CN113834747B - 液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，包括动力单元、颗粒‑油液混合单元、颗粒‑油液淹没射流单元和测量单元，其利用两组互联的蓄能器将动力单元与已经混合好的含颗粒油液分离，避免泵直接吸入混合液对泵造成磨损，而且较好地实现油液中的颗粒充分均匀化；通过在挡板上布置测压计能够捕获射流过程中含颗粒油液中颗粒对壁面的冲击力大小及分布特征，配合摄像机对颗粒与挡板碰撞过程的记录，能够全面获得液压阀口淹没射流中颗粒‑壁面冲蚀规律。本发明提出的液压阀口淹没射流冲蚀试验方法，主要基于上述液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统实现，操作简便，使用范围广。

Description

液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统及试验方法

技术领域

本发明涉及射流冲蚀研究技术领域，特别是涉及一种液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统及试验方法。

背景技术

冲蚀磨损是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损现象，具体可以描述为固体表面与含有固体颗粒的流体接触做相对运动导致其表面材料发生损耗。冲蚀磨损是现代工业生产中常见的一种磨损形式，是造成机器设备及其零部件损坏报废的重要原因之一。液压系统中的冲蚀磨损属于泥浆型冲蚀，油液裹挟着颗粒以一定速度冲击零件材料表面造成冲蚀磨损，严重影响液压元件及系统的可靠性及使用寿命。

在液压系统中，液压控制阀阀口对于冲蚀最为敏感。在液压口区域由于过流面积的急剧减小，液流流速急剧增大，形成强淹没射流，裹挟在高速油液中的颗粒会对工作面及棱边造成严重冲蚀作用，使得液压控制阀阀口特性退化和控制精度下降。一般对于液压阀口的冲蚀问题，是通过外特性测量和数值仿真来研究液压阀口冲蚀机理及其影响，并没有从液压阀口流域含颗粒油液与壁面的微观作用过程的可视化角度揭示冲蚀机理。

目前，虽然有关于液压阀口淹没射流中颗粒-壁面冲蚀可视化的实验和研究方法，但是存在以下不足：

(1)目前对于含颗粒高压油液的输送方式，其中泵直接吸入混合液的方案中对泵不可避免的存在磨损问题，混砂罐在泵出口掺混方案中颗粒的均匀性不好；

(2)对于入射角的调节装置，现有的喷枪调节方式结构复杂；

(3)现有冲蚀实验中，对于射流颗粒对壁面的冲击力及其分布均未进行测量；

(4)对于实验颗粒的回收与再利用，现有的滤网方案可以实现收集但不能进行再次重复利用。

因此，有必要提出一种新型的关于液压阀口淹没射流中颗粒-壁面冲蚀的研究方案，以克服上述现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统及试验方法，以解决上述现有技术存在的由泵直接吸入混合液对泵造成磨损以及油液中颗粒均匀性较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，包括：

动力单元，所述动力单元包括电机、油箱和泵，所述电机与所述泵连接，所述泵的进口与所述油箱连通；

颗粒-油液混合单元，所述颗粒-油液混合单元包括换向阀、第一电磁阀、第一蓄能器、第二电磁阀、第三电磁阀和第二蓄能器，所述换向阀的进口与所述泵的出口连接，所述泵用于向所述颗粒-油液混合单元提供压力油液；所述换向阀的出口连接有第一支路和第二支路，所述第一支路上设置所述第一蓄能器，所述第二支路上设置所述第二蓄能器，且所述第二蓄能器的两端分别设置所述第一电磁阀和所述第三电磁阀，所述第一蓄能器和所述第二蓄能器用于将所述压力油液与试验颗粒混匀形成含颗粒油液；所述第一支路和所述第二支路并联后与所述第二电磁阀串联；

颗粒-油液淹没射流单元，所述颗粒-油液淹没射流单元包括可视化油箱、喷嘴和挡板，所述挡板设置于所述可视化油箱内；所述喷嘴与所述第二电磁阀连接，以将所述颗粒-油液混合单元内形成的所述含颗粒油液喷射至所述挡板上；

测量单元，所述测量单元包括数据采集系统、测压计和摄像机，所述测压计设置于所述挡板的被喷射板面上，能够测量淹没射流过程中所述含颗粒油液对所述被喷射板面的冲击力大小及分布；所述摄像机用于记录所述可视化油箱内的射流冲蚀过程；所述测压计和所述摄像机均与所述数据采集系统通讯连接。

