CN203025059U

CN203025059U - 一种多相冲蚀模化试验装置

Info

Publication number: CN203025059U
Application number: CN 201220749208
Authority: CN
Inventors: 张显程; 王建; 涂善东; 轩福贞; 耿燮; 隋建峰
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2022-12-31

Abstract

本实用新型提供了一种多相冲蚀模化试验装置，该装置包括：用于放置所述试件的试验平台系统；以及多相均匀混合系统，其第一输入口与一提供高温高压蒸汽的蒸汽添加系统的输出口连通，其第二输入口与一提供微颗粒的微颗粒添加系统的输出口连接，其第三输入口与一提供液相水的液相水添加系统的输出口连接，其输出口向所述试件喷射均匀混合后的所述高温高压蒸汽、微颗粒和液相水。本实用新型的装置可将不同配比的高温高压蒸汽、微颗粒和液相水均匀混合成多相混合物并使用该多相混合物冲射所述试件，以完成试件在高温高压高速冲蚀下的模化试验。

Description

一种多相冲蚀模化试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种材料测试装置，尤其涉及一种多相冲蚀模化试验装置。

背景技术

汽轮机是通过高温高压蒸汽的膨胀来推动叶轮旋转做功的旋转动力机械。叶片作为汽轮机最重要的关键零件之一，其工作环境非常恶劣，需要在高温下以及在微颗粒高速撞击下工作。因此，在工作过程中，叶片的事故发生率高达汽轮机总事故发生率的40%。这些事故主要发生在低压部分，尤其是发生在低压末级部分，这是由于蒸汽湿度大，且含有固体微颗粒，叶片很容易受到冲蚀破坏。因此，有必要提供一种与其工作环境相同的模拟环境，以研究叶片在这种环境下受到的各种因素的影响，从而为叶片的防护提供理论依据。

在申请号为200710018830.7、发明名称为“汽轮机叶片水蚀试验装置”的发明专利中，采用了高速旋转的叶片和水滴之间的碰撞来模拟汽轮机低压缸中水滴高速撞击叶片所造成的叶片水蚀，但是该发明无法模拟汽轮机末级叶片在高温高压下以及在固体微颗粒撞击下的试验环境。另外，申请号为201020123581.5、实用新型名称为“一种水蚀试验装置”的专利提供了一种通过高压脉冲水射流与试件的碰撞来模拟汽轮机末级叶片所遭受到的水蚀试验装置，但是其无法模拟汽轮机末级叶片在高温高压下以及在固体微颗粒撞击下的湿蒸汽环境。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种可以真实模拟汽轮机末级叶片所处的工作环境的多相冲蚀模化试验装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种多相冲蚀模化试验装置，用于为试件提供多相冲蚀模拟试验环境，其中，该装置包括：

用于放置所述试件的试验平台系统；以及

多相均匀混合系统，其第一输入口与一提供高温高压蒸汽的蒸汽添加系统的输出口连通，其第二输入口与一提供微颗粒的微颗粒添加系统的输出口连接，其第三输入口与一提供液相水的液相水添加系统的输出口连接，其输出口向所述试件喷射均匀混合后的所述高温高压蒸汽、微颗粒和液相水。

前述一种多相冲蚀模化试验装置，其中，所述多相均匀混合系统包括带有所述第一输入口、第二输入口和第三输入口的直管、与该直管的输出口连通的倒锥形管以及设置在该倒锥形管输出口的用于喷射均匀混合后的所述高温高压蒸汽、微颗粒和液相水的第一喷嘴。

前述一种多相冲蚀模化试验装置，所述蒸汽添加系统包括依次连接的蒸汽发生器、第一流量调节阀和第一流量计，其中，所述第一流量计的输出口与所述第一输入口连接。

前述一种多相冲蚀模化试验装置，其中，所述微颗粒添加系统包括依次连接的单向阀、第二流量调节阀、第二流量计和微颗粒添加装置，其中，所述单向阀的输入口与所述蒸汽发生器的输出口连接，所述微颗粒添加装置插入所述第二输入口内。

进一步地，所述微颗粒添加装置包括微颗粒添加器以及与该微颗粒添加器的输出口连通并且插入所述第二输入口的微颗粒添加管，所述第二流量计的输出口与所述微颗粒添加管连通。

优选地，所述微颗粒添加系统还包括设置在所述微颗粒添加管的输出口下方的锥形挡块。

优选地，所述微颗粒添加器包括用于容置所述微颗粒的腔体、设置在所述腔体中的螺纹杆以及驱动所述螺纹杆转动以使所述微颗粒输出的步进电机，其中，所述腔体包括与所述螺纹杆的直径匹配的下端部分、直径大于所述螺纹杆的直径的上端部分以及连接在所述上端部分和所述下端部分之间的过渡部分。

