專利名稱：高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料水蝕實驗裝置，具體涉及一種用于研究水滴對材料沖蝕問題的高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置。
背景技術(shù)：
在液固撞擊問題中撞擊所產(chǎn)生的“水錘”壓力是造成材料破壞的首要原因，而射流和水滴在撞擊固體時對此表現(xiàn)出相同的特征。專利ZL200710018830. 7為一種汽輪機葉片水蝕實驗裝置，是用于研究如汽輪機中存在的水蝕、飛行器與雨滴之間碰撞造成的侵蝕的裝置，該裝置通過軸向運動的水滴和旋轉(zhuǎn)的葉片之間的碰撞來模擬實際汽輪機中水滴與葉片之間的碰撞。但該裝置通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來改變碰撞速度，受制于轉(zhuǎn)子的最高轉(zhuǎn)速，碰撞速度比較有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種能夠提高液固撞擊速度、縮短實驗時間和成本的高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括電機控制柜以及與電機控制柜相連接的電機，電機的輸出端與齒輪箱相連，齒輪箱的輸出軸上安裝有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上裝有試件并帶動試件高速旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子外側(cè)套裝有密閉的缸體，在缸體內(nèi)還設(shè)置有與水箱相連通的噴嘴，該噴嘴與試件的位置相對應(yīng)，缸體還與抽氣真空泵相連通，在缸體的下端設(shè)置有排水泵，所述的水箱的入口與補水閥相連，水箱的出口依次經(jīng)高壓水泵及調(diào)節(jié)閥與噴嘴相連通，且在噴嘴前安裝有壓力表，缸體下端的排水泵經(jīng)止回閥、排水閥與水箱相連通，且在缸體的下端還安裝有調(diào)整排水閥開度的液位指示器。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子通過安裝在密封缸體兩側(cè)的軸承支撐。所述的齒輪箱和軸承分別與潤滑油站相連。所述的噴嘴通過異型法蘭安裝于缸體之上，所述的異型法蘭上有一段管道，其軸線方向與異型法蘭的法蘭面呈一夾角，通過不同夾角大小的異型法蘭調(diào)整噴嘴射流出口方向。所述的高壓水泵為變頻式高壓水泵，且在高壓水泵與水箱之間安裝有過濾器。所述的高壓水泵出口處同時還經(jīng)調(diào)壓溢流閥與水箱相連通。所述的缸體與排水泵之間安裝有過濾器。所述的水箱上安裝有加熱器。所述的真空泵依次經(jīng)由真空閥、真空表與缸體相連。所述的水箱的下端還設(shè)置有排污閥。本發(fā)明電機通過齒輪箱帶動裝有試件的轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，水箱中的水經(jīng)由高壓水泵加壓后從裝在缸體上的噴嘴處射出并與試件相撞，射流與試件的相對速度(即撞擊速度) 為二者速度的矢量差，試件的速度由電機控制柜精確調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速從而控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，而射流的壓力和速度通過精確調(diào)節(jié)高壓水泵和噴嘴前的調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)。本發(fā)明的有益效果是液固撞擊速度不僅大幅提高，而且可以精確控制，因此縮短了實驗時間和節(jié)約成本，可以模擬不同的汽輪機葉片線速度，獲得多種速度下葉片材料的水蝕情況；通過更換不同出口直徑的噴嘴來調(diào)整射流出口直徑，可以模擬不同直徑的水滴對材料的沖蝕；水箱中的水不僅可以加熱，還可以加入一些腐蝕介質(zhì)，以模擬真實的汽輪機葉片運行環(huán)境；通過將試件進行長時間的重復(fù)打擊，得到試件材料在本實驗臺設(shè)計射流下的抗沖蝕情況，得到侵蝕時間與材料損耗質(zhì)量之間的關(guān)系；通過檢驗不同的形狀及表面工藝下材料的抗水蝕性能，得到各種幾何形狀及表面工藝對葉片材料抗水蝕性能的貢獻，以評估各種幾何形狀和工藝方法的優(yōu)劣；通過理論研究或者進一步的試驗，將本試驗得到的侵蝕時間與材料損耗質(zhì)量之間的關(guān)系曲線與實際的葉片水蝕疲勞壽命建立關(guān)系，從而為工程中評估葉片壽命提供依據(jù)。