CN114659778A - 一种水力机械叶片磨损测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水力机械叶片磨损测试装置及测试方法，该装置包括液体输送单元、固体输送单元、混合介质分离单元和测试单元，液体输送单元通过液体输入口为测试单元输送液体；固体输送单元通过固体输入口为测试单元提供固体颗粒；混合介质分离单元具有输入口和输出口，输入口连接混合介质输出口，输出口连接液体输送单元，用于将固液混合介质进行分离，同时将分离后的液体向液体输送单元输送，以便循环利用。本发明解决了现有技术中在叶片式流体机械叶片磨损测试时，不能根据实际工况进行精准配置，以及不能检测叶片表面的磨损状态的技术问题，试验结果对水力机械在多相介质工况下工作的安全性和高效性具有一定参考价值。

Description

一种水力机械叶片磨损测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及多相流输送装置的风险评估与防护领域，具体涉及一种水力机械叶片磨损测试装置及测试方法。

背景技术

现阶段多相混输技术逐渐成为国内研究的热点，但是随着多相混合介质复杂性不断提高的同时，运输过程中流体机械叶片磨损也会进一步加剧，这将极大的影响流体机械工作的安全性和高效性。

现阶段测试磨损的技术虽然日益成熟，但是常见的测长发、称重法、人工基准法及化学分析法等，均需要对测试试件进行直接接触后，才能检测出试件磨损量。然而目前的流体机械试验台，几乎全部是以清水作为介质，不能根据实际工况配置，不能针对性的测试两相流流动状态对叶片式流体机械叶片的磨损量。

因此，有必要采取新的措施来解决现有技术在叶片式流体机械叶片磨损测试时，不能根据实际工况进行精准配置，不能检测叶片表面的磨损状态的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种叶片式流体机械叶片测试单元及测试方法，用于解决现有技术中在叶片式流体机械叶片磨损测试时，不能根据实际工况进行精准配置，不能检测叶片表面的磨损状态的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种水力机械叶片磨损测试装置，所述装置包括液体输送单元、固体输送单元、混合介质分离单元和测试单元；

所述测试单元包括固液混合容器，所述固液混合容器内部安装有带孔的第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和第二隔板将所述固液混合容器分成第一腔体、第二腔体和第三腔体；

所述固液混合容器的顶部一端处设有固体输入口，所述第二腔体的一侧壁上设有液体输入口，所述第二腔体的另一侧壁上设有混合介质输出口；所述固液混合容器的顶部中心处设有测试叶片的安装孔，所述测试叶片设置在所述第二腔体内，且穿过所述第一隔板及安装孔与测试电动机转轴连接；所述第二腔体的内侧壁上设有固体颗粒浓度传感器及金属颗粒浓度传感器，所述固体颗粒浓度传感器及金属颗粒浓度传感器均连接到控制系统的输入端；

所述液体输送单元，与所述测试单元的液体输入口连接，通过所述液体输入口为所述测试单元输送液体；

所述固体输送单元，与所述测试单元的固体输入口连接，通过所述固体输入口为测试单元提供固体颗粒；

所述混合介质分离单元具有输入口和输出口，所述输入口连接所述混合介质输出口，所述输出口连接所述液体输送单元，用于将固液混合介质进行分离，同时将分离后的液体向液体输送单元输送，以便循环利用。

本发明的有益效果是：固液混合容器内部安装的两个带孔的第一隔板和第二隔板，用以保证两相介质混合的均匀程度；在固液混合容器的内侧壁上设有固体颗粒浓度传感器，可对试验所需的混合介质浓度进行精准自动化配制；同时，在固液混合容器的内侧壁上设有金属颗粒浓度传感器，可实现测试不同浓度混合介质下的叶片磨损情况。试验结果对水力机械在多相介质工况下工作的安全性和高效性具有一定参考价值。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述固体颗粒浓度传感器及金属颗粒浓度传感器位于所述第二隔板上方2-3cm处。

