CN109030268B - 一种可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，其冲蚀强度、角度随冲蚀区域的切向往复匀速变化而变化，试验中冲蚀颗粒的输送可达到质量精确、稳定、均匀分散的效果，其技术方案为：包括送料单元，送料单元通过送料管道与冲蚀实验单元连通；所述送料单元包括储料桶，储料桶底部设有出料口与空心加料底座连通，出料口处设有可水平转动的送料螺杆，空心加料底座内设有鼓风扇叶；所述冲蚀实验单元包括外壳，外壳内设置试样安装板，试样安装板底部与上下往复运动机构连接，试样安装板顶部与水平转动机构连接。

Description

一种可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构

技术领域

本发明涉及冲蚀磨损试验技术领域，特别是涉及一种可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构。

背景技术

气固两相流冲蚀磨损是指固体表面同含有固体粒子的高速气流接触并做相对运动，使其表面材料发生损耗的过程。在实际作业环境中，许多机械零部件的表面不同位置受到的冲蚀强度、角度往往不同，如：压缩机叶片。这导致了整个叶片因为一小部分被冲蚀破坏而报废，造成巨大浪费。而切向渐变功能梯度涂层则可以很好的解决这个问题，其是一种根据叶片表面各处的受冲蚀强度、角度不同，喷涂材料组元呈现切向梯度变化的抗冲蚀涂层结构。而试验研究这种新型涂层结构的耐冲蚀强度，迫切需要一种新型的可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构。

目前，相关研究人员设计了不同冲蚀磨损试验机用于探究不同材料的抗冲蚀强度。包括，真空中自由落体式、气流喷砂式、旋转臂式、离心加速式等试验装置。但大多都有其局限性和不足：冲蚀强度不可调节或不够准确、冲蚀角度恒定、送料不稳定且不能精确控制、只能对试样某固定区域进行冲蚀试验等，也不能满足切向渐变功能梯度涂层不同位置受冲蚀强度、角度变化的冲蚀磨损试验需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，其冲蚀强度、角度随冲蚀区域的切向往复匀速变化而变化，试验中冲蚀颗粒的输送可达到质量精确、稳定、均匀分散的效果；

进一步的，本发明采用下述技术方案：

一种可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，包括送料单元、冲蚀试验单元，送料单元通过送料管道与冲蚀实验单元连通；

所述送料单元包括储料桶，储料桶底部设有出料口与空心加料底座连通，出料口处设有可水平转动的送料螺杆，空心加料底座内设有鼓风扇叶；

所述冲蚀实验单元包括外壳，外壳内设置试样安装板，试样安装板底部与上下往复运动机构连接，试样安装板顶部与水平转动机构连接。

进一步的，所述送料螺杆与出料口同心设置，送料螺杆顶部通过旋转杆与第一动力装置连接，第一动力装置与控制器连接。

进一步的，所述送料螺杆顶部还设有光轴，光轴外部固定有搅拌叶片，光轴与旋转杆固定连接。

进一步的，所述旋转杆上部通过轴承与固定支架连接，固定支架两端固定于储料桶侧壁。

进一步的，所述储料桶顶部与储料桶盖固定连接，第一动力装置固定于储料桶盖顶部。

进一步的，所述空心加料底座设有中部加料通道，中部加料通道与储料桶的出料口连通，中部加料通道的加料方向与储料桶出料口的出料方向相互垂直。

进一步的，所述中部加料通道一端设有出口与送料管道连通，另一端固定有端盖，所述鼓风扇叶连接于端盖，且鼓风扇叶与第二动力装置连接，第二动力装置与控制器连接。

进一步的，所述中部加料通道包括依次连接的第一等径段、渐变段、第二等径段，鼓风扇叶设置于第一等径段，渐变段的径向尺寸由第一等径段至第二等径段逐渐变小，第二等径段与出口连通。

进一步的，所述储料桶和端盖上均布有气孔。

进一步的，所述外壳侧壁设置吸入式喷枪，送料管道与吸入式喷枪连接。

更进一步的，所述吸入式喷枪还与气流管道连通，气流管道上设有阀门和流量计。

进一步的，所述试样安装板包括板体，板体两侧的上部均设有第一挡块，板体两侧的上部均设有第二挡块，第一挡块穿设有与其垂直的可调夹紧螺栓，可调夹紧螺栓与第二挡块之间夹持试样。

进一步的，所述上下往复运动机构包括竖向设置的凸轮，凸轮与第三动力装置连接，凸轮顶部与滚轮滚动配合，滚轮连接于顶杆并可绕连接处自由转动，顶杆与试样安装板固定连接；第三动力装置与控制器连接。