可选的，所述第一电磁阀、所述第二蓄能器以及所述第三电磁阀沿所述第二支路上的油液流动方向依次设置。所述第一电磁阀用于控制所述第二蓄能器与所述动力单元的通闭，所述第三电磁阀用于控制所述第一支路和所述第二支路之间的通断，主要体现在所述第一蓄能器的上腔与所述第二蓄能器的上腔之间的通断。

可选的，所述换向阀为三位四通电磁阀，其两端交替通电换向，使所述第一蓄能器的上腔与所述第二蓄能器的上腔相互连通，以使得含颗粒油液充分混合。

可选的，所述第一蓄能器和所述第二蓄能器均为皮囊式蓄能器，所述第一蓄能器和所述第二蓄能器均包括上腔和下腔，所述第一蓄能器和所述第二蓄能器能够将所述动力单元的压力油液与含颗粒油液隔离开来。

可选的，所述摄像机为高速摄像机。

可选的，所述电机上配置有变频器，以调节所述电机的转速来改变所述泵的流量。

可选的，所述泵为齿轮泵。

可选的，所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和/或所述第三电磁阀为两位两通电磁阀。

可选的，所述动力单元还包括溢流阀，所述溢流阀的进口与所述泵的出口并联，所述溢流阀的出口回接所述油箱。

可选的，所述泵连接的油箱与所述溢流阀的出口回接的油箱为同一油箱，也可为不同油箱。

可选的，所述颗粒-油液淹没射流单元还包括挡板调节机构，所述挡板安装于所述挡板调节机构上；所述挡板调节机构设置于所述可视化油箱内，其包括：

底板；

第一侧板，所述第一侧板活动安装于所述底板的一端，且所述第一侧板与所述底板垂直；

第二侧板，所述第二侧板活动安装于所述底板的另一端，且所述第二侧板与所述底板垂直；所述挡板设置于所述第二侧板与所述第一侧板之间，且所述挡板的一端与所述第二侧板抵接，所述挡板的另一端与所述第一侧板抵接，通过调节所述第二侧板与所述第一侧板之间的距离，能够调节所述挡板的倾斜角度；

压板，所述压板活动安装于所述第一侧板上，用于抵压所述挡板的与所述第一侧板抵接的一端。

可选的，所述第一侧板与所述第二侧板平行设置，且所述第一侧板的高度高于所述第二侧板。

可选的，所述第一侧板的底部设置有水平固定板，所述水平固定板上开设有条形槽，所述水平固定板通过螺栓副(包括螺栓和与之配合的螺母)固定于所述底板，通过调节所述条形槽相对所述螺栓副的位置，能够调节所述第一侧板在所述底板上的相对安装位置，进而可以调整所述第一侧板和所述第二侧板之间的间距。所述底板的安装所述第一侧板的一端开设有若干用于螺栓穿过的通孔。

可选的，所述第二侧板的底部设置有水平固定板，所述水平固定板上开设有条形槽，所述水平固定板通过螺栓副(包括螺栓和与之配合的螺母)固定于所述底板，通过调节所述条形槽相对所述螺栓副的位置，能够调节所述第二侧板在所述底板上的相对安装位置，进而可以调整所述第一侧板和所述第二侧板之间的间距。所述底板的安装所述第二侧板的一端开设有若干用于螺栓穿过的通孔。

可选的，所述第一侧板上开设有条形槽孔，所述压板通过螺栓副(包括螺栓和与之配合的螺母)固定于所述第一侧板上，旋松螺栓副能够将所述压板沿条形槽孔滑动，以调整所述压板相对所述底板的间距，调整结束后，旋紧螺栓副将此时所述压板的位置固定即可。

可选的，还包括高度调节板，所述高度调节板设置于所述可视化油箱内，用于垫放所述挡板调节机构；所述高度调节板包括多种具备不同厚度且能够相互替换的调节板本体，通过更换不同厚度的所述调节板本体，能够调节所述挡板与所述喷嘴之间的距离。

