專利名稱：一種水蝕試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水蝕試驗(yàn)裝置，屬于流體機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽輪機(jī)葉片失效是導(dǎo)致電廠停機(jī)的主要原因之一。汽輪機(jī)末級葉片水蝕指工作在 濕蒸汽區(qū)的動(dòng)葉片與氣流中夾帶的二次水滴高速撞擊，導(dǎo)致末級葉片表面材料損傷并剝離 的現(xiàn)象。汽輪機(jī)末級葉片出汽邊水蝕所形成的鋸齒狀毛刺會造成應(yīng)力集中和減小葉型根部 截面的面積，影響葉片的振動(dòng)特性，極大削弱了葉片的強(qiáng)度，使葉柵的氣動(dòng)性能惡化，級效 率下降；葉片嚴(yán)重的水蝕增加了斷裂的危險(xiǎn)性，有時(shí)會引起葉片的斷裂破壞而導(dǎo)致機(jī)組發(fā) 生強(qiáng)烈振動(dòng)等惡性事故，對汽輪機(jī)的安全運(yùn)行造成威脅。因此，減少和防止末級葉片失效對 于汽輪機(jī)的安全運(yùn)行有著重要意義。為了 了解水蝕破壞機(jī)理，建立準(zhǔn)確的水蝕計(jì)算準(zhǔn)則和研究有優(yōu)良抗水蝕性能的材 料或工藝應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)研究，但直接在實(shí)物上進(jìn)行試驗(yàn)是不可取的。國內(nèi)外許多汽輪機(jī)廠和 實(shí)驗(yàn)室都建有水蝕試驗(yàn)裝置，大多為轉(zhuǎn)盤式和搖臂式。利用拖動(dòng)電機(jī)來提高水滴或水柱與 試驗(yàn)材料的撞擊速度，模擬葉片水蝕過程。但速度較低、耗能高、不平衡引起振動(dòng)等，難以精 確模擬水蝕破壞過程和對水蝕破壞狀況進(jìn)行評估。Min Ku Lee等人實(shí)用新型了一種能精確 控制的脈沖水滴水蝕試驗(yàn)裝置，但其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用昂貴。中國專利ZL200710018830. 7 也公開了一種汽輪機(jī)葉片水蝕試驗(yàn)裝置。該裝置采用電機(jī)帶動(dòng)增速器帶動(dòng)葉片高速旋轉(zhuǎn)， 水滴由噴嘴和振動(dòng)器產(chǎn)生，通過調(diào)節(jié)葉片轉(zhuǎn)速來提高葉片和水滴的撞擊速度來模擬葉片和 水滴的高速撞擊過程。由于該裝置通過葉片轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)撞擊速度，同時(shí)撞擊過程中水滴在 空間是無序分布的，不能實(shí)現(xiàn)壓力和破壞區(qū)域的精確控制，導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)間較長。為此，有必 要尋求結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、易于控制的設(shè)備來進(jìn)行水蝕試驗(yàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對上述問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、易于控制、 試驗(yàn)時(shí)間短的水蝕試驗(yàn)裝置。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的技術(shù)方案是水蝕試驗(yàn)裝置由高壓脈沖水射流裝置及工件 裝夾臺組成；高壓脈沖水射流裝置包括水箱、泵水裝置，泵水裝置與水箱連接，泵水裝置的 出水管接有回水管和射流管，射流管上裝有壓力表和噴嘴，回水管與水箱相連，回水管上設(shè) 有泄壓閥；噴嘴設(shè)在工件裝夾臺的上方；還包括控制板，控制板通過導(dǎo)線與高壓脈沖水射 流裝置的泵水裝置、壓力表、泄壓閥及工件裝夾臺的電機(jī)、升降裝置連接。所述工件裝夾臺包括設(shè)有夾具的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤的周邊設(shè)有帶排水孔的擋邊，轉(zhuǎn)盤裝 在電機(jī)上，電機(jī)裝在升降裝置上。所述泵水裝置采用三柱塞泵。本實(shí)用新型采用高壓脈沖水射流裝置來模擬葉片的水蝕過程。在高壓脈沖水滴的 沖擊下，材料的破壞特征與水蝕破壞具有相似之處，并且高壓脈沖水射流設(shè)備壓力可調(diào)，可以加快材料破壞的進(jìn)程，縮短水蝕試驗(yàn)時(shí)間。在實(shí)際運(yùn)行的300MW，600MW汽輪機(jī)末級葉片中，其運(yùn)行溫度在100°C以下，動(dòng)葉片 與氣流中夾帶的水滴的相對撞擊速度在300-400m/s。