进一步地，所述微颗粒添加器还包括设置在所述螺纹杆外缘的搅拌叶。

前述一种多相冲蚀模化试验装置，其中，所述液相水添加系统包括依次连接的供水装置、计量泵和雾化喷嘴，其中，所述雾化喷嘴伸入所述第三输入口内。

前述一种多相冲蚀模化试验装置，其中，所述试验平台系统包括冲蚀室箱体、可升降地设置在所述冲蚀室箱体中的试件升降台、位于所述试件升降台顶面的用于放置试件的试件俯仰台。

进一步地，所述试件俯仰台一端固定连接至所述试件升降台的顶面，另一端通过一用于调节俯仰角度的支撑杆支撑在所述试件升降台的顶面上。

优选地，所述试验平台系统还包括设置在冲蚀室箱体内并位于所述第一喷嘴下方的活动挡板。

进一步地，所述试验平台系统还包括与冲蚀室箱体连通的温湿度传感器。

前述一种多相冲蚀模化试验装置，其中，该装置还包括一与所述试验平台系统连通的尾气处理系统。

进一步地，所述尾气处理系统包括通过排气管依次连接的过滤器、第三流量调节阀和泄压阀，其中，所述过滤器与所述试验平台系统连通。

进一步地，所述尾气处理系统还包括用于冷却所述排气管的冷却水箱。

综上所述，本实用新型的多相冲蚀模化试验装置通过多相均匀混合系统可以将不同配比的高温高压蒸汽、固体微颗粒和液相水进行均匀混合，并使该均匀混合后的混合物质冲射试件，以完成在高温高压环境下对试件进行高速冲蚀的模化试验；同时利用蒸汽添加系统、微颗粒添加系统和液相水添加系统可以分别改变高温高压蒸汽、固体微颗粒和液相水的含量，从而得到试件的变形行为、裂纹扩展情况随各种因素的变化关系，进而为试件的冲蚀防护提供定量数据。

附图说明

图1是本实用新型一种多相冲蚀模化试验装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型中微颗粒添加装置的结构示意图；

图3是本实用新型中多相均匀混合系统的结构示意图；

图4是本实用新型中试验平台系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的功能、特点。

如图1所示，本实用新型提供的用于为试件提供高温高速多相冲蚀模拟试验环境的多相冲蚀模化试验装置包括提供高温高压蒸汽的蒸汽添加系统、提供微颗粒的微颗粒添加系统、提供液相水的液相水添加系统、用于放置试件的试验平台系统、多相均匀混合系统以及用于将试验平台系统中的废气排出的尾气处理系统，其中，该多相均匀混合系统的第一输入口17与蒸汽添加系统的输出口连通，第二输入口16与微颗粒添加系统的输出口连接，第三输入口19与液相水添加系统的输出口连接，该多相均匀混合系统的输出口向待测的试件喷射均匀混合后的高温高压蒸汽、微颗粒和液相水的多相混合物。

下面分别对各个系统进行详细描述：

如图1所示，蒸汽添加系统包括通过主蒸汽管5依次连接的蒸汽发生器4、第一流量调节阀6和第一流量计14，且该第一流量计14的输出口通过该主蒸汽管5与第一输入口17连接，其中，蒸汽发生器4用于产生高温高压蒸汽；第一流量调节阀6用于调节主蒸汽管5中的蒸汽流量；第一流量计14用于获取主蒸汽管5中的当前蒸汽流量。在本实施例中，第一流量计14倒置安装。

如图1和2所示，微颗粒添加系统包括通过支路蒸汽管7依次连接的膨胀节8、单向阀9、第二流量调节阀10、第二流量计11和微颗粒添加装置12，且该膨胀节8的输入口通过该支路蒸汽管7与蒸汽发生器4的输出口连接，该微颗粒添加装置12竖直插入上述第二输入口16内，其中：

膨胀节8用于补偿支路蒸汽管7的长度方向上的热胀冷缩量并保持管道密封性；

单向阀9使得蒸汽只能从蒸汽发生器4流向微颗粒添加装置12，从而使微颗粒添加装置12中的固体微颗粒只能随着蒸汽运动到多相均匀混合系统，而不会反向移运动；

第二流量调节阀10用于调节支路蒸汽管7中的蒸汽流量；

第二流量计11用于获取支路蒸汽管7中的当前蒸汽流量，在本实施例中，其倒置安装；

微颗粒添加装置12包括微颗粒添加器以及与该微颗粒添加器的输出口连通并且竖直插入第二输入口16的微颗粒添加管52，且该微颗粒添加管52的上端还设有一个开口与支路蒸汽管7的输出口相连，以使该微颗粒添加器中输出的固体微颗粒可以随着支路蒸汽管7中输出的蒸汽运动至多相均匀混合系统。