可选的，所述可视化油箱由透明有机玻璃粘贴而成。

可选的，所述测量单元还包括光源，所述光源与所述数据采集系统通讯连接。

可选的，所述测量单元还包括压力变送器，所述压力变送器与所述喷嘴连接，以检测所述喷嘴入口压力；所述压力变送器与所述数据采集系统通讯连接。

可选的，所述数据采集系统为计算机。

可选的，所述测压计设置有多个；多个所述测压计在所述被喷射板面上呈圆形阵列分布；且所述喷嘴在所述被喷射板面上的入射点位于所述圆形阵列的中心。

可选的，所述测压计为带状压力计。

可选的，还包括颗粒回收单元，所述颗粒回收单元包括磁力颗粒回收器；所述磁力颗粒回收器包括箱体和设置于所述箱体内的磁吸附组件，所述磁吸附组件能够吸附铁质颗粒，以实现对所述试验颗粒的回收。

同时，本发明提出一种基于上述液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统的液压阀口淹没射流冲蚀试验方法，包括：

步骤1、启动所述电机；

步骤2、将所述第一蓄能器和所述第二蓄能器相互连通，以使得所述试验颗粒和所述压力油液充分混合形成所述含颗粒油液；

步骤3、所述喷嘴将所述含颗粒油液喷出并射流到所述挡板上，并通过所述测量单元获取淹没射流过程中所述含颗粒油液内的所述试验颗粒对所述挡板的冲击力大小及分布，同时记录所述含颗粒油液射流过程中所述试验颗粒与所述挡板之间的碰撞过程；

步骤4、重复N次步骤1～3，N≥3；

步骤5、处理分析冲蚀可视化图像及冲击力，获得液压阀口淹没射流过程中所述试验颗粒对所述被喷射板面的冲蚀规律。

可选的，还设置了磁力颗粒回收器；在步骤4和步骤5之间，或者在步骤5之后，通过所述磁力颗粒回收器吸附并回收所述可视化油箱中的所述试验颗粒。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提出的液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，利用两组互联的蓄能器将所述动力单元与已经混合好的含颗粒油液分离，有效保护了泵，避免泵直接吸入混合液对泵造成磨损；另外，在换向阀和颗粒-油液混合单元中其他电磁阀的配合作用下可以较好地实现油液中的颗粒充分均匀化；通过在挡板上布置测压计能够捕获射流过程中含颗粒油液中颗粒(试验颗粒)对壁面(即挡板的被喷射板面)的冲击力大小及分布特征，配合摄像机对颗粒与挡板碰撞过程的记录，能够全面获得液压阀口淹没射流中颗粒-壁面(即挡板的被喷射板面)冲蚀规律。

此外，本发明提出的液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统中，调节机构结构简单合理，可通过调节挡板的倾斜角度方便地实现对喷嘴射流角度的调整，操作简便。通过更换不同厚度的高度调节板可调节喷嘴出口到挡板的距离，进一步提升了本发明上述实验系统的使用灵活度；利用颗粒回收器通过磁性收集铁质颗粒，可实现对试验颗粒的回收，可配合退磁处理将回收的颗粒进行再利用，实用性强。

本发明提出的液压阀口淹没射流冲蚀试验方法，主要基于上述液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统实现，操作简便，使用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例所公开的液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统中挡板调节机构的结构示意图；

图3为本发明实施例所公开的测压计中压力传感器的分布示意图。

其中，附图标记为：1-电机、2-油箱、3-泵、4-溢流阀、5-换向阀、6-第一电磁阀、7-第一蓄能器、7.1-第一蓄能器下腔、7.2-试验颗粒、7.3-第一蓄能器上腔、8-第二电磁阀、9-第三电磁阀、10-第二蓄能器、10.1-第二蓄能器上腔、10.2-第二蓄能器下腔、11-压力变送器、12-喷嘴、13-测压计、13.1-中心压力传感器、13.2-第一圈压力传感器、13.3-第二圈压力传感器、13.4-第三圈压力传感器、13.5-第四圈压力传感器、14-第一侧板、15-压板、16-压板固定螺钉、17-挡板、18-第一侧板固定螺钉、19-底板、20-第二侧板、21-第二侧板固定螺钉、22-高度调节板、23-可视化油箱、24-光源、25-摄像机、26-数据采集系统、27-颗粒回收器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的之一是提供一种液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统及试验方法，以解决现有技术存在的由泵直接吸入混合液对泵造成磨损以及油液中颗粒均匀性较差的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，具体为一种液压阀口淹没射流过程中颗粒(试验颗粒)-壁面(挡板17的被喷射板面)冲蚀可视化实验系统，其包括动力单元、颗粒-油液混合单元、颗粒-油液淹没射流单元、测量单元和颗粒回收单元。其中：

