结合图2所示，在壳体211上还设有溢流孔215和测温孔216。其中，溢流孔215位于壳体211的顶部位置，用于限制磨损试验过程中试验箱21内部的最高压力，同时将试验过程中产生的气体及时排出，避免发生气蚀现象，保证磨损试验的精准性和稳定性。测温孔216中设有温度检测设备，用于检测磨损试验过程中试验箱21内部的温度变化，尤其是试验介质的温度变化。
结合图2所示，在壳体211的端部外表面位置还设有冷却腔217，用于对壳体211内部的试验介质进行冷却，防止磨损试验过程中试验介质的温度快速上升，而发生汽化并产生气蚀现象，进而避免由此对试验装置和水力机械过流部件3造成损坏，以及对试验结果产生影响。
此外，结合图1所示，在盖板212的端面上设有观察孔2121，在进行试验的过程中，可以通过观察孔2121对试验箱21内部的情况进行直观的观察监测，以便于在试验过程中随时对水力机械过流部件3的磨损情况进行初步评估。
结合图5所述，采用本发明的水力机械过流部件快速磨损试验装置，对水力机械过流部件3进行磨损试验的具体步骤为：
步骤S1，进行水力机械过流部件的安装。首先，根据试验要求，进行水力机械过流部件3的加工制造，并将其与安装盘24进行固定连接。然后，将安装盘24置于安装槽25内，对待测试的水力机械过流部件3进行角度调整和固定。
其中，在将待测试的水力机械过流部件3安装至试验箱21内部前，可以对其进行试验前的数据测量和记录，例如对其进行外形结构尺寸以及重量的测量和记录，以便于在完成一定时间的磨损试验后进行相同参数的对比分析。
步骤S2，向试验箱中加入试验介质。在完成待测试水力机械过流部件3的安装固定后，将盖板212与壳体211进行密封固定连接，并通过进料口213将试验介质加入到试验箱21中，直至试验箱21内部充满试验介质。
其中，以加入固液两相流的试验介质为例，首先，根据试验要求，借助筛分仪筛选出颗粒粒径合适的磨料，并在硬度测试仪下测试磨料硬度，在SEM扫描电镜下分析磨料形貌；接着，根据试验介质的质量浓度要求，进行磨料与清水之间的调配，并充分搅拌直至均匀；然后，打开进料口213和溢流孔215，将试验介质从进料口213加入到试验箱21中，同时通过溢流孔215排出试验箱21内部的空气，直至试验箱21内部充满试验介质。
步骤S3，进行磨损试验。在完成试压介质的添加后，将进料口213和溢流孔215关闭，同时打开变频器12，对电机11进行启动以及转速设定，通过驱动轴22带动待测试的水力机械过流部件3进行试验介质中旋转。
其中，在试验过程中，可以通过测温孔216中的温度检测设备对试验箱21内部的试验介质温度进行检测，当试验介质的温度上升过快时，通过注水口218和出水口219向冷却腔217中充入冷却水，对试验介质进行降温控制。同时，可以通过观察孔2121对试验箱21的内部情况进行观察，以便于出现意外时可以及时发现并对电机11进行停机操作。
步骤S4，进行水力机械过流部件的拆卸。完成磨损试验后，首先，打开出料口214将试验箱21内部的试验介质全部排出；接着，打开端盖212，拆除固定安装盘24的螺栓，将完成试验的水力机械过流部件3取出；然后，对完成试验的水力机械过流部件3进行后续的清洗和检测分析。
另外，在试验过程中，可以通过出料口214进行试验介质的提取检测，如果试验介质的质量浓度发生变化或磨料发生钝化，可以及时的进行停机，并通过进料口213和出料口214快速进行试验介质的补充更换，以便保证试验介质可以始终满足试验要求，保证试验的精准度。
此外，在需要更换不同试验介质进行磨损试验时，在本发明中只需要通过出料口214将原有的试验介质完全释放后，打开端盖212对壳体211内部残留的试验介质进行清水冲洗，即可完成对原有试验介质的彻底清除。然而现有技术中，在对整个试验系统中的试验介质进行更换时，不仅需要花费大量的时间进行原有试验介质的排放，而且在排放完全后还需要加入大量的清水进行多次循环冲洗，对残留在系统中各个设备内部的试验介质进行清除。这样，与现有技术相比较，在进行试验介质的更换时，本发明不仅操作简单，节省时间，而且可以彻底清除原有试验介质，保证试验的精准度。
Claims (10)
1.一种水力机械过流部件快速磨损试验装置，其特征在于，包括动力单元和试验单元；所示动力单元包括电机，所述试验单元包括驱动轴和试验箱；其中，所述试验箱的内部为密闭空腔结构，用于安装待测试的水力机械过流部件和容纳试验介质，所述驱动轴的一端与所述电机的输出轴连接，另一端伸入所述试验箱内部，与待测试的水力机械过流部件连接。
2.根据权利要求1所述的水力机械过流部件快速磨损试验装置，其特征在于，所述试验箱内部设有转盘，所述驱动轴伸入所述试验箱内并与所述转盘的中心位置固定连接，待测试的水力机械过流部件与所述转盘的端面固定连接。
3.根据权利要求2所述的水力机械过流部件快速磨损试验装置，其特征在于，待测试的水力机械过流部件与所述转盘之间通过安装盘连接；其中，所述安装盘与待测试的水力机械过流部件固定连接，所述转盘的端面上设有安装槽，用于安装所述安装盘，并且所述安装槽的深度与所述安装盘的厚度相同。
4.根据权利要求3所述的水力机械过流部件快速磨损试验装置，其特征在于，所述安装盘与所述转盘之间通过螺栓连接；其中，沿所述安装盘的圆周方向设有多个通孔，在所述安装槽的底部设有多个与所述通孔对应的螺纹孔。
5.根据权利要求4所述的水力机械过流部件快速磨损试验装置，其特征在于，所述安装盘上的通孔为沉孔结构。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的水力机械过流部件快速磨损试验装置，其特征在于，所示电机与所述驱动轴之间通过皮带连接。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的水力机械过流部件快速磨损试验装置，其特征在于，所述试验箱包括壳体和端盖，所述壳体为圆柱形结构并且设有进料口和出料口，所述端盖与所述壳体通过螺栓固定连接。
8.根据权利要求7所述的水力机械过流部件快速磨损试验装置，其特征在于，所述壳体的端部外表面设有冷却腔。
9.根据权利要求7所述的水力机械过流部件快速磨损试验装置，其特征在于，所述壳体上设有溢流孔，并且所述溢流孔位于所述壳体的顶部位置。
10.根据权利要求7所述的水力机械过流部件快速磨损试验装置，其特征在于，所述壳体上设有测温孔，用于安装温度检测设备，对所述试验箱内部的试验介质进行温度检测。
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- 2017-07-10 CN CN201710556914.XA patent/CN107290238B/zh not_active Expired - Fee Related
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