进一步的，所述凸轮的轴通过轴承与轴承支架连接，轴承支架固定于外壳底部。

进一步的，所述水平转动机构包括滑柱，试样安装板顶部与滑柱固定连接，滑柱侧部带有滑块与滑轨滑动连接，滑轨顶部通过传动轴与第四动力装置连接，第四动力装置与控制器连接。

进一步的，所述滑轨外部套设有防尘保护套筒。

进一步的，所述传动轴外部套设有旋转把手，旋转把手由传动轴向外侧延伸并与导向块连接，导向块底部与弧形导轨滑动连接。

进一步的，所述弧形导轨侧部标有刻度，弧形导轨设置于外壳顶部。

进一步的，所述外壳侧上部设有观察窗。

进一步的，所述外壳底部通过除尘管与除尘器连通，除尘器与排气管连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的可调式气固两相流冲蚀试验机构，送料单元通过送料螺杆和鼓风扇叶的配合，为冲蚀试验单元输送的冲蚀颗粒可以达到精确、稳定、均匀分散的效果。

本发明的可调式气固两相流冲蚀试验机构，冲蚀试验单元的试样安装板由水平转动机构带动转动，可精确的调整试样的冲击角度；试样安装板由上下往复运动机构带动上下运动，使冲蚀区域能切向往复匀速变化。通过控制器对水平转动机构、上下往复运动机构的动力装置进行控制，可实现试验冲蚀强度、角度、冲蚀位置任意组合的试验，满足组分切向梯度变化的材料表面冲蚀试验的需求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构的结构示意图；

图2为送料单元的剖视图；

图3为送料单元的俯视图；

图4为冲蚀实验单元的剖视图；

图5为冲蚀实验单元的俯视图；

图中，1.送料单元，2.阀门，3.气流管道，4.流量计，5.送料管道，6.吸入式喷枪，7.冲蚀实验单元，8.除尘管，9.除尘器，10.排气管，11.空心加料底座，12.储料桶，13.固定支架，14.储料桶盖，15.第一动力装置，16.传动轴，17.牙嵌联轴器，18.轴承端盖，19.轴承套筒，20.旋转杆，21.搅拌叶片，22.送料螺杆，23.鼓风扇叶，24.气孔，25.气孔，26.外壳，27.轴承支架，28.电机传动轴，29.试样安装板，30.可调夹紧螺栓，31.防尘保护套筒，32.旋转把手，33.观察窗，34.滑块，35.滑轨，36.滑柱，37.顶杆，38.滚轮，39.凸轮，40.弧形导轨，41.第二动力装置，42.板体，43.第一挡块，44.第二挡块，45.第三动力装置，46.第四动力装置。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种冲蚀强度、角度随冲蚀区域切向往复匀速变化而变化，输送冲蚀颗粒质量精确、稳定、均匀分散的可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图5所示，提供了一种可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，主要有两部分组成：送料单元1、冲蚀试验单元7，送料单元1通过送料管道5与冲蚀实验单元7连通；两部分组成结构可以配合高速气流、净化除尘装置进行冲蚀试验，即可以与阀门2、气流管道3、流量计4、送料管道5、吸入式喷枪6、除尘管8、除尘器9、排气管10配合使用，完成整个冲蚀实验。

如图2-图3所示，送料单元包括空心加料底座11、储料桶12、固定支架13、储料桶盖14、第一动力装置15、传动轴16、牙嵌联轴器17、轴承端盖18、轴承套筒19、旋转杆20、搅拌叶片21、送料螺杆22、鼓风扇叶23。

空心加料底座11上设有储料桶12，储料桶12底部设有出料口与空心加料底座11连通，出料口处设有可水平转动的送料螺杆22，送料螺杆22与出料口同心设置，送料螺杆22顶部通过旋转杆20与第一动力装置15连接，第一动力装置15与控制器连接。第一动力装置15固定于储料桶盖14顶部，本实施例中第一动力装置采用步进电动机；步进电动机通过传动轴16、牙嵌联轴器17与旋转杆20相连，旋转杆20外套有一对角接触球轴承，通过轴承外的轴承套筒19固定在固定支架13上，固定支架13两端固定于储料桶12侧壁，且轴承外有轴承端盖18，用以固定保护轴承；旋转杆20与送料螺杆22通过螺钉相连，驱动送料螺杆22转动，通过精确控制步进电动机转速来精确控制送料速率。

送料螺杆22外固定有搅拌装置；具体结构设置为：送料螺杆22顶部设有光轴，光轴外部固定有搅拌叶片21，光轴与旋转杆20固定连接。送料螺杆旋转时，搅拌叶片21对储料桶内的冲蚀颗粒进行搅拌。

