CN205538524U - 一种磨蚀测试用试验设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种磨蚀测试用试验设备，包括水箱、水泵、进水管、出水管和固定待测试材料的文丘里管；所述水箱内具有搅拌器；所述进水管和所述出水管均与所述水箱连通；所述水泵安装在所述进水管中；所述文丘里管安装在所述进水管和所述出水管间；所述文丘里管的管壁为透明的管壁；还包括用于拍摄所述文丘里管中浑水空化状态的高速摄像机。水箱中的搅拌器可使水箱形成悬浮含沙水流并使得含沙水流在文丘里管流动形成磨蚀，利用高速摄像机拍摄文丘里管的空化流场结合待测试材料的磨损状态可进行磨蚀机理的研究。

Description

一种磨蚀测试用试验设备

技术领域

本实用新型涉及水力机械磨蚀模拟测试领域，特别涉及一种磨蚀测试用试验设备。

背景技术

由于水力机械结构符合文丘里模型，当水流经过较窄区域后空化而对管壁造成空蚀。同时，由于水流中还具有泥沙等小颗粒固体，水力机械还会受到泥沙磨损。泥沙磨损和空蚀的联合破坏作用为磨蚀。

经过实际的工程应用和理论数据比对已经得知，过流表面遭受空蚀作用产生的破坏是单纯磨蚀和泥沙磨损作用的几倍到十几倍。由于我国河流中含沙量较大，在已建的一百多座大中型水电站中，有30％-40％的发电机组存在磨蚀问题。因此对水利机械磨蚀作用机理进行深入研究，进而对具有不同含沙量河流水电站机组的优化设计提供合理的模型基础和设计指导，具有重大的理论意义和实际价值。

然而，现有的试验测试通常是单纯的进行空化空蚀试验或泥沙磨损试验，用于磨蚀测试的设备结构复杂，测试成本高，且不能用于对磨蚀机理的研究。因此提供一种结构简单的材料磨蚀测试用试验设备，且同时能够开展磨蚀机理的研究是本领域技术人员需要解决的技术问题之一。

实用新型内容

为解决现有的试验测试仅是单纯的进行空化空蚀试验或泥沙磨损试验，无法实现磨蚀测试的机理进行研究，本实用新型提供一种新的磨蚀测试用试验设备。

本实用新型提供一种磨蚀测试用试验设备，包括水箱、水泵、进水管、出水管和固定待测试材料的文丘里管；所述水箱内具有搅拌器；所述进水管和所述出水管均与所述水箱连通；所述水泵安装在所述进水管管路中；所述文丘里管安装在所述进水管和所述出水管间；所述文丘里管的管壁为透明的管壁；还包括用于拍摄所述文丘里管中空化状态的高速摄像机。

可选的，包括多个可更换地安装在所述管壁上的移动构件；各个所述移动构件结构不同；各个所述移动构件与所述管壁配合形成不同形状的所述文丘里管。

可选的，所述出水管还具有抽取测试时水流的取样孔。

可选的，还包括两端分别与所述进水管和所述水箱连通的回水管；所述回水管与所述进水管连接的三通口位于所述水泵的出水口侧；所述三通口与所述文丘里管间具有第一流量调节阀；所述出水管具有第二流量调节阀；所述回水管具有第三流量调节阀。

可选的，还包括位于所述第一流量调节阀和所述文丘里管间的第一压力表、位于所述文丘里管和所述取样孔之间的第二压力表。

可选的，所述出水管具有流量计。

可选的，所述管壁的截面为矩形；所述进水管和所述出水管的截面为圆形；还包括使所述文丘里管分别与所述进水管和所述出水管连通的圆变方管。

可选的，还包括用于照射所述文丘里管的光源。

可选的，所述水泵为离心泵。

本实用新型提供的磨蚀测试用试验设备，水箱内具有搅拌器；进水管、文丘里管和出水管依次导通；且文丘里管的管壁为透明的管壁；还包括用于拍摄所述文丘里管中浑水空化状态的高速摄像机。水箱中的搅拌器可使水箱形成悬浮含沙水流并使得含沙水流在文丘里管流动形成磨蚀，利用高速摄像机拍摄文丘里管的空化流场结合待测试材料的磨损状态可进行磨蚀机理的研究。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型具体实施方式的磨蚀测试用试验设备示意图；