动力单元包括电机1、泵3、油箱2和溢流阀4，电机1与泵3连接，泵3的进口与油箱2接通，泵3的出口与溢流阀4并联，溢流阀4的出口回接油箱2。其中，泵3优选为齿轮泵，与泵3连接的油箱2与溢流阀4的出口回接的油箱2可为同一油箱，也可为不同油箱。

颗粒-油液混合单元包括换向阀5、第一电磁阀6、第一蓄能器7、第二电磁阀8、第三电磁阀9、第二蓄能器10，换向阀5的进口与泵3的出口相接，换向阀5的出口连接有第一支路和第二支路，其中第一支路上设置有第一蓄能器7，第二支路上沿油液流动方向依次设置有第一电磁阀6、第二蓄能器10和第三电磁阀9，颗粒-油液混合单元的出口设置有第二电磁阀8，且第一支路的出口和第二支路的出口并联后与第二电磁阀8串联。其中，换向阀5优选为三位四通电磁换向阀。

颗粒-油液淹没射流单元包括喷嘴12、挡板17、第一侧板14、压板15、压板固定螺钉16、第一侧板固定螺钉18、底板19、第二侧板20、第二侧板固定螺钉21、高度调节板22和可视化油箱23。

测量单元，测量单元包括压力变送器11、带状测压计13、摄像机25、光源24、数据采集系统26。

颗粒回收单元，颗粒回收单元包括颗粒回收器27。

本实施例中，如图1所示，电机1配置有变频器，以调节电机1转速来改泵3的流量，依据压力变送器11测量的喷嘴12的入口压力调节溢流阀4的弹簧预压缩量来改变动力单元的输出压力。

本实施例中，如图1所示，颗粒-油液混合单元中的第一蓄能器7和第二蓄能器10均优选为皮囊式蓄能器，以将动力单元的压力油液与已经混合好的含颗粒油液隔离开来。第一电磁阀6、第二电磁阀8和第三电磁阀9均优选两位两通型电磁开关阀。利用第一蓄能器上腔7.3和第二蓄能器上腔10.1互联将动力单元的压力油液与已经混合好的含颗粒油液分离，有效保护了动力单元。另外，在换向阀5、第一电磁阀6、第二电磁阀8和第三电磁阀9的配合作用下可以较好地实现油液中的颗粒充分均匀化。含颗粒油液的混匀过程如下：

第一蓄能器7和第二蓄能器10均优选为皮囊式蓄能器，皮囊式蓄能器一般中间通过皮囊将蓄能器隔成上下两腔，如第一蓄能器7中的第一蓄能器下腔7.1、第一蓄能器上腔7.3，第二蓄能器10的第二蓄能器下腔10.2、第二蓄能器上腔10.1，试验颗粒最开始可储存于第一蓄能器上腔7.3或第二蓄能器上腔10.1，本实施例是以试验颗粒最初放置在第一蓄能器上腔7.3为例的，如图1中的试验颗粒7.2。当然两个蓄能器的上下两腔都有油液，且各蓄能器下腔都是干净的油液。颗粒混合过程：当换向阀5(三位四通电磁换向阀)左侧电磁铁得电、右侧电磁铁失电，即换向阀5(三位四通电磁换向阀)工作在左位，第二电磁阀8关闭、第三电磁阀9和第一电磁阀6打开时，泵3产生的高压油液将进入第一蓄能器下腔7.1，高压油液驱动第一蓄能器上下腔之间的皮囊向上运动以将动力传递到第一蓄能器上腔7.3的混合液(试验颗粒与高压油液的混合)，混合液(试验颗粒与高压油液的混合)通过第三电磁阀9进入第二蓄能器上腔10.1，同时第二蓄能器下腔10.2的油液通过换向阀5回到油箱2；相反地，当换向阀5右侧电磁铁得电、左侧电磁铁失电，即换向阀5工作在右位，第二电磁阀8关闭、第三电磁阀9和第一电磁阀6打开时，泵3产生的高压油液将进入第二蓄能器下腔10.2，高压油液驱动第二蓄能器上下腔体之间的皮囊向上运动以将动力传递到第二蓄能器上腔10.1的混合液(试验颗粒与高压油液的混合，在该示例中，该混合液是由第一蓄能器上腔7.3传导过来的)，混合液(试验颗粒与高压油液的混合)通过第三电磁阀9进入第一蓄能器上腔7.3，同时第一蓄能器下腔7.1的油液通过换向阀5回到油箱2。如此换向阀5多次交替换向，颗粒-油液混合液在第一蓄能器上腔7.3和第二蓄能器上腔10.1之间来回流动，流动过程中颗粒将在油液中充分混合，形成均匀的冲蚀实验的颗粒-油液介质，即含颗粒油液。含颗粒油液的混合过程与动力单元内的油液分离，能够有效保护动力单元，避免泵直接吸入混合液对泵造成磨损，而且较好地实现油液中的颗粒充分均匀化。