空心加料底座11内设有中部加料通道，中部加料通道与储料桶12的出料口连通，中部加料通道的加料方向与储料桶12出料口的出料方向相互垂直。中部加料通道一端设有出口与送料管道5连通进而为冲蚀实验单元7输送冲蚀颗粒，另一端固定有端盖，鼓风扇叶23连接于端盖，且鼓风扇叶23与第二动力装置41连接，第二动力装置41与控制器连接，第二动力装置可以采用电动机。第二动力装置带动鼓风扇叶23转动，使送料螺杆22送下的冲蚀粉料在中部加料通道内均匀分散。

中部加料通道包括依次连接的第一等径段、渐变段、第二等径段，鼓风扇叶23设置于第一等径段，渐变段的径向尺寸由第一等径段至第二等径段逐渐变小，第二等径段与出口连通。

储料桶12上均布有气孔25，端盖上均布有气孔24，起到储料桶内调气压的作用。

如图4-图5所示，冲蚀试验单元7包括外壳26、轴承支架27、电机传动轴28、试样安装板29、可调夹紧螺栓30、防尘保护套筒31、旋转把手32、观察窗33、滑块34、滑轨35、滑柱36、可相对转动套筒式连接的顶杆37、滚轮38、凸轮39、旋转导轨40。

外壳26侧壁入口设置吸入式喷枪6，送料管道5与吸入式喷枪6(负压区)连接。吸入式喷枪6还与气流管道3连通，气流管道3上设有阀门2和流量计4。流量计4可以采用玻璃转子流量计。

外壳26内设置尺寸可调的试样安装板29，吸入式喷枪6轴线与试样安装板29轴线垂直；试样安装板29底部与上下往复运动机构连接，试样安装板29顶部与水平转动机构连接。试样安装板通过水平转动机构驱动其转动呈不同角度；试样安装板通过上下往复运动机构驱动其上下移动位置。

试样安装板29包括板体42，板体42两侧的上部均设有第一挡块43，板体42两侧的上部均设有第二挡块44，第一挡块43穿设有与其垂直的可调夹紧螺栓30，可调夹紧螺栓30与第二挡块44之间夹持试样。第一挡块和第二挡块之间形成试样安装板的试样卡槽，且可根据不同的试样尺寸通过旋动螺柱调节卡槽大小。通过转动试样安装板上的一对可调夹紧螺栓，就可以夹紧不同尺寸的试样。

上下往复运动机构包括竖向设置的凸轮39，凸轮39通过电机传动轴28与第三动力装置45连接，凸轮39顶部与滚轮38滚动配合，滚轮38连接于顶杆37并可绕连接处自由转动，滚轮38和顶杆37为可相对转动套筒式连接，顶杆37与试样安装板29固定连接；第三动力装置45与控制器连接。第三动力装置采用步进电机。通过第三动力装置带动凸轮转动，使顶杆上下往复匀速直线运动，凸轮通过阶梯轴与第三动力装置相连。凸轮可以根据不同试样的尺寸更换，满足不同尺寸的试样均能进行冲蚀实验的需求。

凸轮39的轴安装有轴承与轴承支架27，轴承支架27固定于外壳26底部。

水平转动机构包括滑柱36，试样安装板29顶部与滑柱36固定连接，滑柱36侧部带有滑块34与滑轨35滑动连接，滑轨35顶部通过传动轴与第四动力装置46连接，第四动力装置46与控制器连接。第四动力装置采用步进电机。

滑轨35外部套设有防尘保护套筒31，可防止粉尘对滑轨形成损伤。传动轴外部套设有旋转把手32，旋转把手32由传动轴向外侧延伸并与导向块连接，导向块底部与弧形导轨40滑动连接。旋转把手32沿弧形导轨40旋转，进而带动试样安装板29转动。

弧形导轨40侧部标有刻度，弧形导轨40设置于外壳26顶部。外壳26侧上部设有观察窗33。

外壳26底部通过除尘管8与除尘器9连通，除尘器9与排气管10连接。除尘器采用现有技术，在此不再赘述。

试验前，将2个试样对称固定在试样安装板29上，可根据实际试样大小旋动可调夹紧螺栓夹紧固定，视情况更换凸轮39，保证冲蚀颗粒能冲蚀到试样底端到顶端。通过电机控制器调节角度调节旋转把手32在标有刻度的弧形导轨40上的初始位置，使试样表面和吸入式喷枪的喷嘴的轴线成一定的初始冲击角度。同时调节凸轮39的初始转动位置，来选定试样初始受冲击的位置。根据实际试验需求，冲蚀强度、试样各位置冲蚀角度、冲蚀时间，在控制器内相应输入各步进电机的转动速度与时间。

