CN111458244B - 一种混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置,包括转盘，驱动装置，流体系统以及可拆卸安装于转盘表面的4件翼型试件；4件翼型试件沿转盘的圆周均匀分布；流体系统包括进水管路、出水管路和储水容器，进水管路上设置有进水泵，转盘设于储水容器内；进水管路包括进水主管以及与进水主管导通的进水支管，进水主管远离储水容器的一端导通连接有一含沙水管，含沙水管远离进水主管的一端导通连接有一泥沙搅拌池；进水支管上设置有第一阀门，含沙水管上设置有第二阀门。本发明提供的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，能够使得空化源与水轮机的实际应用环境的空化源更为契合，从而使得对材料的抗空蚀性能的检测更加精准。

Description

一种混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置

技术领域

本发明属于材料性能测定的技术领域，具体地说，涉及一种混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置。

背景技术

水力机械，广泛应用于电力工业、水利工程、化工工业、航天技术以及生物医学工程等各个行业，是指以液体为工作介质的流体机械。空蚀和泥沙磨损是对水力机械破坏最大，影响水力机械使用寿命的两个主要问题。

空蚀是指水流因局部地区流速增高而产生汽化并由此形成的对水力机械的破坏现象；泥沙磨损是指在水力机械运行过程中介质含有的泥沙、金属杂质及硬质颗粒对过流部件表面产生冲击作用造成材料破坏现象；综合磨蚀即空蚀和泥沙磨损和工作破坏现象。

水轮机是最为重要的水力机械，研究空蚀、泥沙磨损以及磨蚀三者的机理及相互作用关系，更好的模拟水轮机的实际使用环境，是对水轮机材料性能研究的关键。现有的水轮机磨蚀试验装置对水轮机的空蚀研究最常用的方法是采用在旋转转盘上安装条形试件，并在转盘上开设扰流孔以产生空化源的方式，这种方式，采用扰流孔模拟空化源，不能很好的与实际契合，且不能很好的调整水轮机安装状态不同时的空蚀情况，使得对水轮机材料的抗空蚀性能的测定不够精确。

除此之外，现有的试验装置或只能进行空蚀试验，或只能进行磨蚀试验，不能在同一设备上既进行空蚀试验，又进行磨蚀试验，使得对空蚀和磨蚀之间相互影响关系的研究难以在同一条件下研究，进而使得研究不够精准。

发明内容

针对现有技术中上述的不足，本发明目的是提供了一种混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，能够使得空化源与水轮机的实际应用环境的空化源更为契合，从而使得对材料的抗空蚀性能的检测更加精准。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，包括转盘，用以驱动转盘转动的驱动装置，用以提供水流的流体系统以及可拆卸安装于转盘表面的4件翼型试件；4件翼型试件沿转盘的圆周均匀分布；流体系统包括进水管路、出水管路和储水容器，进水管路上设置有进水泵，转盘设于储水容器内；进水管路包括进水主管以及与进水主管导通的进水支管，进水主管远离储水容器的一端导通连接有一含沙水管，含沙水管远离进水主管的一端导通连接有一泥沙搅拌池；进水支管上设置有第一阀门，含沙水管上设置有第二阀门。

进一步地，转盘上还开设有多件扰流孔，一扰流孔靠近一翼型试件设置；扰流孔的中心与翼型试件的安装点距离转盘中心的距离相同。

进一步地，转盘表面开设有多件第一螺纹孔，翼型试件上开设有第二螺纹孔，一翼型试件通过一连接螺栓依次穿过第二螺纹孔与一第一螺纹孔后将该翼型试件与转盘固定连接。

进一步地，第二螺纹孔周围的转盘上设置有角度刻度盘，角度刻度盘的圆心与第二螺纹孔的圆心重合。

进一步地，驱动装置包括驱动电机和传动轴，转盘的中心固定于传动轴远离驱动电机的一端，传动轴水平设置；储水容器与转盘同轴分布，储水容器上方设置有进水口，储水容器下方设置有出水口，进水口和出水口均位于转盘靠近驱动电机的一侧。

进一步地，储水容器包括筒体，设于筒体靠近驱动电机一端的内盖，以及设于筒体远离驱动电机一端的外盖；内盖和外盖均与筒体可拆卸密封连接。

进一步地，内盖和筒体之间、外盖和筒体之间均设置有密封板。

本发明的有益效果是：

本发明的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，在转盘上安装翼型试件，翼型试件具有一定的厚度，其本身就是一个空化源，会对下一个翼型试件造成空蚀破坏，且翼型试件能够产生翼型扰流，能够很好的模拟实际水轮机的叶片产生的翼型扰流，能够使得材料的抗空蚀性能检测更为准确；此外，本发明的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置设置有与进水主管导通的泥沙搅拌池，使得在同一试验装置上能够实现单独的空蚀试验和综合磨蚀试验，从而便于进一步精确的研究材料的抗空蚀性能与抗磨蚀性能之间的关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明专利的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置的部分结构示意图；