再次参阅图2，该微颗粒添加器包括：用于容置固体微颗粒的腔体39、竖直地设置在该腔体39中的螺纹杆38，且该螺纹杆38的外缘设有搅拌叶51，其中，该螺纹杆38的转动通过一步进电机47驱动，该腔体39包括直径较大的上端部分40、直径与该螺纹杆38匹配的下端部分36，以及连接在该上端部分40和下端部分36之间的过渡部分37，且该下端部分36的输出口与微颗粒添加管52连通；在使用时，启动步进电机47，以带动螺纹杆38旋转，从而使固体微颗粒从螺纹杆38的螺纹之间输出至微颗粒添加管52，然后通过该微颗粒添加管52进入多相均匀混合系统中，此外，通过调节该步进电机47的转速可以调节输出至该多相均匀混合系统中的固体微颗粒的含量。

由于微颗粒添加管52还与支路蒸汽管7的输出口连通，所以进入微颗粒添加管52中的固体微颗粒会随着支路蒸汽管7输出的高温高压蒸汽快速输出至多相均匀混合系统。在本实施例中，该微颗粒添加管52的下方还设有一锥形挡块18，用以分散上述微颗粒添加管52输出的、由高温高压蒸汽携带的固体微颗粒，使其与蒸汽添加系统输出的蒸汽进行混合。

在本实施例中，步进电机47通过主动轴48和传动轴49驱动螺纹杆38转动，腔体39的上方开口处设有与其开口形状匹配的压盖45，且该传动轴49穿过该压盖45与螺纹杆38连接，在传动轴49和压盖45的接触面之间设有第一密封圈46以进行密封，腔体39的内壁与压盖45的接触面之间通过D型螺栓43、压垫42、密封环41来连接和密封，具体来说，D型螺栓43通过预紧螺栓44对压垫42施加压力，进而使压垫42对密封环41施压，从而实现腔体39的内壁与压盖45之间的密封，其中，该螺纹杆38为中空管，内部含有通气孔50，该通气孔50用于保持腔体39和微颗粒添加管52之间的压力平衡，以防止在微颗粒添加过程中由于腔体39中的压力下降而影响微颗粒的输出，且该螺纹杆38和传动轴49的接触面之间保留有通气间隙。

参阅图1和3，液相水添加系统包括通过进水管53依次连接的供水装置、计量泵21和雾化喷嘴20，且该雾化喷嘴20伸入第三输入口19内，其中，该供水装置在此示为进水箱22；该计量泵21在此示为柱塞式计量泵，其用于调节添加到多相均匀混合系统中的液相水的含量；该雾化喷嘴20用于使添加到多相均匀混合系统中的液相水雾化。

再次参阅图1和3，多相均匀混合系统包括带有第一输入口17、第二输入口16和第三输入口19的直管56、与该直管56的输出口连通的倒锥形管55以及设置在该倒锥形管55输出口3的第一喷嘴54，从而使与其连通的蒸汽添加系统、微颗粒添加系统和液相水添加系统各自分别输出的高温高压蒸汽、微颗粒和雾化液相水通过该多相均匀混合系统均匀混合成多相混合物，然后通过该第一喷嘴54喷射到试件上，其中，该倒锥形管55用于对该多相混合物进行加速，以使该多相混合物从第一喷嘴54处高速喷出，从而更加真实地模拟试件在高温高压高速冲蚀下的试验环境。优选地，倒锥形管55的锥形角度为11°。

参阅图1和4，试验平台系统包括冲蚀室箱体26、位于冲蚀室箱体26中的试件升降台27以及位于该试件升降台27顶面的试件俯仰台28，其中，该试件升降台27通过一螺杆59和一螺杆旋转手轮60调节升降；该试件俯仰台28的一端通过连接螺栓58和定位销61固定在试件升降台27顶面上，另一端通过一支撑杆57支撑在试件升降台27的顶面上，该支撑杆57可以调节试件俯仰台28的俯仰角度。在试验过程中，试件安置在试件俯仰台28的顶面，根据需要对试件升降台27和试件俯仰台28进行调节，可以将试件调节到期望的位置。