采用上述进一步方案的有益效果是：以保证传感器所监测物质浓度的精确程度。

进一步，所述第一隔板位于固体输入口下方2-3cm，第二隔板位于固液混合介质出口下方2-3cm，所述第一隔板和第二隔板的孔直径均为3cm-5cm。

采用上述进一步方案的有益效果是：以保证两相混合介质混合的均匀性满足要求。

进一步，在所述液体输入口下方设置有用于调节压力大小的第二调节阀，所述第一腔体的上方设有压力表。

采用上述进一步方案的有益效果是：压力表用于测试装置内液压，当液压过大时，可以通过人工开启第二调节阀，从而防止测试装置内液压过大导致安全问题，保证安全，同时，第二调节阀在实验结束时，作为混合介质主要排出通道。

进一步，所述固液混合容器的底部设置有若干可开闭的过滤孔，在所述固液混合容器的底部外设收集盒，用以承接从过滤孔排出来的固料颗粒。

采用上述进一步方案的有益效果是：在试验时，关闭底部的过滤孔，这样可以防止混合介质流出容器外，试验结束后，当第二调节阀无混合介质流出时，打开底部的过滤孔，将沉淀在固液混合容器底部的固料颗粒排出到收集盒内，可对所用的固料进行回收利用。

进一步，所述固液混合容器外壳采用高强度的有机玻璃，以便于使用CCD工业摄像机对测试叶片磨损图像进行获取；所述测试叶片的材质采用具有铁磁性的金属，或采用进行磁化后的材料。

采用上述进一步方案的有益效果是：高强度的有机玻璃在试验时能承受住电动机的震动，且能直接透过有机玻璃看清楚内部的测试叶片，CCD摄像机可直接通过有机玻璃对叶片表面磨损情况进行拍摄，能快捷、无接触的拍摄叶片表面不同形式的磨损状态，并得出其所处的状态，得到的结果为水力机械安全运行提供参考依据，其中，状态包括：第一种：轻微磨损状态，为正常运行创造条件；第二种：稳定磨损状态；磨损更轻微，磨损量低而稳定；第三种：剧烈磨损状态：测试试件有明显的损坏，在测试时发生噪音和震动，说明测试试件即将失效。为了使金属颗粒传感器更好的吸附叶片磨损颗粒，因此测试叶片的材质采用具有铁磁性的金属，或采用进行磁化后的材料。

进一步，所述液体输送单元包括储液箱、液位计、第一调节阀及供液管路单元，所述供液管路单元的输入口连接所述储液箱侧壁底部的输出口，所述供液管路单元的输出口连接所述测试单元的液体输入口，在供液管路单元的输入口设置有第一电磁阀，在供液管路单元输出口依次设置有第二电磁阀及第一电磁流量计，在第一电磁阀及第二电磁阀之间设置有由第一电动机驱动的第一增压泵，所述液位计设置在所述储液箱侧壁，用于测量储液箱的液位高低，所述第一调节阀设置在所述储液箱侧面底部，用于调节储液箱的液位，且所述第一电磁阀、第一电动机及第二电磁阀均连接控制系统的输出端，所述第一电磁流量计连接控制系统的输入端。

采用上述进一步方案的有益效果是：为保障测试装置内液体供给需求，以及为防止在测试过程中测试装置压力过高，需将储液箱内液位维持在液位计2/3处，在储液箱加液体时当液位过高时需人工打开第一调节阀进行液位调节，采用第一电磁流量计和第二电磁流量计，可以通过统计不同进出口流量下混合介质密度，为试验所需的混合介质浓度进行精准自动化配制提供了参考条件。为精确的保证储液箱内液体体积要求，需尽可能避免管路内存积的液体干扰，因此在靠近储液箱出口出安装有第一电磁阀，为了保证第一电磁流量计所监测流量的准确度，须在靠近第一电磁流量计前安装第二电磁阀，以保证测试单元进口流量的准确度，以便更好的统计配制不同浓度混合介质所需的液体进口流量。

