專利名稱：一種基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于撓性轉(zhuǎn)子，用于材料抗空蝕性能試驗(yàn)的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，屬于摩擦學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空蝕是在一定的環(huán)境溫度條件下，液體介質(zhì)中因局部壓力變化導(dǎo)致空泡形成和潰滅，材料連續(xù)受高壓、高速?zèng)_擊波和微射流沖擊作用產(chǎn)生的表面破壞。長(zhǎng)期以來(lái)，空蝕嚴(yán)重影響泄水建筑物、水力機(jī)械(水泵、水輪機(jī)、閘門)、船舶螺旋槳的性能和使用壽命?？瘴g涉及眾多的領(lǐng)域，例如宇航、國(guó)防、航海、化工、原子能甚至生物和醫(yī)學(xué)等，成為這些領(lǐng)域遇到的難題之一。研究材料的抗空蝕性能通常有兩種方式，一種是對(duì)某種材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原型實(shí)驗(yàn)，但試驗(yàn)歷時(shí)較長(zhǎng)，也不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，困難較大；另一種是利用室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，也稱為“快速空蝕試驗(yàn)”，在有條件時(shí)將其結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)資料進(jìn)行對(duì)比。旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕設(shè)備(簡(jiǎn)稱為轉(zhuǎn)盤裝置)是常用的室內(nèi)空蝕試驗(yàn)設(shè)備之一，這種設(shè)備原理與特點(diǎn)如下
轉(zhuǎn)盤的邊緣上有貫穿轉(zhuǎn)盤厚度的小孔或嵌在轉(zhuǎn)盤上的凸體等空蝕誘發(fā)物，當(dāng)轉(zhuǎn)盤置于水罐中的試驗(yàn)水內(nèi)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在小孔或凸體后將產(chǎn)生尾流空化，其中的游移型空泡將在尾流末端沿盤面潰滅，嵌入盤面空泡潰滅處的試樣表面將產(chǎn)生空蝕破壞。該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是在其不同半徑處設(shè)置空蝕誘發(fā)物便可形成所需流速下的空蝕強(qiáng)度，并且其空蝕能力高于文德里管型空蝕設(shè)備，大致與振動(dòng)型空蝕設(shè)備所獲得的空蝕率相仿；其缺點(diǎn)為設(shè)備中的水流流態(tài)比文德里管型空蝕設(shè)備復(fù)雜。除上述旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)設(shè)備之外，還有磁致伸縮儀、文德里管型空蝕設(shè)備、水滴沖擊設(shè)備和往復(fù)式活塞型空蝕設(shè)備等。從空蝕率來(lái)看，旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕設(shè)備與磁致伸縮儀空蝕率最大，且旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕設(shè)備可以模擬實(shí)際水輪機(jī)、水泵或間門槽等流速對(duì)材料空蝕的影響，能較好地預(yù)估原型的空蝕破壞程度，廣泛應(yīng)用于各種材料或涂料的相對(duì)抗空蝕性能研究。但是目前國(guó)內(nèi)外旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕設(shè)備一般存在如下的缺點(diǎn)目前國(guó)內(nèi)外的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕設(shè)備為了獲得某一流速下的空蝕強(qiáng)度，在轉(zhuǎn)盤不同半徑處設(shè)置空蝕誘發(fā)物，以便形成所需流速下的空蝕強(qiáng)度，這種利用在轉(zhuǎn)盤不同半徑處設(shè)置空蝕誘發(fā)物獲得不同空蝕強(qiáng)度的方式局限在于只能在有限幾種不同半徑上設(shè)置空蝕誘發(fā)物，空蝕誘發(fā)物的數(shù)量有限，導(dǎo)致所需流速不可無(wú)極連續(xù)調(diào)節(jié)，空蝕強(qiáng)度選擇因此也不可連續(xù)調(diào)節(jié)；空蝕誘發(fā)物與試件的距離不可調(diào)，無(wú)法在相同轉(zhuǎn)速情況下是獲得不同的空蝕強(qiáng)度，也無(wú)法找到某個(gè)轉(zhuǎn)速下，獲得最大空蝕強(qiáng)度時(shí)，空蝕誘發(fā)物離試件的最佳距離；轉(zhuǎn)盤和電機(jī)采用剛性連接，導(