根據(jù)國內(nèi)外所做的汽輪機(jī)葉片水蝕 試驗(yàn)知道，其水滴速度一般都在500m/s以下。根據(jù)射流流速簡化的表達(dá)式υ,=44.77#，其中 υ i為射流流速(m/s)，p為射流壓力(MPa)。計(jì)算表明，在額定壓力為150Mpa時(shí)，水射流速 度可達(dá)500m/s左右，完全可以滿足水蝕試驗(yàn)的要求。本裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有設(shè)備結(jié) 構(gòu)簡單，同時(shí)又能精確模擬水蝕試驗(yàn)過程，大幅度降低了試驗(yàn)成本，易于控制、試驗(yàn)時(shí)間短 的優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2a、圖2b是本實(shí)用新型用不同時(shí)間采用不同脈沖射流壓力對材料水蝕失重的 影響曲線圖。圖3是采用本實(shí)用新型所進(jìn)行的材料水蝕速率與水蝕時(shí)間的關(guān)系曲線圖。圖4是不銹鋼2Crl3、高鉻鑄鐵以及司太立合金的平均水蝕深度與水蝕時(shí)間的關(guān) 系曲線圖。圖5是高鉻鑄鐵以及司太立合金的平均水蝕深度與水蝕時(shí)間的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由高壓脈沖水射流裝置及工件裝夾臺組成；高壓 脈沖水射流裝置包括水箱3、泵水裝置5，泵水裝置5與水箱3連接，泵水裝置5采用三柱 塞泵，泵水裝置5的出水管6接有回水管8和射流管21，射流管21上裝有壓力表9和噴嘴 10，回水管8與水箱3相連，回水管8上設(shè)有電控泄壓閥7 ；工件裝夾臺包括設(shè)有夾具12的 轉(zhuǎn)盤13，轉(zhuǎn)盤13的周邊設(shè)有玻璃擋邊11，玻璃擋邊11下半部留有直徑為2mm的排水孔22， 轉(zhuǎn)盤13裝在電機(jī)14上，電機(jī)14裝在升降裝置15上，電機(jī)14選用直流電機(jī)；噴嘴10設(shè)在 工件裝夾臺上轉(zhuǎn)盤13的上方；本實(shí)用新型還設(shè)有控制板16，控制板16通過導(dǎo)線20、19、18、 17與高壓脈沖水射流裝置的泵水裝置5、壓力表9、電控泄壓閥7及工件裝夾臺的電機(jī)14、 升降裝置15連接，升降裝置15通過其旋轉(zhuǎn)定位螺桿23使電機(jī)14上升或者下降達(dá)到調(diào)整 試樣和噴嘴之間的距離。工作原理先將試樣用夾具12固定在工件裝夾臺的轉(zhuǎn)盤13上，泵水裝置5的將水 由進(jìn)水管4從水箱3中吸入，經(jīng)出水管6分兩路，一路水流過壓力表9進(jìn)入射流管21，然后 進(jìn)入噴嘴10，高速射出打擊轉(zhuǎn)盤13上的試樣，進(jìn)行水蝕試驗(yàn)；另一路水流通過泄壓閥7進(jìn) 入由回水管8返回水箱3。通過泄壓閥7可以調(diào)整進(jìn)入回水管8的水量，在總流量不變的情 況下減少回水管8水量則可增加射流管21中的水的壓力，由于水射流速度隨噴射壓力增加 而增加，所以通過泄壓閥7可以調(diào)節(jié)水射流的速度。工件裝夾臺上的夾具12，能精確地自由 調(diào)節(jié)試樣的位置，轉(zhuǎn)盤的四周玻璃擋邊11可以防止水濺出，玻璃擋邊11下半部的排水孔22 方便試驗(yàn)后的水排出；裝有轉(zhuǎn)盤的電機(jī)14可以通過升降裝置15進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。由于高壓 水流具有一定的危險(xiǎn)性，所以不直接在試驗(yàn)臺上進(jìn)行操作，而是通過控制板16經(jīng)導(dǎo)線20、18、17控制泵水裝置5、電控泄壓閥7、電機(jī)14和升降裝置工作。壓力表9的信號可通過導(dǎo) 線19輸入至控制板16顯示，在控制面板上對電控泄壓閥7操作以調(diào)節(jié)所需射流水的壓力， 避免了近距離調(diào)整壓力時(shí)高壓水可能對人體造成的傷害。泵水裝置5采用三柱塞泵，柱塞 泵往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度，在每一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中是不斷變化的，變化規(guī)律接近于正弦曲線。 因此排出的流量也是變化的，在曲軸上三個(gè)相互錯(cuò)開120°分布，總流量是三柱塞之和。流 量的脈動(dòng)引起壓力管路內(nèi)壓力的脈動(dòng)，形成脈沖射流。本試驗(yàn)裝置的高壓設(shè)備額定輸出壓 力為150MPa，額定流量為25L/s。