进一步，所述混合介质分离单元包括固液分离装置，所述混合介质输出口通过混合管路单元与所述固液分离装置的输入口连接，所述混合管路单元包括第三电磁阀及第二电磁流量计，且所述第三电磁阀连接控制系统的输出端，所述第二电磁流量计连接控制系统的输入端；所述固液分离装置的输出口通过返回管路单元与所述储液箱的输入口相连接，所述返回管路单元包括第四电磁阀及由第二电动机驱动的第二增压泵，且所述第四电磁阀及第二电动机均连接控制系统的输出端。

采用上述进一步方案的有益效果是：分离固液混合介质，回收利用分离介质，降低试验成本。

进一步，所述固体输送单元包括固料箱、安装于所述固料箱外侧的电子显示器以及用于开闭固料箱的固料箱电磁阀，所述固料箱内两侧分别安装有承重板，并在每个承重板下安装有两个压力传感器，所述每个压力传感器连接电子显示屏，用以直接监测固料重量的变化情况；所述固料箱的输出口连接所述测试系统的固体输入口，所述固料箱电磁阀连接控制系统的输出端，所述每个压力传感器均连接控制系统的输入端。

采用上述进一步方案的有益效果是：在人工对固料箱加入固料时，通过观察电子显示屏的示数，控制固料箱内固料的质量，在进行磨损测试时，再通过控制系统依据压力传感器所监测到固料箱内固料质量变化，对固料箱电磁阀的开度进行调节，保证固料输送的充足性以及精确度。

第二方面，提供一种水力机械叶片磨损测试装置进行的测试方法，包括以下步骤：

(1)按预设浓度进行固液两相混合介质的配制；

(2)在预设浓度下，按照目标转速，对测试叶片进行磨损测试；

(3)当磨损测试达到预定时间时，停止试验，根据金属颗粒浓度传感器上传的铁磁性金属颗粒数据，控制系统进行数据计算和分析，得到金属磨损量，以此判断测试叶片在此时间段内的磨损情况，其中，所述金属磨损量计算公式为：

M＝Q·λ_s

式中，Q表示为固液混合容器内混合介质体积，λ_s表示为总金属颗粒磨损浓度，M表示测试叶片磨损量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例一提供的水力机械叶片磨损测试装置示意图；

图2为本发明实施例一提供的测试单元主视图；

图3为本发明实施例一提供的测试单元侧视图及内部器件布局图；

图4为本发明实施例一提供的测试装置底部局部示意图；

图5为本发明实施例一提供的控制系统；

图6为本发明实施例一提供的叶片表面磨损检测系统示意图。

图中：1-试验叶片，2-第三电磁阀，3-第二电磁流量计，4-固料桶，5-固液分离装置，6-第四电磁阀，7-第二增压泵，8-第二电动机，9-第一调节阀，10-储液箱，11-液位计，12-第一电磁阀，13-第一增压泵，14-第一电动机，15-第二电磁阀，16-第一电磁流量计，17-第二调节阀，18-收集盒，19-过滤孔，20-CCD摄像机，21-计算机控制系统，22-补光灯，23-压力传感器，24-固料箱电磁阀，25-固料箱，26-电子显示器，27-承压板，28-测试电动机，29-扭矩仪，30-测试单元，31-压力表，32-第一隔板，33-第二隔板，34-固体颗粒浓度传感器，35-液体输入口，36-第二调节阀进口端，37-金属颗粒浓度传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