dǎo)致電機(jī)的振動(dòng)傳遞到旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕設(shè)備，或者電機(jī)主軸和旋轉(zhuǎn)圓盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主軸由于安裝誤差存在的不同軸度引起旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕設(shè)備的振動(dòng)；試驗(yàn)時(shí)操作復(fù)雜，試件拆裝麻煩；水罐中沒(méi)有設(shè)置隔板，轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)水轉(zhuǎn)動(dòng)，既增加電機(jī)的功率耗散，又減小水與轉(zhuǎn)盤的相對(duì)轉(zhuǎn)速，減小空蝕時(shí)試件中心相對(duì)水的線速度，影響空蝕強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕設(shè)備存在的不足，本發(fā)明提出一種基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)。這種試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，空蝕強(qiáng)度可連續(xù)調(diào)節(jié)，空蝕誘發(fā)物與試件的距離可調(diào)，試件夾持方式特殊，試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，測(cè)試材料抗空蝕性能效果較好。技術(shù)方案本發(fā)明的基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，包括包括調(diào)速電機(jī)、 支架、上聯(lián)軸器、下聯(lián)軸器、主軸、端蓋、軸承座、角接觸球軸承、水罐、圓盤、繞流體、隔板、托盤、立柱、底座、試件安裝孔、繞流體安裝孔；其中，立柱的下部固定在底座上，立柱的上部固定支架，在支架上固定有調(diào)速電機(jī)，角接觸球軸承位于軸承座中，軸承座通過(guò)支架固定在支架上；調(diào)速電機(jī)的輸出軸通過(guò)上聯(lián)軸器和下聯(lián)軸器與主軸連接，主軸的上端固定在角接觸球軸承上，下端固定圓盤并位于水罐中，水罐通過(guò)托盤固定在立柱上。所述的水罐內(nèi)的下部設(shè)有隔板。所述的圓盤的圓周邊對(duì)稱設(shè)有試件、繞流體。上聯(lián)軸器、下聯(lián)軸器采用柔性鋼絲繩連接。主軸為懸臂細(xì)長(zhǎng)撓性轉(zhuǎn)子，調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速大于該撓性轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速。在所述的水罐上設(shè)有上蓋，上蓋安裝在支架上，上蓋底面周圍粘貼有一圈彈性密封圈。圓盤上面試件夾持方式是徑向的螺釘壓緊方式。本發(fā)明的一種基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，其工作過(guò)程為試驗(yàn)開(kāi)始前將托盤移動(dòng)到立柱的最下方，根據(jù)試驗(yàn)需要，將不同水質(zhì)、水中微粒的水注入水罐中。裝夾清洗好的試件，根據(jù)試驗(yàn)強(qiáng)度需要在不同繞流體安裝孔中安裝繞流體，將托盤移動(dòng)到立柱的上部，使水罐壓緊上蓋的密封圈。根據(jù)試驗(yàn)轉(zhuǎn)速需要在變頻器上設(shè)置頻率，開(kāi)啟電機(jī)，開(kāi)始試驗(yàn)。有益效果本發(fā)明提出的一種基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，電機(jī)轉(zhuǎn)速可控，空蝕時(shí)試件線速度可控，空蝕強(qiáng)度可連續(xù)調(diào)節(jié)；采用撓性轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)使得圓盤旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)??；空蝕誘發(fā)物與試件的距離可調(diào)，可以獲得相同轉(zhuǎn)速下不同的空蝕強(qiáng)度；試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，試件夾持方式特殊，不會(huì)損傷試件表面，影響試驗(yàn)精度；隔板可以有效地防止圓盤帶動(dòng)水跟著旋轉(zhuǎn)，既可以減少電機(jī)的功率耗散，又增加水與轉(zhuǎn)盤的相對(duì)轉(zhuǎn)速，增加空蝕時(shí)試件中心相對(duì)水的線速度，可以提高空蝕的強(qiáng)度與效率；試驗(yàn)臺(tái)可以同時(shí)夾持四個(gè)試件進(jìn)行試驗(yàn)，可以在相同的試驗(yàn)條件下比較不同試件抗空蝕的性能。