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；圖2是異型法蘭及噴嘴安裝示意圖；圖3是高速射流侵蝕試件示意圖；圖4是速度幾何關(guān)系圖。圖中1.電機控制柜，2.電機，3.齒輪箱，4.轉(zhuǎn)子，5.試件，6.潤滑油站，7.軸承， 8.補水閥，9.水箱，10.過濾器，11.高壓水泵，12.調(diào)壓溢流閥，13.調(diào)節(jié)閥，14.異型法蘭， 15.噴嘴，16.缸體，17.過濾器，18.排水泵，19.止回閥，20.排水閥，21.液位指示器，22.排污閥，23.加熱器，24.真空泵，25.真空閥，26.真空表，27.壓力表。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理進行詳細說明。在圖1中，電機2作為原動機，電機控制柜1與電機2相連接，電機控制柜1精確控制電機2的轉(zhuǎn)速、起停；電機2與齒輪箱3相連，經(jīng)由齒輪箱3變換轉(zhuǎn)速后驅(qū)動轉(zhuǎn)子4轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子4上裝有試件5并帶動試件5高速旋轉(zhuǎn)；在轉(zhuǎn)子4上套裝有密閉的缸體16，轉(zhuǎn)子4 通過安裝在密封缸體16兩側(cè)的軸承7支撐，潤滑油站6與齒輪箱3和轉(zhuǎn)子4的軸承7相連，潤滑冷卻齒輪箱3和軸承7以保證其正常運轉(zhuǎn)；水循環(huán)系統(tǒng)的水箱9與補水閥8相連， 補水經(jīng)由補水閥8進入水箱9 ；水箱9依次與過濾器10、高壓水泵11相連，水經(jīng)由高壓水泵 11加壓后通過調(diào)節(jié)閥13流向噴嘴15，噴嘴15前裝有壓力表27，噴嘴15通過異型法蘭14 安裝于缸體16之上，該噴嘴15與試件5的位置相對應(yīng)；高壓水泵11選為變頻式，可以通過調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)揚程和流量，而通過調(diào)節(jié)閥13進一步細調(diào)噴嘴15前的壓力；高壓水泵11出口處同時連接有回水管路，當(dāng)高壓水泵11出口流量大于噴嘴15所需流量時水經(jīng)由調(diào)壓溢流閥12流回水箱9 ；缸體16依次與過濾器17、排水泵18連接，缸體16內(nèi)積水被排水泵18加壓后依次經(jīng)由止回閥19、排水閥20回到水箱9 ；通過液位指示器21來調(diào)整排水閥20的開度，使缸體16內(nèi)進水與排水保持平衡；水箱9上接有排污閥22以定期排污；水箱9上安裝有加熱器23，加熱水箱9內(nèi)水到一定溫度，同時還可以加入一些腐蝕介質(zhì)，以模擬真實的汽輪機葉片運行環(huán)境；真空泵M依次經(jīng)由真空閥25、真空表沈與缸體16相連，抽吸缸體16內(nèi)氣體并維持在一定壓力，以減小電機2驅(qū)動功率和缸體16內(nèi)氣體對噴嘴15 出口射流的干擾。在圖2中，異型法蘭14上有一段管道，其軸線方向與異型法蘭14的法蘭面呈一夾角，通過不同夾角大小的異型法蘭14來調(diào)整射流出口方向；異型法蘭14與噴嘴15之間仍為法蘭式連接，通過更換不同出口直徑的噴嘴15來調(diào)整射流出口直徑，以模擬不同直徑的水滴對材料的沖蝕。在圖3和圖4中示意性地表達了射流沖蝕試件5時的相互位置和速度關(guān)系。射流與試件5的相對速度(即撞擊速度)為二者速度的矢量差，可以從圖4中的幾何關(guān)系根據(jù)余弦定理計算得到，Ullw = ^u2+V-2uVwcose，上式中u取決于轉(zhuǎn)子4的轉(zhuǎn)速，Vw取決于噴嘴15壓力的選擇，θ為高壓噴嘴15的安裝角。為了保證射流始終垂直撞擊試件5表面， 在轉(zhuǎn)子4轉(zhuǎn)速改變的情況下，應(yīng)同步調(diào)整射流壓力。選擇試件5線速度u和射流速度Vw相等，在不同的θ和u下將實現(xiàn)不同的撞擊速度工況。比如當(dāng)θ為90°時W = ‘； 120°時 w = ‘；135°時w = V2 + V^1.85M，可以相當(dāng)大地提高液固撞擊的速度，縮短實驗時間和節(jié)約成本。