为了解决现有技术中在叶片式流体机械叶片磨损测试时，不能根据实际工况进行精准配置，同时，也不能检测叶片表面的磨损状态的技术问题，本发明实施例提供了一种叶片式流体机械叶片测试装置及测试方法，所述装置包括液体输送单元、固体输送单元、混合介质分离单元和测试单元30；所述测试单元30包括固液混合容器，所述固液混合容器内部安装有带孔的第一隔板32和第二隔板33，所述第一隔板32和第二隔板33将所述固液混合容器分成第一腔体、第二腔体和第三腔体；所述固液混合容器的顶部一端处设有固体输入口，所述第二腔体的一侧壁上设有液体输入口35，所述第二腔体的另一侧壁上设有混合介质输出口；所述固液混合容器的顶部中心处设有测试叶片的安装孔，所述测试叶片设置在所述第二腔体内，且穿过所述第一隔板32及安装孔与测试电动机28转轴连接；所述第二腔体的内侧壁上设有固体颗粒浓度传感器34及金属颗粒浓度传感器37，所述固体颗粒浓度传感器34及金属颗粒浓度传感器37均连接到控制系统的输入端；所述液体输送单元，与所述测试单元30的液体输入口35连接，通过所述液体输入口35为所述测试单元30输送液体；所述固体输送单元，与所述测试单元30的固体输入口连接，通过所述固体输入口为测试单元30提供固体颗粒；所述混合介质分离单元具有输入口和输出口，所述输入口连接所述混合介质输出口，所述输出口连接所述液体输送单元，用于将固液混合介质进行分离，同时将分离后的液体向液体输送单元输送，以便循环利用。本发明固液混合容器内部安装的两个带孔的第一隔板和第二隔板，用以保证两相介质混合的均匀程度；在固液混合容器的内侧壁上设有固体颗粒浓度传感器，可对试验所需的混合介质浓度进行精准自动化配制；同时，在固液混合容器的内侧壁上设有金属颗粒浓度传感器，可实现测试不同浓度混合介质下的叶片磨损情况。试验结果对水力机械在多相介质工况下工作的安全性和高效性具有一定参考价值。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

本实施例提供一种水力机械叶片磨损测试装置，如图1至图6所示，该装置包括：液体输送单元、固体输送单元、混合介质分离单元和测试单元30，其中，液体输送单元和测试单元30连接，为测试单元30提供液体；固体输送单元和测试单元30连接，为测试单元30提供固体颗粒，当液体和固体颗粒均被送到测试单元30后，启动测试单元30的测试叶片进行搅拌，当固液混合介质浓度达到试验要求时，提高测试叶片的转速，当达到目标转速时，开始磨损测试；当磨损测试达到预定时间时，停止试验，根据金属颗粒浓度传感器37上传的铁磁性金属颗粒数据，控制系统进行数据计算和分析，得到金属磨损量，以此判断测试叶片此时间段内的磨损情况。

本发明实施例中，测试单元30包括固液混合容器，固液混合容器的形状类似圆柱体，曲面外壳使用的是高强度的有机玻璃，可以直接观测到内部测试叶片。固液混合容器采用现有技术中的结构即可，为了保证进入容器的两相介质混合均匀，在固液混合容器内部安装有带孔的第一隔板32和第二隔板33，第一隔板32和第二隔板33将该固液混合容器分成第一腔体、第二腔体和第三腔体，在固液混合容器的顶部一端处设有固体输入口，在第二腔体的一侧壁上设有液体输入口35，同时，在第二腔体的另一侧壁上设有混合介质输出口；在固液混合容器的顶部中心处设有测试叶片的安装孔，将测试叶片设置在第二腔体内，且穿过第一隔板32及安装孔与测试电动机28转轴连接。为了检测固液混合介质的浓度是否达到预设要求，在第二腔体的内侧壁上设有固体颗粒浓度传感器34，固体颗粒浓度传感器34连接至控制系统的输入端，将实时检测到的浓度数值上传至控制系统。同时，为了检测测试叶片的磨损量，第二腔体的内侧壁上设有金属颗粒浓度传感器37，金属颗粒浓度传感器37连接至控制系统的输入端，将实时检测到的金属磨损数值上传至控制系统。

