CN109596506A - 一种涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，包括推进器模拟体、驱动设备和若干涂层试片，所述推进器模拟体包括上半导管、下半导管和由所述上半导管和所述下半导管相互对接后形成的整流空间，还包括设于所述整流空间内的转子，所述转子包括与所述整流空间共中轴线的转毂、设于所述转毂的转叶和被所述转叶的顶端支撑的搭载圆环，所述若干涂层试片均匀的分布于所述搭载圆环的外表面，相邻的所述转叶之间镂空以供流体通过，所述驱动设备通过轴系连接所述转毂以驱动其旋转。本发明的有益效果：能够研究、验证和考核不同涂层的抗空蚀、耐高速冲刷性能。
Description
技术领域
本发明涉及船舶涂层材料性能试验装置技术领域，尤其涉及一种涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置。
背景技术
船舶推进器转子在水中高负荷工作时，转子叶片局部压力降低，当降低至临界值以下时，导致爆发式的汽化，水汽通过界面进入气核并使之膨胀，形成气泡，发生空蚀。空蚀一旦产生就会在转子材料表面和推进器材料导管表面形成蜂窝状蚀坑，在空蚀和流体高速冲刷的联合作用下就会造成材料强度的急剧下降，严重影响推进器的使用性能和使用寿命。因此，会在推进器各部件表面敷设涂层作为保护。目前，船舶大型化和高功率化是船舶发展的趋势，船舶推进器的负荷不断增加，对涂层材料的性能要求也越来越高，而抗空蚀、耐高速冲刷性能是船舶推进器涂层材料的一个重要考核指标。
为研究、验证和考核不同涂层的抗空蚀、耐高速冲刷性能，选取性能较优的涂层材料用于工程实践，涂层比对试验是最直接有效的方法，为此需研制专用试验装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，能够研究、验证和考核不同涂层的抗空蚀、耐高速冲刷性能。
本发明的实施例提供一种涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，包括推进器模拟体、驱动设备和若干涂层试片，所述推进器模拟体包括上半导管、下半导管和由所述上半导管和所述下半导管相互对接后形成的整流空间，所述整流空间用于供流体流过，还包括设于所述整流空间内的转子，所述转子包括与所述整流空间共中轴线的转毂、设于所述转毂的转叶和被所述转叶的顶端支撑的搭载圆环，所述若干涂层试片均匀的设置于所述搭载圆环的外表面，流体相邻两转叶之间设有供流体流过的间隙，每一所述涂层试片上均涂有待测涂层材料，所述驱动设备通过轴系连接所述转毂以驱动其旋转从而使其带动所述涂层试片转动形成空蚀以对所述待测涂层材料进行空蚀、耐高速冲刷性能试验。
进一步地，每一所述涂层试片包括弧形主体和设于所述弧形主体相对两端的劈尖形结构，所述弧形主体的上表面和下表面均为圆弧面且相互平行，所述劈尖形结构的下表面亦为圆弧面且和与之对应的所述弧形主体的下表面无缝且无折痕连接以共同组成所述涂层试片的下表面，所述涂层试片的下表面与所述搭载圆环的外表面具有相同的曲率。
进一步地，每一所述劈尖形结构的上、下表面被一螺栓孔贯穿，采用螺栓穿过对应的所述螺栓孔将所述涂层试片固定于所述搭载圆环。
进一步地，所述劈尖形结构的侧壁为连接所述劈尖形结构的上、下表面的平面，且该平面平行于所述搭载圆环的一直径，所述搭载圆环上设有与所述涂层试片一一对应的试片槽，所述涂层试片固定于与之对应的所述试片槽中，且所述劈尖形结构的侧壁与所述试片槽的槽壁具有相同的高度。
进一步地，所述涂层试片与所述转叶一一对应设置，每一所述转叶的中心线穿过与之对应的所述涂层试片的中心。
进一步地，所述上半导管包括上拱形部和位于所述上拱形部相对两侧的均向外翻折的上连接翻边，所述下半导管包括下拱形部和位于所述下拱形部相对两侧的均向外翻折的下连接翻边，所述上连接翻边和所述下连接翻边一一对应，相互对应的所述上连接翻边和所述下连接翻边通过螺栓相互固定而使所述上半导管和所述下半导管相互对接；所述上拱形部由透明材料制成，所述推进器模拟体通过所述下拱形部与机架的刚性连接而被所述机架支撑。
进一步地，所述推进器模拟体还包括设置于所述整流空间的定子，所述定子包括与所述整流空间共中轴线的定毂和均匀的分布于所述定毂的整流片，所述定子与所述下拱形部固定连接，所述轴系可转动的穿过所述定毂与所述转毂连接，所述转毂背向所述定子的一侧设有导流帽。