權(quán)利要求
1.一種高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置，包括電機控制柜(1)以及與電機控制柜 ⑴相連接的電機⑵，電機⑵的輸出端與齒輪箱⑶相連，齒輪箱⑶的輸出軸上安裝有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子⑷上裝有試件(5)并帶動試件(5)高速旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子⑷外側(cè)套裝有密閉的缸體(16)，在缸體(16)內(nèi)還設(shè)置有與水箱(9)相連通的噴嘴(15)，該噴嘴(15)與試件 (5)的位置相對應(yīng)，缸體(16)還與抽氣真空泵04)相連通，在缸體(16)的下端設(shè)置有排水泵(18)，其特征在于所述的水箱(9)的入口與補水閥⑶相連，水箱(9)的出口經(jīng)依次經(jīng)高壓水泵(11)及調(diào)節(jié)閥(13)與噴嘴(15)相連通，且在噴嘴(15)前安裝有壓力表(27)，缸體(16)下端的排水泵(18)經(jīng)止回閥(19)、排水閥(20)與水箱(9)相連通，且在缸體(16) 的下端還安裝有調(diào)整排水閥OO)開度的液位指示器01)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子(4)通過安裝在密封缸體(16)兩側(cè)的軸承(7)支撐。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置，其特征在于所述的齒輪箱( 和軸承(7)分別與潤滑油站(6)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置，其特征在于所述的噴嘴(1 通過異型法蘭(14)安裝于缸體(16)之上，所述的異型法蘭(14)上有一段管道，其軸線方向與異型法蘭(14)的法蘭面呈一夾角，通過不同夾角大小的異型法蘭(14)調(diào)整噴嘴(15)射流出口方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置，其特征在于所述的高壓水泵(11)為變頻式高壓水泵，且在高壓水泵(11)與水箱(9)之間安裝有過濾器(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置，其特征在于所述的高壓水泵(11)出口處同時還經(jīng)調(diào)壓溢流閥(1 與水箱(9)相連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置，其特征在于所述的缸體(16)與排水泵(18)之間安裝有過濾器(17)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置，其特征在于所述的水箱(9)上安裝有加熱器(23)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置，其特征在于所述的真空泵04)依次經(jīng)由真空閥(25)、真空表06)與缸體(16)相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置，其特征在于所述的水箱(9)的下端還設(shè)置有排污閥02)。
全文摘要
一種高壓水射流旋轉(zhuǎn)沖擊水蝕實驗裝置，通過高速的射流和旋轉(zhuǎn)試件之間的碰撞來模擬汽輪機中水滴對葉片的沖蝕。系統(tǒng)主要由電機及電機控制柜、齒輪箱、轉(zhuǎn)子及試件、高壓水泵及噴嘴管路等組成。在轉(zhuǎn)子及試件高速旋轉(zhuǎn)的同時，由高壓水泵供給的高壓水通過噴嘴產(chǎn)生高速射流；射流撞擊試件的速度為其兩者的矢量差，從而相當(dāng)大地提高了其撞擊速度，使短時間內(nèi)在實驗臺上評估汽輪機葉片材料的抗水蝕性能成為可能。
文檔編號G01N3/56GK102252927SQ20111007162
公開日2011年11月23日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者張荻, 謝永慧, 韓永強 申請人:西安交通大學(xué)