如图2、图3所示，为了使固题颗粒和液体混合的更充分更均匀，第一隔板32位于固体输入口下方2-3cm，第二隔板33位于固液混合介质出口下方2-3cm，所述第一隔板32和第二隔板33的孔直径均为3cm-5cm。固体颗粒和液体经过测试叶片充分搅拌后，得到的固液混合介质主要集中在第二腔体，为了更精确的测量混合介质的浓度和金属磨损量，将固体颗粒浓度传感器34及金属颗粒浓度传感器37安装于第二隔板33上方2-3cm处，金属颗粒浓度传感器37采用GS-4212，本发明通过金属颗粒浓度传感器37吸附磨损后的铁磁性金属颗粒，使用磁场分析的方法，可直接输出小颗粒以及大颗粒的磨损浓度，并通过控制系统计算及分析，得到测试叶片准确的磨损量。

本发明实施例中，在测试电动机28的转轴上可安装扭矩仪29，可以通过扭矩仪29将转速信号传输到控制系统，控制系统通过分析后将输出信号传输到电动机，使电机输出不同的转速，从而可以在不同转速下进行试验。

本发明实施例中，为了防止进入固液混合容器内的液体压力过大，在第一腔体的上方设有压力表31，用于监测进入固液混合容器内的压力，同时在液体输入口35下方设置有用于调节压力大小的第二调节阀17，当压力表31检测到压力大于预设值时，可以通过人工开启第二调节阀17，从而防止测试单元30内液压过大导致安全问题，以保证安全。

如图4所示，本发明实施例中，在固液混合容器的底部设置有若干可开闭的过滤孔，采用现有技术中的结构即可，在固液混合容器的底部外设收集盒，用以承接从过滤孔排出来的固料颗粒。在试验时，关闭底部的过滤孔，这样可以防止混合介质流出容器外，试验结束后，当第二调节阀无混合介质流出时，打开底部的过滤孔，将沉淀在固液混合容器底部的固料颗粒排出到收集盒内，可对所用的固料进行回收利用。

如图5所示，在本申请中，控制系统可采用PLC控制系统、单片机系统或计算机控制系统21中的一种或几种。其中，压力传感器23、第一电磁流量计16、第二电磁流量计3、扭矩仪29、固体颗粒浓度传感器34及金属颗粒浓度传感器37均为检测信号输入到控制系统的输入端，固料箱电磁阀24、第一电磁阀12、第二电磁阀15、第三电磁阀2、第四电磁阀6、第一电动机14、第二电动机8及测试电动机28均由控制系统输出控制信号进控制。在本发明中设置第一电磁流量计16、第二电磁流量计3的目的是因为混合介质密度与液体进口流量，混合出口流量都具有相关性，可以通过统计不同进出口流量下混合介质密度，为配置不同混合介质密度做参考。在本发明中设置第一电磁阀12、第二电磁阀15的目的是由于供液管路单元的进口管路较长，为精确的保证储液箱内液体体积要求，需尽可能避免管路内存积的液体干扰，因此需要在靠近储液箱出口出安装有第一电磁阀12，为了保证第一电磁流量16计所监测流量的准确度，须在靠近第一电磁流量16计前安装第二电磁阀15保证测试单元进口流量的准确度，更好的统计配制不同浓度混合介质所需的液体进口流量。

如图6所示，本发明实施例中，为了便于对测试叶片磨损图像进行获取，固液混合容器外壳采用高强度的有机玻璃。通过固液混合容器的有机玻璃外壳，采用摄像机对叶片表面磨损情况进行拍摄，拍摄的图像由采集卡进行A/D信号的转换，即将光信号转变为电信号，再将电信号转换为电子计算机识别的数字图像信息，其次结合现有的数字图像处理技术对图像进行相应的处理，从而快速、直接的反映出叶片磨损信息，并得出其所处的状态，得到的结果为水力机械安全运行提供参考依据，其中，状态包括：第一种：轻微磨损状态，为正常运行创造条件；第二种：稳定磨损状态；磨损更轻微，磨损量低而稳定；第三种：剧烈磨损状态：测试试件有明显的损坏，在测试时发生噪音和震动，说明测试试件即将失效。