本实施例中，如图1～图2所示，颗粒-油液淹没射流单元中挡板17通过第一侧板14和第二侧板20来限定挡板17位置，可改变挡板17的长度来实现挡板倾角变化，挡板17的一侧通过第二侧板固定螺钉21固定于底板19，挡板17的另一侧通过第一侧板固定螺钉18固定于底板19，底板19放置于高度调节板22上，改变高度调节板22的厚度即可调节挡板17与喷嘴12的距离。挡板17、第一侧板14、第二侧板20、高度调节板22均放置于可视化油箱23内。通过选用不同长度的挡板17或调节第一侧板14和第二侧板20之间的间距均可实现射流角度有级调整，方便快捷，更换不同厚度的高度调节板22可调节喷嘴12出口到挡板17的距离。可视化油箱23优选由透明有机玻璃粘贴而成，便于摄像机25记录颗粒运动轨迹。其中的摄像机25优选为高速摄像机。

本实施例中，如图3所示，测压计13为压力传感器，若干压力传感器可在挡板17的被喷射板面上呈圆形阵列分布。或者测压计13采用带状压力计，其内包含多个压力传感器，且多个压力传感器分布于以喷嘴12在挡板17的被喷射板面的入射点为中心的同心圆上，由内往外分布。作为一种优选方式，如图3所示，带状压力计内设置了中心压力传感器13.1和四圈传感器，中心压力传感器13.1位于喷嘴12在挡板17的被喷射板面的入射点上，四圈传感器分别为第一圈压力传感器13.2、第二圈压力传感器13.3、第三圈压力传感器13.4和第四圈压力传感器13.5，每圈间隔5mm，第一圈压力传感器13.2中测量点(单个传感器)阵列间隔角度为30°，第二圈压力传感器13.3中测量点(单个传感器)阵列间隔角度为20°，第三圈压力传感器13.4和第四圈压力传感器13.5上的测量点(单个传感器)阵列间隔15°。通过在挡板17上布置带状压力计来捕获射流过程中液流-颗粒对壁面的冲击力大小及分布特征。

本实施例中，如图1所示，颗粒回收器27通电产生磁力收集铁质固体颗粒，以回收再利用实验颗粒。作为优选方式，本实施例的颗粒回收器27由电源(电池)、控制电路和电磁铁组成；它是靠电磁铁的原理来工作的，原理类似于电磁继电器，当控制电路接通时，电磁铁有磁性，吸引颗粒(由于试验颗粒多采用铁质颗粒，所以此处以吸附铁质颗粒为主)；当控制电路断电，电磁铁无磁性时，不能吸引颗粒。

本实施例还提出一种基于上述液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统的液压阀口淹没射流冲蚀试验方法，步骤如下：

步骤(1)启动电机1，参照喷嘴12入口压力变送器11的数值调节系统驱动压力，打开摄像机25和光源24，将摄像机25聚焦到喷嘴12正对着的挡板17中心区域；

步骤(2)第二电磁阀8断电，第一电磁阀6和第三电磁阀9通电，换向阀5(此处采用三位四通电磁换向阀)两端交替通电换向，使第一蓄能器上腔7.2与第二蓄能器上腔10.2相互连通，以使得含颗粒油液充分混合；

步骤(3)使换向阀5(此处采用三位四通电磁换向阀)工作到左位，第二电磁阀8通电，第一电磁阀6和第三电磁阀9断电，颗粒从喷嘴12喷出射流到挡板17上，同时使用摄像机25记录颗粒与挡板17在油液中的碰撞过程；