进一步地，所述整流片的数量多于所述转叶的数量，且所述整流片的底部所在平面垂直于所述转叶的底部所在平面，每一所述整流片的顶部相较于其底部具有偏折或者偏转。
进一步地，所述转子靠近所述整流空间的出口端，所述定子靠近所述整流空间的入口端，所述整流空间为自其入口端至其出口端内径逐渐减小的圆台形结构。
进一步地，所述整流空间的出口端外侧设有水下微型高清摄像机和水下光源，所述水下微型高清摄像机透过透明的所述上拱形部对准所述搭载圆环的外表面，所述水下光源用于为所述水下微型高清摄像机补光；一控制箱连接所述驱动设备、所述水下微型高清摄像机和所述水下光源以为其供电。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，通过将设置有若干所述涂层试片的所述推进器模拟体放置于水中，并使用所述驱动设备驱动所述转子转动来模拟推进器中的转子在工作时其表面的涂层抵抗空蚀、高速冲刷的过程，每一所述涂层试片上可以涂不同的涂层，进而可以同时研究、验证和考核多种不同涂层的抗空蚀、耐高速冲刷性能，为推进器表面涂层的选择提供判断依据。
附图说明
图1中的图(a)、(b)、(c)分别是本发明涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置的侧视图、主视图和俯视图；
图2是推进器模拟体的整体示意图；
图3是推进器模拟体的局部示意图；
图4是涂层试片的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图3，本发明的实施例提供了一种涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，包括推进器模拟体1、驱动设备2和若干涂层试片14。所述若干涂层试片14设置于所述推进器模拟体1中，用于模拟所述推进器模拟体1中转子12的表面涂层，所述驱动设备2用于驱动所述推进器模拟体1中的转子12的转动。所述若干涂层试片14上的涂层可以为同一种涂层，为了提高实验效率，亦可以为不同种的涂层。
具体地，请参考图1至图3，所述推进器模拟体1包括上半导管9、下半导管10和由所述上半导管9和所述下半导管10相互对接后形成的整流空间。所述上半导管9包括上拱形部23和位于所述上拱形部23相对两侧的均向外翻折的上连接翻边24；所述下半导管10包括下拱形部21和位于所述下拱形部21相对两侧的均向外翻折的下连接翻边22。所述上拱形部23和所述下拱形部21除材质不一样外其他的结构特征基本一致。
所述上连接翻边24和所述下连接翻边22一一对应，相互对应的所述上连接翻边24和所述下连接翻边22通过螺栓相互固定而使所述上半导管9和所述下半导管10相互对接；所述上拱形部23由透明材料制成，透过所述上拱形部23可以直接观察所述整流空间的内部特征。所述推进器模拟体1通过所述下拱形部10与机架4的刚性连接而被所述机架4支撑，优选所述下拱形部21由不锈钢制成，具有较大的刚度。所述整流空间包括出口端和入口端，且所述整流空间为自其入口端至其出口端内径逐渐减小的圆台形结构。
所述推进器模拟体1还包括设于所述整流空间内的转子12，所述转子12靠近所述出口端设置，且所述转子12包括与所述整流空间共中轴线的转毂18、设于所述转毂18的转叶17和被所述转叶17的顶端支撑的搭载圆环15，所述若干涂层试片14均匀的分布于所述搭载圆环15的外表面，相邻的所述转叶17之间镂空以供流体通过。所述涂层试片14与所述转叶17一一对应设置，每一所述转叶17的中心线穿过与之对应的所述涂层试片14的中心。本实施例中，所述转叶17具有5片，对应的所述涂层试片14具有5个，所以一次试验最多可同时研究、验证和考核5种不同涂层的抗空蚀、耐高速冲刷性能。所述转叶17与所述搭载圆环15旋转时保持相对静止。之所以使每一所述转叶17的中心线穿过与之对应的所述涂层试片14的中心，原因是该位置更容易发生空蚀，即更具有试验意义。