本发明实施例中，拍摄叶片表面磨损情况的相机采用CCD摄像机20，支持最大分辨率3968×2232的图像拍摄，传感器尺寸为2/3英寸，像元尺寸为2.5微米，具有方便快捷、无接触，可以精确的检测叶片上不同形式的磨损状态的优点。缺点是光学设备对环境要求高，易受环境光的影响，因此需要尽可能的合适的调整补光灯22的位置；本发明相机镜头型号采用M0814-MP2，镜头焦距为8mm，光圈大小为1.4-1.6C，接口为C型接口，视角水平56.3°，工作距离为100-900mm范围内；CCD工业摄像机获取测试叶片表面图像后，采用数字图像处理可以快速直接的反映出叶片表面的磨损信息。

本发明实施例中，为了能使金属颗粒浓度传感器37更好的检测磨损量，测试叶片的材质采用具有铁磁性的金属，或采用进行磁化后的材料。

本发明实施例中，液体输送单元包括储液箱10及供液管路单元，供液管路单元的输入口连接储液箱10侧壁底部的输出口，供液管路单元的输出口连接测试单元30的液体输入口35，在供液管路单元的输入口设置有第一电磁阀12，在供液管路单元输出口依次设置有第二电磁阀15及第一电磁流量计16，在第一电磁阀12及第二电磁阀15之间设置有由第一电动机14驱动的第一增压泵13，第一电磁阀12、第一电动机14及第二电磁阀15均连接控制系统的输出端，所述第一电磁流量计16连接控制系统的输入端。当液体输送单元向测试单元30供液时，控制系统输出控制信号依次打开第一电磁阀12、第一电动机14及第二电磁阀15，使储液箱10内的液体流向测试单元30的固液混合容器，当流过第一电磁流量计16的液体流量满足预设要求时，控制系统输出控制信号关闭第一电磁阀12、第一电动机14及第二电磁阀15。

在测试过程中，为了防止测试装置压力过高以及随时能满足测试条件，需要使储液箱10内的液位高度满足要求，因此在储液箱10侧壁上设置有液位计11，使储液箱10内液位维持在液位计112/3处，在储液箱10侧面底部设置第一调节阀9，当储液箱10内液位过高时，可采用人工手动打开第一调节阀9进行液位调节。

本发明实施例中，混合介质分离单元包括固液分离装置5，混合介质输出口通过混合管路单元与固液分离装置5的输入口连接，混合管路单元包括第三电磁阀2及第二电磁流量计3，且第三电磁阀2连接控制系统的输出端，第二电磁流量计3连接控制系统的输入端。为了回收利用分离介质，降低试验成本，在固液分离装置5的输出口通过返回管路单元与储液箱10的输入口相连接，返回管路单元包括第四电磁阀6及由第二电动机8驱动的第二增压泵7，且第四电磁阀6及第二电动机8均连接控制系统的输出端。待混合介质液位浸没第一隔板32上方3-4cm时，开启第三电磁阀2、第四电磁阀6，起动第二电动机8，驱动第二增压泵7开始工作。在测试完毕后，将固液分离装置5里沉淀的固料用固料桶4收集，以便下次测试用。

本发明实施例中，固体输送单元包括固料箱25、安装于固料箱25外侧的电子显示器26以及用于开闭固料箱25的固料箱电磁阀24，固料箱25内两侧分别安装有承重板，并在每个承重板下安装有两个压力传感器23，每个压力传感器23连接电子显示屏，用以直接监测固料重量的变化情况；固料箱25的输出口连接所述测试系统的固体输入口，固料箱电磁阀24连接控制系统的输出端，每个压力传感器23均连接控制系统的输入端。在人工对固料箱25加入固料时，通过压力传感器23测量测量固料箱25内固料的质量，并传递给控制系统，同时通过电子显示屏显示测量值，在进行磨损测试时，再通过控制系统依据压力传感器23所监测到固料箱25内固料质量变化，对固料箱电磁阀24的开度进行调节，保证固料输送的充足性以及精确度。