图2为本实用新型具体实施方式中的文丘里管结构示意图；

其中：1-水箱、2-水泵、3-进水管、4-出水管、5-文丘里管、51-管壁、52-移动构件、6-搅拌器、7-高速摄像机、8-取样孔、9-回水管、10-第一流量调节阀、11-第二流量调节阀、12-第三流量调节阀、13-第一压力表、14-第二压力表、15-流量计、16-圆变方管、17-光源。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1，图1为本实用新型具体实施方式的磨蚀测试用试验设备示意图。本实用新型提供的磨蚀测试用试验设备包括水箱1、水泵2、进水管3、出水管4和文丘里管5。其中进水管3和出水管4的一端均与水箱1连接、而另一端均与文丘里管5连接，且进水管3和出水管4均与文丘里管5可拆卸的连接，而水泵2安装在进水管3中。如水箱1中灌装一定量的水、且水位高于淹没进水管3和出水管4与水箱1连接的接口后，水泵2工作带动水流在进水管3、文丘里管5和出水管4之间循环，并在文丘里管5的喉管和扩散段形成空化并产生空蚀。如在文丘里管5内安装待测试材料，就可进行待测试材料的空化空蚀测试。实际应用中，待测试材料可通过粘接方式安装在文丘里管5内，也可采用螺钉固定安装在文丘里管5内。

为进行待测试材料的磨蚀测试，进而获取磨蚀测试的试验机理，本实用新型中的文丘里管5的管壁51为透明材料制成的管壁51，水箱1内具有搅拌器6；另外还包括用于拍摄文丘里管5中浑水空化状态的高速摄像机7。在测试过程中，水箱1中具有诸如石英砂一类的磨料。在搅拌器6的搅拌作用下，石英砂处于悬浮状态而循环水流为含沙水流。水泵2驱动含沙水流经进水管3流入到文丘里管5而形成磨蚀。由于文丘里管5的管壁51为透明材料制成，高速摄像机7拍摄到文丘里管5内的空化流场形态，结合待测试材料磨蚀后的形貌结果可用于磨蚀机理研究。

在本实用新型具体实施中，包括多个可更换安装在管壁51内的移动构件52，各移动构件52的结构并不相同。图2为本实用新型具体实施方式中的文丘里管5结构示意图，如图2，可看出移动构件52采用螺钉固定连接的方式安装在管壁51内侧，并可拆卸更换。由于各个移动构件52的结构并不相同，侧壁和不同移动构件52结合形成实际形状不同的文丘里管5，用于形成不同类型的空化流场，实现不同空化流场条件下的磨蚀机理研究。当然，在其他具体实施中，也可仅设置一个不可拆卸的文丘里管5。

在其他参数相同情况下，水流中含沙量不同可造成实际磨蚀程度和待测试材料表面形状发生变化。为测量不同含沙量情况下的磨蚀情况，水箱1中的石英砂量可做相应调节。此外，在文丘里管5的出口，也就是出水管4侧还具有抽取测试时水样的取样孔8，从取样孔8取出的浑水含沙量代表了经过文丘里管5的水流含沙量。当然，在其他具体实施中，也可不设置取样孔8，而是以水箱1中被搅动水流的含沙量作为经过文丘里管5的水流含沙量；但是这样的数据可能并没有真实反映实际发生磨蚀区域的含沙量。另外，从取样孔8取样最好采用周期取样，在不取样时将取样孔8封闭。

根据原理分析，文丘里管5形成空化现象需要在喉管两侧具有一定的压力差，也就是进水管3和出水管4之间具有一定的压力差。为形成一定要求的压力差，本实用新型具体实施中还包括与进水管3连通的回水管9；回水管9和进水管3通过三通连接，且三通的三通口位于水泵2的出水口侧；另外，在进水管3、出水管4和回水管9分别设置第一流量调节阀10、第二流量调节阀11和第三流量调节阀12，通过三个流量调节阀之间的相互配合实现文丘里管5流量的调节、进而实现两侧压力的调节。为实现压力差的反馈调节，在文丘里管5的两侧还具有第一压力表13和第二压力表14分别用于测试两侧的实际水压，试验人员可通过两个压力表的数值差反馈调节压力差。此外，在出水管4还设置了流量计15，以获取整个试验实际经过文丘里管5的水流量大小。