请参考图3和图4，每一所述涂层试片14包括弧形主体26和设于所述弧形主体26相对两端的劈尖形结构25，所述弧形主体26的上表面和下表面均为圆弧面且相互平行，所述劈尖形结构25的下表面亦为圆弧面且和与之对应的所述弧形主体26的下表面无缝且无折痕连接以共同组成所述涂层试片14的下表面，所述涂层试片14的下表面与所述搭载圆环15的外表面具有相同的曲率，从而每一所述涂层试片14能够和所述搭载圆环15的外表面紧密的贴合。每一所述劈尖形结构25的上、下表面被一螺栓孔16贯穿，采用螺栓穿过对应的所述螺栓孔16将所述涂层试片14固定于所述搭载圆环15，且将螺栓拧入所述螺栓孔16时，不会破坏所述涂层试片14的考核表面。所述劈尖形结构25的侧壁为连接所述劈尖形结构25的上、下表面的平面，且该平面平行于搭载圆环15的一直径，即作为所述劈尖形结构25中高度最薄的侧壁亦具有一定的高度，所述搭载圆环15上设有与所述涂层试片14一一对应的试片槽，所述涂层试片14固定于与之对应的所述试片槽中，且所述劈尖形结构25的侧壁与所述试片槽的槽壁具有相同的高度。从而所述劈尖形结构25的侧壁不会突出或者凹入所述试片槽，进而能够减小在高速旋转时对流体的阻力。。所述劈尖形结构25的上表面为倾斜的平面，其与对应的所述弧形主体26的上表面之间通过折痕连接。优选所述弧形主体26和与之对应的所述劈尖形结构25一体成型。所述劈尖形结构25的结构特征能够减小阻力。
所述推进器模拟体1还包括设置于所述整流空间的定子13，所述定子13靠近所述入口端设置，且所述定子13包括与所述整流空间共中轴线的定毂19和均匀的分布于所述定毂19的整流片20，所述定子13与所述下拱形部21固定连接，一轴系8可转动的穿过所述定毂19与所述转毂18连接，所述转毂18背向所述定子的一侧设有导流帽11，所述驱动设备2连接所述轴系8用于驱动所述轴系8转动。所述整流片20的数量多于所述转叶17的数量，本实施例中所述整流片20的数量为8片，但不以此为限，且所述整流片20的底部所在平面垂直于所述转叶17的底部所在平面，每一所述整流片20的顶部相较于其底部具有偏折或者偏转。所述转子12旋转时，所述定子13静止不动，或者所述定子13上的整流片20与所述转子12同向转动只是转速低于比所述转子12的转速，或者所述定子13上的整流片20相对所述转子20逆向旋转。所述定子13上的所述整流片20在所述转子12转动的过程中起整流的作用。若所述转子12旋转时，所述定子13静止不动，则所述定子13通过位于所述定毂19下方的若干所述整流片20与所述下拱形部21之间的固定连接而与所述下拱形部21固定连接。
所述整流空间的出口端外侧设有水下微型高清摄像机5和水下光源6，所述水下微型高清摄像机5透过透明的所述上拱形部23对准所述搭载圆环15的外表面，故所述转子12旋转时，所述水下微型高清摄像机5能够透过所述上拱形部23拍摄所述搭载圆环15上的所述涂层试片14被空蚀和被高速冲刷的过程。
所述水下光源6用于为所述水下微型高清摄像机5补光，使所述水下微型高清摄像机5能够拍摄出更清晰的图片或者影像。一控制箱3连接所述驱动设备2、所述水下微型高清摄像机5和所述水下光源6以为其供电。
使用时，将所述机架4搭建于试验水池7内，然后通过使所述下拱形部21与所述机架4刚性连接而使所述推进器模拟体1固定于所述机架4且被所述机架4支撑，使所述水下微型高清摄像机5和所述水下光源6安装就位，使所述驱动设备2可转动的穿过所述定毂19与所述转毂18连接，连接所述控制箱3、所述驱动设备2、所述水下微型高清摄像机5和所述水下光源6，将所述控制箱3设置在所述试验水池7岸上，防止其进水损坏，向所述试验水池7内注入足够多的水，将所述推进器模拟体1完全浸没。通过所述控制箱3启动所述驱动设备2，并根据需要设置所述驱动设备2的驱动速度以满足不同流体冲刷速度的要求，所述轴系8将所述驱动设备2的扭矩传递给所述转子12，所述转子12高速旋转并发生空蚀，安装在所述转子12中的所述搭载圆环15上的所述涂层试片14在此条件下接受抗空蚀、耐高速冲刷性能测试。所述水下微型高清摄像机5用于拍摄和记录所述涂层试片14周围的空蚀情况。当试验开始前或者完成后或需更换所述涂层试片14时，取下所述上半导管9即可进行所述涂层试片14的拆卸与安装。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，通过将设置有若干所述涂层试片14的所述推进器模拟体1放置于水中，并使用所述驱动设备2驱动所述转子12转动来模拟推进器中的转子在工作时其表面的涂层抵抗空蚀、高速冲刷的过程，每一所述涂层试片14上可以涂不同的涂层，进而可以同时研究、验证和考核多种不同涂层的抗空蚀、耐高速冲刷性能，为推进器表面涂层的选择提供判断依据。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，其特征在于：包括推进器模拟体、驱动设备和若干涂层试片，所述推进器模拟体包括上半导管、下半导管和由所述上半导管和所述下半导管相互对接后形成的整流空间，所述整流空间用于供流体流过，还包括设于所述整流空间内的转子，所述转子包括与所述整流空间共中轴线的转毂、设于所述转毂的转叶和被所述转叶的顶端支撑的搭载圆环，所述若干涂层试片均匀的设置于所述搭载圆环的外表面，流体相邻两转叶之间设有供流体流过的间隙，每一所述涂层试片上均涂有待测涂层材料，所述驱动设备通过轴系连接所述转毂以驱动其旋转从而使其带动所述涂层试片转动形成空蚀以对所述待测涂层材料进行空蚀、耐高速冲刷性能试验。