步骤(5)将带状压力计安装在挡板17上，通过数据采集系统26测量淹没射流中颗粒对挡板的冲击力大小及分布；

步骤(6)重复上述步骤N次，N≥3；

步骤(7)使用颗粒回收器27回收可视化油箱23中的颗粒，将回收颗粒加入到第一蓄能器7中，以重复利用；

步骤(8)运用计算机处理分析冲蚀可视化图像及冲击力，获得液压阀口淹没射流中颗粒-壁面冲蚀规律。

本实施例液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统的工作过程具体如下：

启动电机，打开摄像机25和光源24，将摄像机25聚焦到喷嘴12正对着的挡板17中心区域；通过第二电磁阀8断电，第一电磁阀6和第三电磁阀9通电，换向阀5(此处采用三位四通电磁换向阀)两端交替通电换向，使第一蓄能器上腔7.3与第二蓄能器上腔10.2相互连通，以使得含颗粒油液充分混合；使换向阀5(此处采用三位四通电磁换向阀)工作到第二位，第二电磁阀8通电，第一电磁阀6和第三电磁阀9断电，颗粒从喷嘴12喷出射流到挡板17上，同时使用摄像机5记录颗粒与挡板17在油液中的碰撞过程，通过选用不同长度的挡板17可方便地实现射流角度有级调整，更换不同厚度的高度调节板22可调节喷嘴12出口到挡板17的距离；将带状压力计安装在挡板17上，通过数据采集系统26测量淹没射流中颗粒对挡板的冲击力大小及分布；运用颗粒回收器27回收可视化油箱中的颗粒，将回收颗粒退磁处理后可加入到第一蓄能器7中，以重复利用。

由此可见，本发明利用两组互联的蓄能器将驱动部分与混合液分离，有效保护了液压泵及调压阀。另外，在换向阀的配合作用下可以较好地实现油液中的颗粒充分均匀化；通过选用不同长度的挡板可方便地实现射流角度有级调整，更换不同高度的高度调节板可调节喷嘴出口到挡板的距离；通过在挡板上布置带状压力计来捕获射流过程中液流-颗粒对壁面的冲击力大小及分布特征；利用颗粒回收器通过磁性收集铁质颗粒，再经过退磁处理实现实验颗粒的回收与再利用。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，其特征在于，包括：

动力单元，所述动力单元包括电机(1)、油箱(2)和泵(3)，所述电机(1)与所述泵(3)连接，所述泵(3)的进口与所述油箱(2)连通；

颗粒-油液混合单元，所述颗粒-油液混合单元包括换向阀(5)、第一电磁阀(6)、第一蓄能器(7)、第二电磁阀(8)、第三电磁阀(9)和第二蓄能器(10)，所述换向阀(5)的进口与所述泵(3)的出口连接，所述泵(3)用于向所述颗粒-油液混合单元提供压力油液；所述换向阀(5)的出口连接有第一支路和第二支路，所述第一支路上设置所述第一蓄能器(7)，所述第二支路上设置所述第二蓄能器(10)，且所述第二蓄能器(10)的两端分别设置所述第一电磁阀(6)和所述第三电磁阀(9)，所述第一蓄能器(7)和所述第二蓄能器(10)用于将所述压力油液与试验颗粒混匀形成含颗粒油液；所述第一支路和所述第二支路并联后与所述第二电磁阀(8)串联；

颗粒-油液淹没射流单元，所述颗粒-油液淹没射流单元包括可视化油箱(23)、喷嘴(12)和挡板(17)，所述挡板(17)设置于所述可视化油箱(23)内；所述喷嘴(12)与所述第二电磁阀(8)连接，以将所述颗粒-油液混合单元内形成的所述含颗粒油液喷射至所述挡板(17)上；

测量单元，所述测量单元包括数据采集系统(26)、测压计(13)和摄像机(25)，所述测压计(13)设置于所述挡板(17)的被喷射板面上，能够测量淹没射流过程中所述含颗粒油液对所述被喷射板面的冲击力大小及分布；所述摄像机(25)用于记录所述可视化油箱(23)内的射流冲蚀过程；所述测压计(13)和所述摄像机(25)均与所述数据采集系统(26)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，其特征在于，所述第一电磁阀(6)、所述第二蓄能器(10)和所述第三电磁阀(9)沿所述第二支路上的油液流动方向依次设置。

3.根据权利要求1所述的液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，其特征在于，所述动力单元还包括溢流阀(4)，所述溢流阀(4)的进口与所述泵(3)的出口并联，所述溢流阀(4)的出口回接所述油箱(2)。