图3是本发明实施例的转盘的结构示意图；

图4是本发明实施例的翼型试件的结构示意图；

图5是本发明实施例的安装有翼型试件的转盘的结构示意图。

图标：

11-驱动电机，12-传动轴，13-机械密封，14-设备外壳，15-支座，16- 轴承，17-联轴器，18-储水箱，21-外盖，22-内盖，23-密封板，24-紧固螺钉，25-筒体，26-进水口，27-出水口，30-转盘，31-扰流孔，32-翼型试件， 33-第一螺纹孔，34-第二螺纹孔，35-连接螺栓，42-出水管路，43-进水主管， 44-进水支管，45-含沙水管，46-泥沙搅拌池，47-流量调节计，48-第一阀门， 49-第二阀门。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面结合实施例对本发明的空蚀试验装置、综合磨蚀试验装置及检测方法进行具体说明。

实施例

如附图1-附图5所示，本实施例提供了一种混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，包括转盘30，用以驱动转盘30转动的驱动装置，用以提供水流的流体系统以及可拆卸安装于转盘30表面的4件翼型试件32；4件翼型试件32沿转盘30的圆周均匀分布；流体系统包括进水管路、出水管路42和储水容器，进水管路上设置有进水泵(图中未示出)，进水管路远离储水容器的一端连通有储水箱18，转盘30设于储水容器内。本实施例的翼型试件 32是具有一定厚度的，且翼型试件32设置有不同规格，不同型号的。在实际检测时，可根据需求进行选择。

本实施例混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，其中进行空蚀试验的部分与现有旋转转盘式空蚀试验装置相同，均是由驱动装置带动转盘30转动，使得固定于转盘30上的试件受到空蚀破坏，从而测定试件的抗空蚀性能，与现有技术不同的是，本实施例的空蚀试验装置采用的试件是翼型试件32，这样设计区别于扰流孔31的作用原理，翼型试件32具有一定的厚度，本身就是一个空化源，会对下一个翼型试件32造成空蚀破坏，且翼型试件32 能够产生翼型扰流，能够很好的模拟实际水轮机的叶片产生的翼型扰流，能够使得材料的抗空蚀性能检测更为准确。

上述进水管路包括进水主管43以及与进水主管43导通的进水支管44，进水主管43远离储水容器的一端导通连接有一含沙水管45，含沙水管45 远离进水主管43的一端导通连接有一泥沙搅拌池46；进水支管44上设置有第一阀门48，含沙水管45上设置有第二阀门49。当需要进行单独的空蚀试验时，只需要关闭第二阀门49，打开第一阀门48即可；需要进行综合磨蚀试验时，则需要关闭第一阀门48，打开第二阀门49，并启动泥沙搅拌池46的搅拌装置，使得含沙水流进入储水容器中，对翼型试件32进行空蚀和泥沙磨损的共同破坏。

为了进一步加强扰流的强度以及扰流的复杂性，本实施例还在转盘30 上开设有多件扰流孔31，一扰流孔31靠近一翼型试件32设置；扰流孔31 的中心与翼型试件32的安装点距离转盘30中心的距离相同。开设扰流孔 31后，可以使得扰流孔31产生的空化源与翼型试件32本身产生的空化源共同作用，对翼型试件32的破坏作用进一步加强，更好的测试翼型试件32 的抗空蚀性能。在实际试验过程中，可以根据试验目的选择堵住扰流孔31 或打开扰流孔31。

本实施例实现翼型试件32与转盘30可拆卸连接的具体方式是：转盘 30表面开设有若干第一螺纹孔33，翼型试件32上开设有第二螺纹孔34，一翼型试件32通过一连接螺栓35依次穿过第二螺纹孔34与一第一螺纹孔 33后将该翼型试件32与转盘30固定连接。通过连接螺栓35的连接方式，可以很方便的实现翼型试件32与转盘30和拆卸与安装，且能够保证翼型试件32在转盘30高速旋转过程中能够保持固定稳定。

进一步的，本实施例的第二螺纹孔34周围的转盘30上设置有角度刻度盘(图中未示出)，角度刻度盘的圆心与第二螺纹孔34的圆心重合。在每次进行试验时，均可以根据试验设计将翼型试件32以不同的角度固定，以进一步模拟在不同的翼型安装角度时，翼型试件32的抗空蚀性能。

本实施例的驱动装置包括驱动电机11和传动轴12，转盘30的中心固定于传动轴12远离驱动电机11的一端，传动轴12水平设置；储水容器与转盘30同轴分布，储水容器上方设置有进水口26，储水容器下方设置有出水口27，进水口26和出水口27均设于转盘30靠近驱动电机11的一侧。使用时，水从上方进，从下方出，与水轮机的实际使用环境相同，更进一步使得检测效果精准。