圖1是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是圖1中旋轉(zhuǎn)圓盤部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2A-A的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖1中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一階振型圖。圖5是圖1中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的二階振型圖。以上的圖中有調(diào)速電機(jī)1、支架2、上聯(lián)軸器3、下聯(lián)軸器4、主軸5、端蓋6、軸承座 7、角接觸球軸承8、彈性密封圈9、上蓋10、水罐11、試件12、圓盤13、繞流體14、隔板15、托盤16、立柱17、底座18、試件安裝孔19、繞流體安裝孔20。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)主要部件構(gòu)成
調(diào)速電機(jī)1通過(guò)變頻器控制，選用西門子SINAMICS GllO型單相交流變頻器，由西門子 (中國(guó))有限公司制造，
電機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)YS90L2，南京南華大方電機(jī)有限公司。角接觸球軸承8 角接觸陶瓷球軸承7002C，大友公司。調(diào)速電機(jī)1通過(guò)支架2安裝在立柱17上，電機(jī)主軸上安裝上聯(lián)軸器3，旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)主軸5上安裝下聯(lián)軸器4，上聯(lián)軸器3與下聯(lián)軸器4用柔性繩連接。主軸5上端安裝一對(duì)面對(duì)面角接觸球軸承8，通過(guò)端蓋6給定一定的預(yù)緊力。軸承座7安裝在支架2上。 軸承座7還起到支撐主軸5和圓盤13重量的作用。上蓋10安裝在支架2上，上蓋10底面周圍粘貼一層彈性密封圈9。圓盤13安裝在主軸5的最下端。圓盤13邊緣的試件安裝孔 19、繞流體安裝孔20用于安裝試件12和繞流體14。隔板15安裝在水罐11底部。托盤13 可以沿立柱14上下運(yùn)動(dòng)，行程略大于水罐12的深度。調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，空蝕強(qiáng)度因此也可連續(xù)調(diào)節(jié)； 電機(jī)與主軸采用柔性的聯(lián)軸器連接，可以防止電機(jī)振動(dòng)傳遞到旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，也可以防止電機(jī)轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)圓盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主軸的不同軸度引起旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)，從而能夠減小旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)。主軸是懸臂的細(xì)長(zhǎng)軸，一階臨界轉(zhuǎn)速通過(guò)傳遞矩陣方法求解約為1400r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速約為^OOOr/min。工作時(shí)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速是^OOr/min，為典型的撓性轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子迅速越過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速，達(dá)到自動(dòng)定心，此時(shí)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。圓盤邊緣均部4組試件和繞流體安裝孔，試驗(yàn)臺(tái)可以同時(shí)夾持四個(gè)試件進(jìn)行試驗(yàn)，可以在相同的試驗(yàn)條件下比較不同試件抗空蝕的性能。在圓盤0°，90°，180°和 270°方向各有一個(gè)試件安裝孔，距離每個(gè)試件安裝孔不同位置處每組有4個(gè)繞流體安裝孔，可以根據(jù)繞流體安裝孔與試件的距離選擇安裝繞流體，來(lái)達(dá)到最佳的空蝕效果，或者在同一個(gè)轉(zhuǎn)速下，選擇不同位置安裝繞流體，獲得不同的空蝕強(qiáng)度。試件中心線速度最高可達(dá) 35m/s，空蝕效果較為明顯。試件的夾持方式是采用徑向方向的螺釘壓緊的方式，試件加工成短圓柱形狀，安裝時(shí)，試件裹上生料帶放入圓盤上的孔中，然后旋緊螺釘，壓緊試件。