本實(shí)用新型試驗(yàn)情況如下圖2a、圖2b是本實(shí)用新型用不同時(shí)間采用不同脈沖射流壓力對材料水蝕失重影 響的曲線圖，其中圖2a的水蝕時(shí)間為lmin，圖2b的水蝕時(shí)間為2min。圖中χ = 30mm,40mm, 50mm代表噴嘴和試樣的距離。從圖中可以看出，隨著水射流壓力的增大，材料水蝕失重也迅 速增加，射流壓力與材料水蝕失重基本呈拋物線關(guān)系。圖3為采用本實(shí)用新型所進(jìn)行的材料水蝕速率與水蝕時(shí)間的關(guān)系。在靶距為 50mm、水沖蝕壓力為75Mpa、水蝕時(shí)間間隔為30s的試驗(yàn)條件下，對不銹鋼2Crl3進(jìn)行了水蝕 試驗(yàn)。從圖中可以看出，不銹鋼基體的水蝕速率_時(shí)間曲線呈現(xiàn)出典型的三階段，在開始時(shí) 失重變化較小，經(jīng)歷一定時(shí)間之后，失重急劇增加，后隨著水蝕時(shí)間的增加呈下降趨勢。圖4為不銹鋼2Crl3、高鉻鑄鐵以及司太立合金的平均水蝕深度與水蝕時(shí)間的關(guān) 系。從圖中可以看出，在水蝕初始階段，不銹鋼2Crl3平均水蝕深度和司太立合金、高鉻鑄 鐵差距并不大，但在經(jīng)歷一定時(shí)間的水沖蝕后，不銹鋼基體水蝕急劇加快，這是由于不銹 鋼基體在水滴沖蝕開始階段，材料水蝕破壞為塑性，但一定水蝕時(shí)間后，其破壞方式發(fā)生改 變，存在一個(gè)塑脆轉(zhuǎn)變過過程，導(dǎo)致其失效加快。由于不銹鋼和司太立合金水蝕深度差別很 大，導(dǎo)致圖4中不能清晰顯示出司太立合金的水蝕深度曲線，為此用圖5反映高鉻鑄鐵和司 太立合金的平均水蝕深度與水蝕時(shí)間的關(guān)系，從圖中可以看出司太立合金具有比高鉻鑄鐵 更好的水蝕性能。從以上試驗(yàn)結(jié)果可看出，將脈沖水射流應(yīng)用于模擬材料的水蝕破壞時(shí)，較傳統(tǒng)的 搖臂式、旋轉(zhuǎn)式水蝕試驗(yàn)裝置，本實(shí)用新型裝置控制更加簡便，安全性高，耗能少，試驗(yàn)過程 中振動(dòng)小。不僅可以用來模擬高速液滴撞擊過程，同時(shí)由于破壞區(qū)域易于控制，大大減少了 水蝕破壞評估的復(fù)雜性，與別的水蝕試驗(yàn)裝置相比，脈沖水蝕試驗(yàn)裝置具有較大的優(yōu)勢和 廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求一種水蝕試驗(yàn)裝置，其特征是由高壓脈沖水射流裝置及工件裝夾臺組成；高壓脈沖水射流裝置包括水箱、泵水裝置，泵水裝置與水箱連接，泵水裝置的出水管接有回水管和射流管，射流管上裝有壓力表和噴嘴，回水管與水箱相連，回水管上設(shè)有泄壓閥；噴嘴設(shè)在工件裝夾臺的上方；還包括控制板，控制板通過導(dǎo)線與高壓脈沖水射流裝置的泵水裝置、壓力表、泄壓閥及工件裝夾臺的電機(jī)、升降裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水蝕試驗(yàn)裝置，其特征是所述工件裝夾臺包括設(shè)有夾具的轉(zhuǎn) 盤，轉(zhuǎn)盤的周邊設(shè)有帶排水孔的擋邊，轉(zhuǎn)盤裝在電機(jī)上，電機(jī)裝在升降裝置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水蝕試驗(yàn)裝置，其特征是所述泵水裝置采用三柱塞泵。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種水蝕試驗(yàn)裝置，由高壓脈沖水射流裝置及工件裝夾臺組成；高壓脈沖水射流裝置包括水箱、泵水裝置，泵水裝置與水箱連接，泵水裝置的出水管接有回水管和射流管，射流管上裝有壓力表和噴嘴，回水管與水箱相連，回水管上設(shè)有泄壓閥；噴嘴設(shè)在工件裝夾臺的上方；還包括控制板，控制板通過導(dǎo)線與高壓脈沖水射流裝置的泵水裝置、壓力表、泄壓閥及工件裝夾臺的電機(jī)、升降裝置連接。本裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)又能精確模擬水蝕試驗(yàn)過程，大幅度降低了試驗(yàn)成本，易于控制、試驗(yàn)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N3/56GK201653838SQ20102012358
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者丁輝, 萬克洋, 楊兵, 楊湘?zhèn)? 謝國勝 申請人:湖南省湘電鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中心有限公司