为了使得转盘30、转盘30上的翼型试件32的拆装更为方便，本实施例的储水容器包括容器本体以及与容器本体可拆卸密封连接的外盖21，外盖21设于容器本体远离驱动电机11的一侧。这样，拆装翼型试件32时，只需要打开外盖21，即可方便的操作，检测时，只需要将外盖21与容器本体密封连接即可。进一步地，本实施例的容器本体与传动轴12之间也是可拆卸连接的，所以本实施例的容器本体进一步包括筒体25和固定于泵轴上的内盖22，内盖22与外盖21分设于筒体25的两端，筒体25与内盖22之间、筒体25与外盖21之间均设置有密封板23，内盖22和外盖21均通过若干紧固螺钉24固定在筒体25上。

本实施例的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置还包括有其他结构，包括设于进水管路上的流量调节计47，用于支撑设备的支座15，设备外壳14，设备外壳14与传动轴12之间的轴承16，电机轴与传动轴12之间的联轴器 17，传动轴12与内盖22之间的机械密封13等常规部件。

本实施例的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置用以检测水轮机的抗空蚀性能以及综合磨蚀性能的检测方法如下：

A.单纯的空蚀试验

A1.将翼型试件32清洗干净、烘干并称重，然后将翼型试件32固定在转盘30表面，打开第一阀门48，关闭第二阀门49，启动进水泵，将储水容器注满水，确保储水容器不漏水；

A2.启动驱动装置，先低速转动，赶出储水容器中的气泡，然后缓慢调整转速至设定转速；

A3.转动一定时间后关闭驱动装置，取出翼型试件32，清洗烘干并称重，然后观察翼型试件32的表面变化形态；

为了对翼型试件32材料的抗空蚀性能进行持续检测，可以持续重复上述步骤A1-A3。

B.综合磨蚀试验

B1.向泥沙搅拌池46中加入设计量的泥沙，启动泥沙搅拌池46中的搅拌装置，打开第二阀门49，关闭第一阀门48，启动进水泵，将储水容器灌满含沙水，确保储水容器不漏水；

B2.打开驱动装置，先低速转动，赶出储水容器中的气泡，然后缓慢调整转速至所需转速后停止；

B3.转动一定时间后关闭驱动装置，取出翼型试件32，清洗烘干并称重，然后观察翼型试件32的表面变化形态。

为了对翼型试件32材料的抗磨蚀性能进行持续检测，可以持续重复上述步骤B1-B3。

对比A试验和B试验的结果，可以得知在相同的试验条件下，翼型试件32的单独抗空蚀性能和综合抗磨蚀性能之间的关系，以便于进一步准确的对水力机械的空蚀、泥沙磨损及磨蚀现象之间的关系进行研究。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，其特征在于，包括转盘，用以驱动转盘转动的驱动装置，用以提供水流的流体系统以及可拆卸安装于所述转盘表面的4件翼型试件；4件所述翼型试件沿所述转盘的圆周均匀分布；

所述流体系统包括进水管路、出水管路和储水容器，所述进水管路上设置有进水泵，所述转盘设于所述储水容器内；

所述进水管路包括进水主管以及与所述进水主管导通的进水支管，所述进水主管远离所述储水容器的一端导通连接有一含沙水管，所述含沙水管远离所述进水主管的一端导通连接有一泥沙搅拌池；

所述进水支管上设置有第一阀门，所述含沙水管上设置有第二阀门；

所述转盘上还开设有多件扰流孔，一所述扰流孔靠近一所述翼型试件设置；所述扰流孔的中心与所述翼型试件的安装点距离所述转盘中心的距离相同。

2.根据权利要求1所述的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，其特征在于，所述转盘表面开设有多件第一螺纹孔，所述翼型试件上开设有第二螺纹孔，一所述翼型试件通过一连接螺栓依次穿过所述第二螺纹孔与一所述第一螺纹孔后将该所述翼型试件与所述转盘固定连接。

3.根据权利要求2所述的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，其特征在于，所述第二螺纹孔周围的所述转盘上设置有角度刻度盘，所述角度刻度盘的圆心与所述第二螺纹孔的圆心重合。

4.根据权利要求1所述的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，其特征在于，所述驱动装置包括驱动电机和传动轴，所述转盘的中心固定于所述传动轴远离所述驱动电机的一端，所述传动轴水平设置；

所述储水容器与所述转盘同轴分布，所述储水容器上方设置有进水口，所述储水容器下方设置有出水口，所述进水口和所述出水口均位于所述转盘靠近所述驱动电机的一侧。

5.根据权利要求4所述的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，其特征在于，所述储水容器包括筒体，设于所述筒体靠近所述驱动电机一端的内盖，以及设于所述筒体远离所述驱动电机一端的外盖；所述内盖和所述外盖均与所述筒体可拆卸密封连接。

6.根据权利要求5所述的混流式水轮叶片翼型磨蚀试验装置，其特征在于，所述内盖和所述筒体之间、所述外盖和所述筒体之间均设置有密封板。

Images