2.如权利要求1所述的涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，其特征在于：每一所述涂层试片包括弧形主体和设于所述弧形主体相对两端的劈尖形结构，所述弧形主体的上表面和下表面均为圆弧面且相互平行，所述劈尖形结构的下表面亦为圆弧面且和与之对应的所述弧形主体的下表面无缝且无折痕连接以共同组成所述涂层试片的下表面，所述涂层试片的下表面与所述搭载圆环的外表面具有相同的曲率。
3.如权利要求2所述的涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，其特征在于：每一所述劈尖形结构的上、下表面被一螺栓孔贯穿，采用螺栓穿过对应的所述螺栓孔将所述涂层试片固定于所述搭载圆环。
4.如权利要求3所述的涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，其特征在于：所述劈尖形结构的侧壁为连接所述劈尖形结构的上、下表面的平面，且该平面平行于所述搭载圆环的一直径，所述搭载圆环上设有与所述涂层试片一一对应的试片槽，所述涂层试片固定于与之对应的所述试片槽中，且所述劈尖形结构的侧壁与所述试片槽的槽壁具有相同的高度。
5.如权利要求1所述的涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，其特征在于：所述涂层试片与所述转叶一一对应设置，每一所述转叶的中心线穿过与之对应的所述涂层试片的中心。
6.如权利要求1所述的涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，其特征在于：所述上半导管包括上拱形部和位于所述上拱形部相对两侧的均向外翻折的上连接翻边，所述下半导管包括下拱形部和位于所述下拱形部相对两侧的均向外翻折的下连接翻边，所述上连接翻边和所述下连接翻边一一对应，相互对应的所述上连接翻边和所述下连接翻边通过螺栓相互固定而使所述上半导管和所述下半导管相互对接；所述上拱形部由透明材料制成，所述推进器模拟体通过所述下拱形部与机架的刚性连接而被所述机架支撑。
7.如权利要求6所述的涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，其特征在于：所述推进器模拟体还包括设置于所述整流空间的定子，所述定子包括与所述整流空间共中轴线的定毂和均匀的分布于所述定毂的整流片，所述定子与所述下拱形部固定连接，所述轴系可转动的穿过所述定毂与所述转毂连接，所述转毂背向所述定子的一侧设有导流帽。
8.如权利要求7所述的涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，其特征在于：所述整流片的数量多于所述转叶的数量，且所述整流片的底部所在平面垂直于所述转叶的底部所在平面，每一所述整流片的顶部相较于其底部具有偏折或者偏转。
9.如权利要求7所述的涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，其特征在于：所述转子靠近所述整流空间中流体的出口端，所述定子靠近所述整流空间中流体的入口端，所述整流空间为自其入口端至其出口端内径逐渐减小的圆台形结构。
10.如权利要求9所述的涂层抗空蚀、耐高速冲刷性能试验装置，其特征在于：所述整流空间的出口端外侧设有水下微型高清摄像机和水下光源，所述水下微型高清摄像机透过透明的所述上拱形部对准所述搭载圆环的外表面，所述水下光源用于为所述水下微型高清摄像机补光；一控制箱连接所述驱动设备、所述水下微型高清摄像机和所述水下光源以为其供电。
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