第二方面，本发明提供了一种水力机械叶片磨损测试装置进行的测试方法，包括以下步骤：

(1)按预设浓度进行固液两相混合介质的配制；

本步骤在操作过程中，具体的实施过程为：

关闭第三电磁阀2、第四电磁阀6、第一调节阀9、第二调节阀17及固料箱电磁阀24，开启第一电磁阀12、第二电磁阀15，启动第一电动机14，使之驱动第一增压泵13开始工作，当液体达到固液混合容器容积的二分之一时，打开固料箱电磁阀24，开始固料的输送，压力传感器23将固料重量变化传递到电子显示屏进行显示，判断所输送固料的重量，并启动测试电动机28，使测试叶片进行低速搅拌，待混合介质液位浸没第一隔板32上方3-4cm时，开启第三电磁阀2、第四电磁阀6，并启动第二电动机8，驱动第二增压泵7开始工作；对固体颗粒浓度传感器34反馈给控制系统的信号进行分析，以及通过监测第二电磁流量计3示数来调整固料箱电磁阀24、第二电磁阀15的开度，来调整混合介质的浓度，使固液混合介质浓度达到试验要求。

(3)在预设浓度下，按照目标转速，对测试叶片进行磨损测试；

本步骤在操作过程中，具体的实施过程为：

待固液混合介质浓度达到试验要求时，监测扭矩仪29反馈给控制系统的信号，对测试电动机28进行控制，提高测试叶片的转速，当达到目标转速时，开始磨损测试。

(3)当磨损测试达到预定时间时，停止试验，根据金属颗粒浓度传感器37上传的铁磁性金属颗粒数据，控制系统进行数据计算和分析，得到金属磨损量，以此判断测试叶片此时间段内的磨损情况，其中，所述金属磨损量计算公式为：

M＝Q·λ_s

式中，Q表示为固液混合容器内混合介质体积，λ_s表示为总金属颗粒磨损浓度，M表示测试叶片磨损量。

本步骤在操作过程中，具体的实施过程为：当对测试叶片进行磨损测试时，以固定时间段为一个周期进行试验，通过金属颗粒浓度传感器37吸附磨损后固液混合容器内的铁磁性金属颗粒，并使用磁场分析的方法，可直接输出小颗粒以及大颗粒的磨损浓度，并在控制系统进行数据计算和分析，得到较为精确的金属磨损量，以此判断测试叶片不同时间段内的磨损情况。

另外，在每个时间段磨损试验结束后，关闭第三电磁阀2、第四电磁阀6、第一电磁阀12、第二电磁阀15、第二电动机8、第一电动机14及测试电动机28，开启第二调节阀17，将混合介质排出，当第二调节阀无混合介质流出时，打开过滤孔，将沉淀在固液混合容器底部的固体颗粒排出到收集盒内，当固液混合容器内无混合介质时，调整CCD相机和补光灯22的位置进行图像采集，再结合现有的数字图像处理技术对图像进行相应的处理，可以快速直接的反应出叶片磨损信息。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种水力机械叶片磨损测试装置，其特征在于，所述装置包括液体输送单元、固体输送单元、混合介质分离单元和测试单元；

所述测试单元包括固液混合容器，所述固液混合容器内部安装有带孔的第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和第二隔板将所述固液混合容器分成第一腔体、第二腔体和第三腔体；

所述固液混合容器的顶部一端处设有固体输入口，所述第二腔体的一侧壁上设有液体输入口，所述第二腔体的另一侧壁上设有混合介质输出口；所述固液混合容器的顶部中心处设有测试叶片的安装孔，所述测试叶片设置在所述第二腔体内，且穿过所述第一隔板及安装孔与测试电动机转轴连接；所述第二腔体的内侧壁上设有固体颗粒浓度传感器及金属颗粒浓度传感器，所述固体颗粒浓度传感器及金属颗粒浓度传感器均连接到控制系统的输入端；

所述液体输送单元，与所述测试单元的液体输入口连接，通过所述液体输入口为所述测试单元输送液体；

所述固体输送单元，与所述测试单元的固体输入口连接，通过所述固体输入口为测试单元提供固体颗粒；

所述混合介质分离单元具有输入口和输出口，所述输入口连接所述混合介质输出口，所述输出口连接所述液体输送单元，用于将固液混合介质进行分离，同时将分离后的液体向液体输送单元输送。