试验时，打开气流阀门，高速干燥气流沿着气流管道3进入吸入式喷枪6，并在喷枪中形成负压区。同时启动各步进电机开关，送料螺杆22开始转动，送料到空心加料底座11内，鼓风扇叶23鼓风，使冲蚀颗粒在空腔内分散均匀化。由于枪内负压作用，颗粒被吸入喷枪并和高速气流混合后，通过喷嘴喷射出来，冲击安装在上下匀速运动并绕竖直轴线转动的试样安装板29上的试样，对试样进行冲蚀磨损实验。

试验过程中通过冲蚀实验单元的观察窗33可以及时观察试样的冲蚀情况，通过控制器调节各动力装置的转速与工作时间，并对各动力装置的转速、时间、试样冲蚀情况做记录，完成一定的冲蚀试验。

当试样的冲蚀情况达到试验要求后，依次关闭控制送料、鼓风、上下运动、旋转运动的步进电动机，关闭气流阀门，停止试验。

经实际操作验证，本发明的气固两相流冲蚀磨损试验机可以在常温下对不同材料的试样进行冲蚀磨损试验。与现有技术相比，具有冲击角度变化，冲蚀区域能切向往复匀速变化，输送冲蚀颗粒精确、稳定、均匀分散，实现冲击角度、冲击位置、冲蚀强度的任意组合，满足组分切向梯度变化的材料表面冲蚀试验需求的特点。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，其特征是，包括送料单元，送料单元通过送料管道与冲蚀实验单元连通；

所述送料单元包括储料桶，储料桶底部设有出料口与空心加料底座连通，出料口处设有可水平转动的送料螺杆，空心加料底座内设有鼓风扇叶，所述送料螺杆与出料口同心设置；

所述冲蚀实验单元包括外壳，外壳内设置试样安装板，试样安装板底部与上下往复运动机构连接，试样安装板顶部与水平转动机构连接；

所述上下往复运动机构包括竖向设置的凸轮，凸轮与第三动力装置连接，凸轮顶部与滚轮滚动配合，滚轮连接于顶杆并可绕连接处自由转动，顶杆与试样安装板固定连接；第三动力装置与控制器连接；所述凸轮的轴通过轴承与轴承支架连接，轴承支架固定于外壳底部；

所述空心加料底座设有中部加料通道，中部加料通道与储料桶的出料口连通，中部加料通道的加料方向与储料桶出料口的出料方向相互垂直。

2.如权利要求1所述的可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，其特征是，所述送料螺杆顶部通过旋转杆与第一动力装置连接，第一动力装置与控制器连接。

3.如权利要求2所述的可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，其特征是，所述送料螺杆顶部还设有光轴，光轴外部固定有搅拌叶片，光轴与旋转杆固定连接；所述旋转杆上部通过轴承与固定支架连接，固定支架两端固定于储料桶侧壁；所述储料桶顶部与储料桶盖固定连接，第一动力装置固定于储料桶盖顶部。

4.如权利要求1所述的可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，其特征是，所述中部加料通道一端设有出口与送料管道连通，另一端固定有端盖，所述鼓风扇叶连接于端盖，且鼓风扇叶与第二动力装置连接，第二动力装置与控制器连接。

5.如权利要求4所述的可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，其特征是，所述中部加料通道包括依次连接的第一等径段、渐变段、第二等径段，鼓风扇叶设置于第一等径段，渐变段的径向尺寸由第一等径段至第二等径段逐渐变小，第二等径段与出口连通；所述储料桶和端盖上均布有气孔。

6.如权利要求1所述的可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，其特征是，所述外壳侧壁设置吸入式喷枪，送料管道与吸入式喷枪连接；所述吸入式喷枪还与气流管道连通，气流管道上设有阀门和流量计；所述外壳底部通过除尘管与除尘器连通，除尘器与排气管连接。

7.如权利要求1所述的可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，其特征是，所述试样安装板包括板体，板体两侧的上部均设有第一挡块，板体两侧的上部均设有第二挡块，第一挡块穿设有与其垂直的可调夹紧螺栓，可调夹紧螺栓与第二挡块之间夹持试样。

8.如权利要求1所述的可调式气固两相流冲蚀磨损试验机构，其特征是，所述水平转动机构包括滑柱，试样安装板顶部与滑柱固定连接，滑柱侧部带有滑块与滑轨滑动连接，滑轨顶部通过传动轴与第四动力装置连接，第四动力装置与控制器连接；所述滑轨外部套设有防尘保护套筒；所述传动轴外部套设有旋转把手，旋转把手由传动轴向外侧延伸并与导向块连接，导向块底部与弧形导轨滑动连接；所述弧形导轨侧部标有刻度，弧形导轨设置于外壳顶部；所述外壳侧上部设有观察窗。