本实用新型中，为方便安装移动构件52和方便拍摄文丘里管5内的空化现象，文丘里管5的管壁51的截面为矩形；而实际使用中的进水管3和出水管4截面均为圆形，当圆形管直接连接文丘里管5的矩形侧壁会造成流场突变而影响空化。为解决这一问题，在文丘里管5的两侧还具有用于过渡水流的圆转方管。

另外，考虑到摄像中可能因内部光线不足而无法完全捕捉文丘里管5内的空化现象，本实用新型还设置了照射文丘里管5的光源17，实际使用中的光源17可为LED光源17，也可为其他类型的光源17。

本实用新型具体应用中采用的水泵2为离心泵；当然，在其他具体实施中也可采用诸如轴流泵等类型的水泵2。此外，本实用新型具体应用中采用的水箱1可为开式水箱1，也可采用闭式水箱1。

下面对采用本实用新型中试验设备进行磨蚀试验的具体步骤做分析：

首先，将不同材质的待测试材料固定安装在文丘里管5的移动构件52的顶部(即移动构件52的喉管和扩散段)；

其次，运转离心泵使清水通过文丘里管5，并调节各个流量调节阀，使得文丘里管5的进出口形成一定的压力差、以在喉部和扩散段形成空化；利用高速摄像机7记录清水的空化形态；运行一定时间后，取出待测试材料；

再次，更换待测试材料，在水箱1内加入一定的石英砂，启动搅拌器6使得石英砂与水混合均匀后运转离心泵，并调节各个流量调节阀使得文丘里管5形成如前步骤设定的压力差，利用高速摄像机7拍摄浑水空化状态并按照设定周期通过取样孔8取出浑水；待运行一定时间后取出待测试材料；

最后，结合高速摄像相机拍摄影像和前述步骤中的不同待测试材料进行比对分析。

以上本实用新型实施例中的磨蚀测试用试验设备进行了详细介绍。本文应用了具体个例对本实用新型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实用新型的核心思想，在不脱离本实用新型原理的情况下，还可对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种磨蚀测试用试验设备，其特征在于：包括水箱(1)、水泵(2)、进水管(3)、出水管(4)和固定待测试材料的文丘里管(5)；所述水箱(1)内具有搅拌器(6)；所述进水管(3)和所述出水管(4)均与所述水箱(1)连通；所述水泵(2)安装在所述进水管(3)管路中；所述文丘里管(5)可拆卸地安装在所述进水管(3)和所述出水管(4)间；所述文丘里管(5)的管壁(51)为透明的管壁(51)；还包括用于拍摄所述文丘里管(5)中空化状态的高速摄像机(7)。

2.根据权利要求1所述的磨蚀测试用试验设备，其特征在于：包括多个可更换地安装在所述管壁(51)上的移动构件(52)；各个所述移动构件(52)结构不同；各个所述移动构件(52)与所述管壁(51)配合形成不同形状的所述文丘里管(5)。

3.根据权利要求2所述的磨蚀测试用试验设备，其特征在于：所述出水管(4)还具有抽取测试时水流的取样孔(8)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的磨蚀测试用试验设备，其特征在于：还包括两端分别与所述进水管(3)和所述水箱(1)连通的回水管(9)；所述回水管(9)与所述进水管(3)连接的三通口位于所述水泵(2)的出水口侧；所述三通口与所述文丘里管(5)间具有第一流量调节阀(10)；所述出水管(4)具有第二流量调节阀(11)；所述回水管(9)具有第三流量调节阀(12)。

5.根据权利要求4所述的磨蚀测试用试验设备，其特征在于：还包括位于所述第一流量调节阀(10)和所述文丘里管(5)间的第一压力表(13)、位于所述文丘里管(5)和所述取样孔(8)之间的第二压力表(14)。

6.根据权利要求5所述的磨蚀测试用试验设备，其特征在于：所述出水管(4)中还具有流量计(15)。

7.根据权利要求6所述的磨蚀测试用试验设备，其特征在于：所述文丘里管(5)的截面为矩形；所述进水管(3)和所述出水管(4)的截面为圆形；还包括使所述文丘里管(5)分别与所述进水管(3)和所述出水管(4)连通的圆变方管(16)。

8.根据权利要求7所述的磨蚀测试用试验设备，其特征在于：还包括用于照射所述文丘里管(5)的光源(17)。

9.根据权利要求8所述的磨蚀测试用试验设备，其特征在于：所述水泵(2)为离心泵。