這樣既可以方便有效地固定試件，又可以防止螺釘直接壓緊試件，導(dǎo)致試件便面變形或損傷等，影響試驗(yàn)精度。水罐內(nèi)安裝一個(gè)十字架形狀的隔板，試驗(yàn)時(shí)圓盤旋轉(zhuǎn)，圓盤與水之間的粘滯力帶動(dòng)水跟著圓盤旋轉(zhuǎn)，隔板可以有效地防止圓盤帶動(dòng)水跟著旋轉(zhuǎn)，這樣既可以減少電機(jī)的功率耗散，又增加水與轉(zhuǎn)盤的相對(duì)轉(zhuǎn)速，增加空蝕時(shí)試件中心相對(duì)水的線速度，可以提高空蝕的強(qiáng)度與效率。水罐安裝在托盤上，托盤可上下運(yùn)動(dòng)，托盤運(yùn)動(dòng)的行程略大于水罐的高度。試驗(yàn)時(shí)托盤移動(dòng)到立柱的上部，使水罐壓緊上蓋的密封圈，這時(shí)圓盤沉在水罐的底部，圓盤距離隔板很近，可以有效地防止水跟著圓盤旋轉(zhuǎn)。試驗(yàn)后托盤移動(dòng)到立柱的下部，這時(shí)圓盤在水罐的外面，方便試件的裝拆。
權(quán)利要求
1.一種基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于該試驗(yàn)臺(tái)包括調(diào)速電機(jī) (1)、支架(2)、上聯(lián)軸器(3)、下聯(lián)軸器(4)、主軸(5)、端蓋(6)、軸承座(7)、角接觸球軸承 (8)、水罐(11)、圓盤(13)、繞流體(14)、隔板(15)、托盤(16)、立柱(17)、底座(18)、試件安裝孔(19)、繞流體安裝孔(20)；其中，立柱(17)的下部固定在底座(18)上，立柱(17)的上部固定支架(2)，在支架(2)上固定有調(diào)速電機(jī)(1)，角接觸球軸承(8)位于軸承座(7)中， 軸承座(7)通過(guò)支架固定在支架(2)上；調(diào)速電機(jī)(1)的輸出軸通過(guò)上聯(lián)軸器(3)和下聯(lián)軸器(4)與主軸(5)連接，主軸(5)的上端固定在角接觸球軸承(8)上，下端固定圓盤(13)并位于水罐(11)中，水罐(11)通過(guò)托盤(16)固定在立柱(17)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的水罐(11)內(nèi)的下部設(shè)有隔板(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的圓盤(13 )的圓周邊對(duì)稱設(shè)有試件(12 )、繞流體(14 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于上聯(lián)軸器 (3)、下聯(lián)軸器(4)采用柔性鋼絲繩連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于主軸 (5)為懸臂細(xì)長(zhǎng)撓性轉(zhuǎn)子，調(diào)速電機(jī)(1)轉(zhuǎn)速大于該撓性轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于在所述的水罐(11)上設(shè)有上蓋(10 )，上蓋(10 )安裝在支架(2 )上，上蓋(10 )底面周圍粘貼有一圈彈性密封圈(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于圓盤 (13)上面試件(12)夾持方式是徑向的螺釘壓緊方式。
全文摘要
基于撓性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)涉及一種基于撓性轉(zhuǎn)子，用于材料抗空蝕性能試驗(yàn)的旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)臺(tái)；其中，立柱(17)的下部固定在底座(18)上，立柱(17)的上部固定支架(2)，在支架(2)上固定有調(diào)速電機(jī)(1)，角接觸球軸承(8)位于軸承座(7)中，軸承座(7)通過(guò)支架固定在支架(2)上；調(diào)速電機(jī)(1)的輸出軸通過(guò)上聯(lián)軸器(3)和下聯(lián)軸器(4)與主軸(5)連接，主軸(5)的上端固定在角接觸球軸承(8)上，下端固定圓盤(13)并位于水罐(11)中，水罐(11)通過(guò)托盤(16)固定在立柱(17)上。這種試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，空蝕強(qiáng)度可連續(xù)調(diào)節(jié)，空蝕誘發(fā)物與試件的距離可調(diào)，試件夾持方式特殊，試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，測(cè)試材料抗空蝕性能效果較好。
文檔編號(hào)G01N3/56GK102169071SQ20111002381
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者蔣書運(yùn) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)