在本实施例中，该试验平台系统还包括设置在第一喷嘴54下方的活动挡板29，当多相均匀混合系统中的多相混合物未稳定时，可以使用该活动挡板29遮挡住试件，以防止未稳定的多相混合物冲蚀试件。其中，该活动挡板29与一连接杆2相连，该连接杆2通过一轴承固定至冲蚀室箱体26并通过一定位杆实现转动，且该定位杆通过一插销固定至冲蚀室箱体26。另外，试验平台系统还包括通过导管24与冲蚀室箱体26连通的温湿度传感器23，该导管24与冲蚀室箱体26之间通过第二密封圈25密封。

此外，再次参阅图1，尾气处理系统包括通过排气管34依次连接的过滤器30、第三流量调节阀31和泄压阀32，且该过滤器30通过该排气管34与试验平台系统连通，其中，在泄压阀32与排气管34的出口端之间还可以设有用以使排气管34冷却的冷却水箱33，且该冷却水箱33的上方设有冷却水进入通道1，该冷却水箱33的下端设有冷却水排出通道35。

可见，本实用新型的多相冲蚀模化试验装置可以完成在高温高压环境下对试件进行高速冲蚀的模化试验；通过各组成系统改变高温高压蒸汽、固体微颗粒和液相水的含量，即可以测得试件的表面冲蚀形貌、裂纹扩展情况随各种因素的变化关系，从而为试件的冲蚀防护提供有效的实验数据。

以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化，例如电机驱动可以换成手轮驱动。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型的权利要求保护范围。

Claims

1.一种多相冲蚀模化试验装置，用于为试件提供多相冲蚀模拟试验环境，其特征在于，该装置包括：

用于放置所述试件的试验平台系统；以及

2.根据权利要求1所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述多相均匀混合系统包括带有所述第一输入口、第二输入口和第三输入口的直管、与该直管的输出口连通的倒锥形管以及设置在该倒锥形管输出口的用于喷射均匀混合后的所述高温高压蒸汽、微颗粒和液相水的第一喷嘴。

3.根据权利要求1所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述蒸汽添加系统包括依次连接的蒸汽发生器、第一流量调节阀和第一流量计，其中，所述第一流量计的输出口与所述第一输入口连接。

4.根据权利要求1所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述微颗粒添加系统包括依次连接的单向阀、第二流量调节阀、第二流量计和微颗粒添加装置，其中，所述单向阀的输入口与所述蒸汽发生器的输出口连接，所述微颗粒添加装置插入所述第二输入口内。

5.根据权利要求4所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述微颗粒添加装置包括微颗粒添加器以及与该微颗粒添加器的输出口连通并且插入所述第二输入口的微颗粒添加管，所述第二流量计的输出口与所述微颗粒添加管连通。

6.根据权利要求5所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述微颗粒添加系统还包括设置在所述微颗粒添加管的输出口下方的锥形挡块。

7.根据权利要求5或6所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述微颗粒添加器包括用于容置所述微颗粒的腔体、设置在所述腔体中的螺纹杆以及驱动所述螺纹杆转动以使所述微颗粒输出的步进电机，其中，所述腔体包括与所述螺纹杆的直径匹配的下端部分、直径大于所述螺纹杆的直径的上端部分以及连接在所述上端部分和所述下端部分之间的过渡部分。

8.根据权利要求7所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述微颗粒添加器还包括设置在所述螺纹杆外缘的搅拌叶。

9.根据权利要求1所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述液相水添加系统包括依次连接的供水装置、计量泵和雾化喷嘴，其中，所述雾化喷嘴伸入所述第三输入口内。

10.根据权利要求2所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述试验平台系统包括冲蚀室箱体、可升降地设置在所述冲蚀室箱体中的试件升降台、位于所述试件升降台顶面的用于放置试件的试件俯仰台。

11.根据权利要求10所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述试件俯仰台一端固定连接至所述试件升降台的顶面，另一端通过一用于调节俯仰角度的支撑杆支撑在所述试件升降台的顶面上。

12.根据权利要求10所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述试验平台系统还包括设置在冲蚀室箱体内并位于所述第一喷嘴下方的活动挡板。

13.根据权利要求10、11或12所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述试验平台系统还包括与冲蚀室箱体连通的温湿度传感器。

14.根据权利要求1所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，该装置还包括一与所述试验平台系统连通的尾气处理系统。

15.根据权利要求14所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述尾气处理系统包括通过排气管依次连接的过滤器、第三流量调节阀和泄压阀，其中，所述过滤器与所述试验平台系统连通。

16.根据权利要求15所述的多相冲蚀模化试验装置，其特征在于，所述尾气处理系统还包括用于冷却所述排气管的冷却水箱。