2.根据权利要求1所述的水力机械叶片磨损测试装置，其特征在于，在所述液体输入口下方设置有用于调节压力大小的第二调节阀，所述第一腔体的上方设有压力表。

3.根据权利要求1或2所述的水力机械叶片磨损测试装置，其特征在于，所述固液混合容器的底部设置有若干可开闭的过滤孔。

4.根据权利要求1所述的水力机械叶片磨损测试装置，其特征在于，所述第一隔板位于固体输入口下方2-3cm，第二隔板位于固液混合介质出口下方2-3cm，所述第一隔板和第二隔板的孔直径均为3cm-5cm。

5.根据权利要求1所述的水力机械叶片磨损测试装置，其特征在于，所述固体颗粒浓度传感器及金属颗粒浓度传感器位于所述第二隔板上方2-3cm处。

6.根据权利要求1所述的水力机械叶片磨损测试装置，其特征在于，所述固液混合容器外壳采用有机玻璃；所述测试叶片的材质采用具有铁磁性的金属，或采用进行磁化后的材料。

7.根据权利要求1所述的水力机械叶片磨损测试装置，其特征在于，所述液体输送单元包括储液箱、液位计、第一调节阀及供液管路单元，所述供液管路单元的输入口连接所述储液箱侧壁底部的输出口，所述供液管路单元的输出口连接所述测试单元的液体输入口，在供液管路单元的输入口设置有第一电磁阀，在供液管路单元输出口依次设置有第二电磁阀及第一电磁流量计，在第一电磁阀及第二电磁阀之间设置有由第一电动机驱动的第一增压泵，所述液位计设置在所述储液箱侧壁，用于测量储液箱的液位高低，所述第一调节阀设置在所述储液箱侧面底部，用于调节储液箱的液位，且所述第一电磁阀、第一电动机及第二电磁阀均连接控制系统的输出端，所述第一电磁流量计连接控制系统的输入端。

8.根据权利要求1所述的水力机械叶片磨损测试装置，其特征在于，所述混合介质分离单元包括固液分离装置，所述混合介质输出口通过混合管路单元与所述固液分离装置的输入口连接，所述混合管路单元包括第三电磁阀及第二电磁流量计，且所述第三电磁阀连接控制系统的输出端，所述第二电磁流量计连接控制系统的输入端；所述固液分离装置的输出口通过返回管路单元与所述储液箱的输入口相连接，所述返回管路单元包括第四电磁阀及由第二电动机驱动的第二增压泵，且所述第四电磁阀及第二电动机均连接控制系统的输出端。

9.根据权利要求1所述的水力机械叶片磨损测试装置，其特征在于，所述固体输送单元包括固料箱、安装于所述固料箱外侧的电子显示器以及用于开闭固料箱的固料箱电磁阀，所述固料箱内两侧分别安装有承重板，并在每个承重板下安装有两个压力传感器，所述每个压力传感器连接电子显示屏，用以直接监测固料重量的变化情况；所述固料箱的输出口连接所述测试系统的固体输入口，所述固料箱电磁阀连接控制系统的输出端，所述每个压力传感器均连接控制系统的输入端。

10.利用权利要求1～9所述的水力机械叶片磨损测试装置进行的测试方法，包括以下步骤：

(1)按预设浓度进行固液两相混合介质的配制；

(2)在预设浓度下，按照目标转速，对测试叶片进行磨损测试；

(3)当磨损测试达到预定时间时，停止试验，根据金属颗粒浓度传感器上传的铁磁性金属颗粒数据，控制系统进行数据计算和分析，得到金属磨损量，以此判断测试叶片在此时间段内的磨损情况，其中，所述金属磨损量计算公式为：

M＝Q·λ_s

式中，Q表示为固液混合容器内混合介质体积，λ_s表示为总金属颗粒磨损浓度，M表示测试叶片磨损量。

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