4.根据权利要求1所述的液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，其特征在于，所述颗粒-油液淹没射流单元还包括挡板调节机构，所述挡板(17)安装于所述挡板调节机构上；所述挡板调节机构设置于所述可视化油箱(23)内，其包括：

底板(19)；

第一侧板(14)，所述第一侧板(14)活动安装于所述底板(19)的一端，且所述第一侧板(14)与所述底板(19)垂直；

第二侧板(20)，所述第二侧板(20)活动安装于所述底板(19)的另一端，且所述第二侧板(20)与所述底板(19)垂直；所述挡板(17)设置于所述第二侧板(20)与所述第一侧板(14)之间，且所述挡板(17)的一端与所述第二侧板(20)抵接，所述挡板(17)的另一端与所述第一侧板(14)抵接，通过调节所述第二侧板(20)与所述第一侧板(14)之间的距离，能够调节所述挡板(17)的倾斜角度；

压板(15)，所述压板(15)活动安装于所述第一侧板(14)上，用于抵压所述挡板(17)的与所述第一侧板(14)抵接的一端。

5.根据权利要求4所述的液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，其特征在于，还包括高度调节板(22)，所述高度调节板(22)设置于所述可视化油箱(23)内，用于垫放所述挡板调节机构；所述高度调节板(22)包括多种具备不同厚度且能够相互替换的调节板本体，通过更换不同厚度的所述调节板本体，能够调节所述挡板(17)与所述喷嘴(12)之间的距离。

6.根据权利要求1所述的液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，其特征在于，所述测量单元还包括：

光源(24)，所述光源(24)与所述数据采集系统(26)通讯连接；

压力变送器(11)，所述压力变送器(11)与所述喷嘴(12)连接，能够检测所述喷嘴(12)的入口压力；所述压力变送器(11)与所述数据采集系统(26)通讯连接。

7.根据权利要求1所述的液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，其特征在于，所述测压计(13)设置有多个；多个所述测压计(13)在所述被喷射板面上呈圆形阵列分布；且所述喷嘴(12)在所述被喷射板面上的入射点位于所述圆形阵列的中心。

8.根据权利要求1所述的液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统，其特征在于，还包括颗粒回收单元，所述颗粒回收单元包括磁力颗粒回收器(27)；所述磁力颗粒回收器(27)包括箱体和设置于所述箱体内的磁吸附组件，所述磁吸附组件能够吸附铁质颗粒，以实现对所述试验颗粒的回收。

9.一种基于权利要求1所述液压阀口淹没射流冲蚀可视化实验系统的液压阀口淹没射流冲蚀试验方法，其特征在于，包括：

步骤1、启动所述电机(1)；

步骤2、将所述第一蓄能器(7)和所述第二蓄能器(10)相互连通，以使得所述试验颗粒和所述压力油液充分混合形成所述含颗粒油液；其中，所述第一蓄能器(7)和所述第二蓄能器(10)均为皮囊式蓄能器，所述第一蓄能器(7)包括第一蓄能器下腔(7.1)和第一蓄能器上腔(7.3)，所述第二蓄能器(10)包括第二蓄能器下腔(10.2)和第二蓄能器上腔(10.1)，试验颗粒(7.2)最开始储存于所述第一蓄能器上腔(7.3)或所述第二蓄能器上腔(10.1)，所述换向阀(5)多次交替换向，颗粒-油液混合液在所述第一蓄能器上腔(7.3)和所述第二蓄能器上腔(10.1)之间来回流动，流动过程中颗粒将在油液中充分混合，形成所述含颗粒油液；

步骤3、所述喷嘴(12)将所述含颗粒油液喷出并射流到所述挡板(17)上，并通过所述测量单元获取淹没射流过程中所述含颗粒油液内的所述试验颗粒对所述挡板(17)的冲击力大小及分布，同时记录所述含颗粒油液射流过程中所述试验颗粒与所述挡板(17)之间的碰撞过程；

步骤4、重复N次步骤1～3，N≥3；

步骤5、处理分析冲蚀可视化图像及冲击力，获得液压阀口淹没射流过程中所述试验颗粒对所述被喷射板面的冲蚀规律。

10.一种基于权利要求9所述的液压阀口淹没射流冲蚀试验方法，其特征在于：还设置了磁力颗粒回收器(27)，在步骤4和步骤5之间，或者在步骤5之后，通过所述磁力颗粒回收器(27)吸附并回收所述可视化油箱(23)中的所述试验颗粒。